電控直列泵在船機上的開發應用

孫謹濤

（上海交通大學，上海200030）

1 前言

在G128柴油機上，使用的一直都是普通的直列泵，該直列泵采用的是一種RSV式機械式調速器。由于船機使用的特點，發動機長期超負荷運轉，并且在低轉速范圍運轉，當對G128柴油機提升功率時，就會遇到一個新的問題：在發動機額定轉速或者較高轉速范圍內，柴油機各項性能指標均能滿足要求；但當柴油機進入低轉速、高負荷運轉時，由于RSV調速器不能對柴油機在低速油量加以令人滿意的限制，使得低速時柴油機的扭矩過大，爆壓過大，柴油機熱負荷過高，機械負荷也過高，造成整機性能的無法滿足需求。本文提及的采用電控直列泵，在這一方面可以對柴油機很好地滿足控制要求。

2 電控直列泵發動機開發目標

發動機開發目標要求在上柴公司現有的G128型283 kW船用柴油機基礎上，采用電控直列泵，取代原先機械調速器，并提升功率至311 kW，并對燃油系統和增壓系統進行優化匹配，滿足低速大扭矩需求。

G128ZLCa6型柴油機在G128ZLCa4柴油機基礎上，采用柱塞Φ11×14型P8油泵，低渦流缸蓋，大流量噴油器以及電控直列泵措施，對其進行全面性能配試。

傳統的機械調速器，采用的是若干機械元件，在對柴油機性能參數進行控制的時候，尤其是想要獲得比較滿意的發動機運行曲線的時候，不僅僅是復雜，而且較難獲得令人滿意的結果。

電控直列泵最大的特點是采用數字式電子調速器代替了原有的機械式調速器，并且實現了功能的全部替代，僅僅依靠一套電控系統實現諸多功能，比如油量控制、怠速控制、調速率控制等諸多功能，并且還預留了諸多接口，為今后功能的開發打下良好的基礎[1～4]。

3 G128高功率柴油機開發配試過程

G128系列柴油機是在公司原135系列柴油機的基礎上作重大改進后的升級換代產品。G128船用電站柴油機進入市場以來，經用戶使用證明G128柴油機動力性、經濟性和可靠性均良好，已被市場接受并得到好評。G128ZLCa4柴油機是近年新開發的產品，最高功率為283 kW/1 854 r/min，主要應用在漁船用柴油機、或者小型內河用柴油機上。主要結構特點是采用了海水、淡水雙冷卻循環系統，包括海水冷卻中冷器以及淡水冷卻的整體式排氣管，采用了專利技術的整體式氣缸蓋結構，并采用了三菱增壓器等技術。

某公司柴油機數字式電調控制器是一款通用性很強的電調系統控制器，強大的驅動能力使其可用于各種噴油泵系統，同時支持包括EGR、提前器、預熱開關等在內的眾多輔助輸出。該控制器眾多的功能選項使其可適應于各種不同的應用場合。

控制系統由以下幾個部分組成：控制器（ECU）、執行器、相關傳感器以及連接電纜。控制器包含復雜的控制電路，是整個控制系統的核心，其核心組件為一片快速高效的16位微處理器。

1個磁電式傳感器安裝在測速齒輪的邊緣，用于柴油機轉速信號的采集。多個設定轉速調節器可用于柴油機的轉速設定。轉速設定方式有3種：模擬式、數字式以及通過CAN總線或LIN總線通訊方式。開關量輸入可以用來激活某一功能或者使其關閉，以及這些功能的開始與結束。

該電控調速器替換了原機械調速器（調速飛錘、復位彈簧)等，通過控制高壓油泵齒條行程來控制噴油量的多少，從而實現轉速與發動機輸出扭矩的控制。其控制原理圖如圖1所示。

配試開發步驟如下：

（1）首先，在ECU電控單元中設置好對應的參數配置。如發動機轉速范圍，最大油量范圍，轉速傳感器齒數。在本例中，由于只涉及到轉速、油量的控制，其余不相關的參數如溫度、壓力的測量應予以關閉，以避免無關信息量的影響。

（2）其次柴油機各個轉速極限狀態下進行標定。柴油機在每個常用工作轉速下，800～1 854 r/min轉速范圍內，每隔100 r/min，進行最大油量的標定。在本案例中，每檔轉速下需控制好排氣溫度、爆發壓力，以先到者為準，記錄下該位置最大油量數據，作為今后調整油量的基礎。

（3）確定每檔轉速油量完成后，進行外特性試驗，并進行修正，查看每檔轉速下油量，功率的吻合度，完善性能試驗。

（4）按照預選的配試方案比如增壓器方案、不同渦流比缸蓋方案、噴油器方案進行柴油機最優化匹配。當每選擇不同方案的時候，需從步驟2到步驟3重新進行極限值標定。最終完成每個方案的摸底工作。

（5）當摸底工作結束之后，確定最優方案。然后進行全面的性能試驗。

4 配試結果

最終配試結果參見表2、圖3和圖4。可以看出，配試的主要限制是爆壓，柴油機的排溫還是有一定的余量。由于該電子調速器的特性，爆壓控制非常柔性化。從圖3可以看出，最高爆壓曲線控制非常平緩。如果對排溫要求適當放寬，整個1 300～1 854 r/min轉速工作范圍內可以完全做到保持最高工作狀態爆壓達到最大值，甚至這一范圍內的最高工作扭矩曲線完全水平，整個柴油機的動力性極大提供，并獲得更高的功率，使得柴油機充分展示自己的潛在工作能力。

5 結束語

采用了數字式電子調速器之后，柴油機的整個運轉曲線被賦予了極大的靈活性，可以根據柴油機本身的特性進行調試，對柴油機的參數進行優化，獲得令人滿意的配試結果。而數字式電子調速器的優勢不僅僅在于僅對柴油機的性能配試，當加上若干傳感器，比如水溫、油溫、油壓、大氣溫度等等，可以對整個柴油機的運轉、監控起到極大的作用。

1趙三明.實現國3的路不只一條.中國工業報，2007年6月1日第B03版.

2虞展.國Ⅲ柴油機電控燃油系統技術路線角逐與前景[J].汽車與配件，2009（Z1).

3陳希穎，張富紅，王吉華等.滿足國Ⅲ排放標準的經濟型柴油機的開發研究[J].現代車用動力，2007（4）.

4張永銘，居鈺生，王吉華等.柴油機電子調速系統與冷EGR的控制集成[J].內燃機工程，2008，29（5）：71-74.