開題報告

電氣工程及自動化

船舶柴油機電控裝置設計

一、簡述本課題研究的國內外背景、目的和意義：

電子控制式柴油機，又稱智能柴油機，是人們?yōu)榱藢崿F(xiàn)對柴油機更好的控制，把電子控制技術應用到柴油機，是柴油機發(fā)展史上的一次飛躍式的技術革命。它取消了傳統(tǒng)柴油機的凸輪軸以及相關的機械控制零部件，將燃油噴射、氣閥啟閉以及柴油機的起動、換向、停車和氣缸潤滑等功能全部由電子控制。它可以通過對相關參數的設定和修改，調整主機的運行狀態(tài)和工作參數，達到使柴油機保持在最佳狀態(tài)下工作的目的。此外，還可還對柴油機的運行情況及零部件的狀態(tài)進行實時監(jiān)控，并與船上的控制系統(tǒng)、報警系統(tǒng)連接，對柴油機進行全方位控制。

20世紀70年代以來的石油危機不但使人們認識到了石油資源的有限，與此同時石油產品價格大幅度上漲，這使得使船舶燃油費用支出大幅度提高。因此，柴油機經濟性的降低已成為第一要求。而另一方面，人們的環(huán)境意識也隨著大量使用化石燃料造成嚴重的環(huán)境污染而不斷提高，導致了日益嚴格的國際和地區(qū)性的環(huán)保法規(guī)相繼出臺。為了降低柴油機的油耗和減少排放，除了對柴油機本身各個系統(tǒng)進行研究和改進外，人們對柴油機的調節(jié)控制提出了多參數及高精度的要求。伴隨著近幾十年來高性能多功能傳感器的研制成功和大規(guī)模集成電路發(fā)展，極大推動了傳感器和以微型計算機為基礎的柴油機電子技術發(fā)展，特別是單片機的應用，使完成柴油機所需的高精度實時控制成為了可能。

船舶柴油機電控裝置設計，已經成為當前國內外船用柴油機技術的發(fā)展方向。柴油機電控技術的發(fā)展大致分為了3個階段：(1)初始的研發(fā)階段——20世紀70年代，此時的電控主要應用于發(fā)電機組用的柴油機；(2)實用階段——20世紀80年代，研發(fā)了時間控制式電噴系統(tǒng)、多種位置控制式，由原來的一種被控量發(fā)展為多種；(3)成熟階段——20世紀90年代到現(xiàn)在，研發(fā)了功能強大的電噴系統(tǒng)，它能夠準確地控制噴油正時、噴油速率、噴油量與噴油壓力等。

目前我國國內柴油機的電控燃油噴射技術相比國外落后蠻多，我國船舶工業(yè)、汽車制造工業(yè)與國際水平也有很大的差距，對電控柴油機的技術實際應用還不是很完善。自20世紀80年代中期以后，雖然我國的柴油機電控技術才剛剛起步，但是在國人的努力下，許多院校和科研單位對該項技術進行了深入地研究，并有了一定收獲。國內研究的比較多的是在位置控制系統(tǒng)方面。如北京理工大學用高速電磁閥經液壓的伺服機構以驅動齒條從而實現(xiàn)了直列泵噴油量的控制；長春汽車研究所對直列泵的可變預行程控制進行深入研究，完成了CA6110系列柴油機的有效調速控制；而在開發(fā)高壓共軌噴射系統(tǒng)及其與柴油機相匹配的技術方面，目前處于研發(fā)階段，因而現(xiàn)在最重要的工作便是柴油機電控噴射系統(tǒng)的研發(fā)。吉林工業(yè)大學、無錫與長春的大多研究所在對循環(huán)噴油量和噴正時的“位置控制”、“時間控制”及“共軌式系統(tǒng)”等方面都進行了深入研究和開發(fā)，并取得了顯著成果。

面對這一形勢，國內既要抓緊積極引進國外先進技術，又要努力自主開發(fā)。在04年底Bosch公司和威孚集團聯(lián)合組建了博世汽車柴油系統(tǒng)股份有限公司，該公司以Bosch公司技術為依托在無錫生產高壓共軌系統(tǒng)。Bosch公司生產的滿足歐Ⅲ排放標準的高壓共軌系統(tǒng)已投入到國內市場。而國內在一些關鍵技術問題如泵油量的控制、高速電磁閥的研究、執(zhí)行機構的開發(fā)、泄漏問題、各學科分工合作等還相對稚嫩和不完善。目前，有相關企業(yè)正在致力于做一些共軌電控及其標定系統(tǒng)研制開發(fā)、燃油特性分析和燃油系統(tǒng)的模擬計算、零部件的優(yōu)化調整等方面工作。

由于各種共軌噴射系統(tǒng)的燃油噴射控制的原理，近期變化都較小，因而在未來一段時間內，電控高壓共軌式噴油系統(tǒng)將成為最有前景的控制系統(tǒng)。最佳的噴油速率控制、高噴射的壓力、噴油定時及噴油量的可靈活控制將成為未來柴油機燃油噴射系統(tǒng)的發(fā)展研究趨勢，而電控的燃油噴射系統(tǒng)成為了柴油機燃油噴射過程實現(xiàn)柔性控制的必然趨勢。

中國作為世界船舶工業(yè)的重要組成部分，發(fā)展船舶工業(yè)既符合世界船舶工業(yè)發(fā)展規(guī)律，更符合本國社會經濟發(fā)展的需要。隨著經濟的穩(wěn)步快速發(fā)展，我國的國際貿易將保持持續(xù)增長的局面。海運以其成本的相對低廉的優(yōu)勢，必將繼續(xù)擔任國際運輸的最佳選擇的重任，國際、國內對船舶的需求將更加強勁。國家的支持及市場需求的旺盛將帶領中國船舶工業(yè)步入新的發(fā)展階段。從現(xiàn)階段來看，我國造船業(yè)內外環(huán)境良好，目前保持著較快的發(fā)展速度，并可預期在未來的幾年中將保持發(fā)展勢頭。

面對船舶制造業(yè)如此生猛的發(fā)展趨勢，高性能的船舶柴油機電控裝置研發(fā)和推廣應用已經破在眉睫。船舶柴油機作為船舶中重要的組成部分，對船舶的發(fā)展起著至關重要的作用，關系我國經濟穩(wěn)定健康可持續(xù)發(fā)展。發(fā)展電控柴油機，對柴油機電控裝備系統(tǒng)進行深入研究開發(fā)，在現(xiàn)階段已成為目前我國船舶業(yè)的重中之重。

二、研究的基本內容，擬解決的主要問題：

本文將氣體傳感器、曲軸轉角傳感器、共軌油壓傳感器等引入船舶電控系統(tǒng)中，設計了一種由電控單元根據一系列傳感器檢測出來的柴油機實時工作狀態(tài)信息，由電控單元ECU根據預先設定的計算程序進行計算，給出適合于該狀態(tài)下的噴油量、噴油時間、噴油正時及噴油速率等參數，經過噴油驅動電路、排氣閥驅動電路、PCV閥驅動等一系列電路，傳送給噴油器的高速電磁閥、高壓油泵的PCV閥、排氣閥等執(zhí)行器，使柴油機達到最佳的燃燒比和良好的霧化，始終都能在最佳狀態(tài)下工作，實現(xiàn)柴油機綠色無污染排放。

此控制系統(tǒng)是一個閉環(huán)的自動控制系統(tǒng)，高壓供油泵、氣體傳感器、共軌油壓傳感器和電控單元組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，可對共軌管內的壓力和排放氣體的情況實現(xiàn)精確控制，最終實現(xiàn)精確控制噴油量和噴油正時，達到燃油空氣比最佳狀態(tài)的目的。

三、研究步驟、方法及措施：

步驟及方法：

(1)了解現(xiàn)行船舶柴油機電控裝置的技術

(2)分析相關的船舶柴油機電控裝置的技術

(3)進行船舶柴油機電控裝置的設計

(4)得出結論

措施：

圖書館查找相關的書籍、期刊、雜志等，通過上網尋找相關的一些資料，查看當代對該技術的研究成果和最新的動態(tài)。根據學校關于畢業(yè)設計的相關規(guī)定和學院的有關要求，及時與指導教師聯(lián)系、交流與探討。

四、參考文獻：

[1]

李斌.船舶柴油機[M].大連：大連海事大學出版社，2008，132~142，292-302.[2]

徐家龍.柴油機電控噴油技術[M].北京：人民交通出版社，2004，15-55.[3]

冒曉建.GD-1高壓共軌噴油系統(tǒng)電子控制的研究與電控供油泵的開發(fā)[D].上海：上海交通大學，2002：3-15.[4]

蔣德明.內燃機原理[M].西安：西安交通大學出版，1986.[5]

葛郢漢.柴油機的電控噴油技術[J].公路與汽車，2009，(2)：16-18.[6]胡林峰.柴油機對燃油噴射性能的要求及噴油系統(tǒng)的發(fā)展趨勢[J].現(xiàn)代車動力，2002，(4)：23-27.[7]

張堅，李善從.船用低速大功率智能型柴油機的發(fā)展[J].船舶物資與市場，2006.[8]

冼偉倫，余天明.船用電控共軌型柴油機的最新技術特點和管理[J].船舶，2006，(6)：38-40.[9]

劉國平.魚船輪機及電氣設備[M].海洋出版社,2004.[10]

黃加亮，蔡振雄，張?zhí)煲?電控共軌船用低速柴油機燃油系統(tǒng)的特點及管理[J].航海技術，2005.[11]

王宏明，胡明華.SulzerRT-flex柴油機WECS-9500控制系統(tǒng)[J].天津航海,2007.[12]

劉國平.船舶電氣與通信[M].海洋出版社，2010.[13]

林晨陽，陳超凡.MAN-B&WS60ME-C智能型共軌柴油機[J].航海技術,2002.[14]

李鐵軍.柴油機電控技術實用教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.4，28~32.