电控直列泵在船机上的开发应用

孙谨涛

（上海交通大学，上海200030）

1 前言

在G128柴油机上，使用的一直都是普通的直列泵，该直列泵采用的是一种RSV式机械式调速器。由于船机使用的特点，发动机长期超负荷运转，并且在低转速范围运转，当对G128柴油机提升功率时，就会遇到一个新的问题：在发动机额定转速或者较高转速范围内，柴油机各项性能指标均能满足要求；但当柴油机进入低转速、高负荷运转时，由于RSV调速器不能对柴油机在低速油量加以令人满意的限制，使得低速时柴油机的扭矩过大，爆压过大，柴油机热负荷过高，机械负荷也过高，造成整机性能的无法满足需求。本文提及的采用电控直列泵，在这一方面可以对柴油机很好地满足控制要求。

2 电控直列泵发动机开发目标

发动机开发目标要求在上柴公司现有的G128型283 kW船用柴油机基础上，采用电控直列泵，取代原先机械调速器，并提升功率至311 kW，并对燃油系统和增压系统进行优化匹配，满足低速大扭矩需求。

G128ZLCa6型柴油机在G128ZLCa4柴油机基础上，采用柱塞Φ11×14型P8油泵，低涡流缸盖，大流量喷油器以及电控直列泵措施，对其进行全面性能配试。

传统的机械调速器，采用的是若干机械元件，在对柴油机性能参数进行控制的时候，尤其是想要获得比较满意的发动机运行曲线的时候，不仅仅是复杂，而且较难获得令人满意的结果。

电控直列泵最大的特点是采用数字式电子调速器代替了原有的机械式调速器，并且实现了功能的全部替代，仅仅依靠一套电控系统实现诸多功能，比如油量控制、怠速控制、调速率控制等诸多功能，并且还预留了诸多接口，为今后功能的开发打下良好的基础[1～4]。

3 G128高功率柴油机开发配试过程

G128系列柴油机是在公司原135系列柴油机的基础上作重大改进后的升级换代产品。G128船用电站柴油机进入市场以来，经用户使用证明G128柴油机动力性、经济性和可靠性均良好，已被市场接受并得到好评。G128ZLCa4柴油机是近年新开发的产品，最高功率为283 kW/1 854 r/min，主要应用在渔船用柴油机、或者小型内河用柴油机上。主要结构特点是采用了海水、淡水双冷却循环系统，包括海水冷却中冷器以及淡水冷却的整体式排气管，采用了专利技术的整体式气缸盖结构，并采用了三菱增压器等技术。

某公司柴油机数字式电调控制器是一款通用性很强的电调系统控制器，强大的驱动能力使其可用于各种喷油泵系统，同时支持包括EGR、提前器、预热开关等在内的众多辅助输出。该控制器众多的功能选项使其可适应于各种不同的应用场合。

控制系统由以下几个部分组成：控制器（ECU）、执行器、相关传感器以及连接电缆。控制器包含复杂的控制电路，是整个控制系统的核心，其核心组件为一片快速高效的16位微处理器。

1个磁电式传感器安装在测速齿轮的边缘，用于柴油机转速信号的采集。多个设定转速调节器可用于柴油机的转速设定。转速设定方式有3种：模拟式、数字式以及通过CAN总线或LIN总线通讯方式。开关量输入可以用来激活某一功能或者使其关闭，以及这些功能的开始与结束。

该电控调速器替换了原机械调速器（调速飞锤、复位弹簧)等，通过控制高压油泵齿条行程来控制喷油量的多少，从而实现转速与发动机输出扭矩的控制。其控制原理图如图1所示。

配试开发步骤如下：

（1）首先，在ECU电控单元中设置好对应的参数配置。如发动机转速范围，最大油量范围，转速传感器齿数。在本例中，由于只涉及到转速、油量的控制，其余不相关的参数如温度、压力的测量应予以关闭，以避免无关信息量的影响。

（2）其次柴油机各个转速极限状态下进行标定。柴油机在每个常用工作转速下，800～1 854 r/min转速范围内，每隔100 r/min，进行最大油量的标定。在本案例中，每档转速下需控制好排气温度、爆发压力，以先到者为准，记录下该位置最大油量数据，作为今后调整油量的基础。

（3）确定每档转速油量完成后，进行外特性试验，并进行修正，查看每档转速下油量，功率的吻合度，完善性能试验。

（4）按照预选的配试方案比如增压器方案、不同涡流比缸盖方案、喷油器方案进行柴油机最优化匹配。当每选择不同方案的时候，需从步骤2到步骤3重新进行极限值标定。最终完成每个方案的摸底工作。

（5）当摸底工作结束之后，确定最优方案。然后进行全面的性能试验。

4 配试结果

最终配试结果参见表2、图3和图4。可以看出，配试的主要限制是爆压，柴油机的排温还是有一定的余量。由于该电子调速器的特性，爆压控制非常柔性化。从图3可以看出，最高爆压曲线控制非常平缓。如果对排温要求适当放宽，整个1 300～1 854 r/min转速工作范围内可以完全做到保持最高工作状态爆压达到最大值，甚至这一范围内的最高工作扭矩曲线完全水平，整个柴油机的动力性极大提供，并获得更高的功率，使得柴油机充分展示自己的潜在工作能力。

5 结束语

采用了数字式电子调速器之后，柴油机的整个运转曲线被赋予了极大的灵活性，可以根据柴油机本身的特性进行调试，对柴油机的参数进行优化，获得令人满意的配试结果。而数字式电子调速器的优势不仅仅在于仅对柴油机的性能配试，当加上若干传感器，比如水温、油温、油压、大气温度等等，可以对整个柴油机的运转、监控起到极大的作用。

1赵三明.实现国3的路不只一条.中国工业报，2007年6月1日第B03版.

2虞展.国Ⅲ柴油机电控燃油系统技术路线角逐与前景[J].汽车与配件，2009（Z1).

3陈希颖，张富红，王吉华等.满足国Ⅲ排放标准的经济型柴油机的开发研究[J].现代车用动力，2007（4）.

4张永铭，居钰生，王吉华等.柴油机电子调速系统与冷EGR的控制集成[J].内燃机工程，2008，29（5）：71-74.