开题报告

电气工程及自动化

船舶柴油机电控装置设计

一、简述本课题研究的国内外背景、目的和意义：

电子控制式柴油机，又称智能柴油机，是人们为了实现对柴油机更好的控制，把电子控制技术应用到柴油机，是柴油机发展史上的一次飞跃式的技术革命。它取消了传统柴油机的凸轮轴以及相关的机械控制零部件，将燃油喷射、气阀启闭以及柴油机的起动、换向、停车和气缸润滑等功能全部由电子控制。它可以通过对相关参数的设定和修改，调整主机的运行状态和工作参数，达到使柴油机保持在最佳状态下工作的目的。此外，还可还对柴油机的运行情况及零部件的状态进行实时监控，并与船上的控制系统、报警系统连接，对柴油机进行全方位控制。

20世纪70年代以来的石油危机不但使人们认识到了石油资源的有限，与此同时石油产品价格大幅度上涨，这使得使船舶燃油费用支出大幅度提高。因此，柴油机经济性的降低已成为第一要求。而另一方面，人们的环境意识也随着大量使用化石燃料造成严重的环境污染而不断提高，导致了日益严格的国际和地区性的环保法规相继出台。为了降低柴油机的油耗和减少排放，除了对柴油机本身各个系统进行研究和改进外，人们对柴油机的调节控制提出了多参数及高精度的要求。伴随着近几十年来高性能多功能传感器的研制成功和大规模集成电路发展，极大推动了传感器和以微型计算机为基础的柴油机电子技术发展，特别是单片机的应用，使完成柴油机所需的高精度实时控制成为了可能。

船舶柴油机电控装置设计，已经成为当前国内外船用柴油机技术的发展方向。柴油机电控技术的发展大致分为了3个阶段：(1)初始的研发阶段——20世纪70年代，此时的电控主要应用于发电机组用的柴油机；(2)实用阶段——20世纪80年代，研发了时间控制式电喷系统、多种位置控制式，由原来的一种被控量发展为多种；(3)成熟阶段——20世纪90年代到现在，研发了功能强大的电喷系统，它能够准确地控制喷油正时、喷油速率、喷油量与喷油压力等。

目前我国国内柴油机的电控燃油喷射技术相比国外落后蛮多，我国船舶工业、汽车制造工业与国际水平也有很大的差距，对电控柴油机的技术实际应用还不是很完善。自20世纪80年代中期以后，虽然我国的柴油机电控技术才刚刚起步，但是在国人的努力下，许多院校和科研单位对该项技术进行了深入地研究，并有了一定收获。国内研究的比较多的是在位置控制系统方面。如北京理工大学用高速电磁阀经液压的伺服机构以驱动齿条从而实现了直列泵喷油量的控制；长春汽车研究所对直列泵的可变预行程控制进行深入研究，完成了CA6110系列柴油机的有效调速控制；而在开发高压共轨喷射系统及其与柴油机相匹配的技术方面，目前处于研发阶段，因而现在最重要的工作便是柴油机电控喷射系统的研发。吉林工业大学、无锡与长春的大多研究所在对循环喷油量和喷正时的“位置控制”、“时间控制”及“共轨式系统”等方面都进行了深入研究和开发，并取得了显著成果。

面对这一形势，国内既要抓紧积极引进国外先进技术，又要努力自主开发。在04年底Bosch公司和威孚集团联合组建了博世汽车柴油系统股份有限公司，该公司以Bosch公司技术为依托在无锡生产高压共轨系统。Bosch公司生产的满足欧Ⅲ排放标准的高压共轨系统已投入到国内市场。而国内在一些关键技术问题如泵油量的控制、高速电磁阀的研究、执行机构的开发、泄漏问题、各学科分工合作等还相对稚嫩和不完善。目前，有相关企业正在致力于做一些共轨电控及其标定系统研制开发、燃油特性分析和燃油系统的模拟计算、零部件的优化调整等方面工作。

由于各种共轨喷射系统的燃油喷射控制的原理，近期变化都较小，因而在未来一段时间内，电控高压共轨式喷油系统将成为最有前景的控制系统。最佳的喷油速率控制、高喷射的压力、喷油定时及喷油量的可灵活控制将成为未来柴油机燃油喷射系统的发展研究趋势，而电控的燃油喷射系统成为了柴油机燃油喷射过程实现柔性控制的必然趋势。

中国作为世界船舶工业的重要组成部分，发展船舶工业既符合世界船舶工业发展规律，更符合本国社会经济发展的需要。随着经济的稳步快速发展，我国的国际贸易将保持持续增长的局面。海运以其成本的相对低廉的优势，必将继续担任国际运输的最佳选择的重任，国际、国内对船舶的需求将更加强劲。国家的支持及市场需求的旺盛将带领中国船舶工业步入新的发展阶段。从现阶段来看，我国造船业内外环境良好，目前保持着较快的发展速度，并可预期在未来的几年中将保持发展势头。

面对船舶制造业如此生猛的发展趋势，高性能的船舶柴油机电控装置研发和推广应用已经破在眉睫。船舶柴油机作为船舶中重要的组成部分，对船舶的发展起着至关重要的作用，关系我国经济稳定健康可持续发展。发展电控柴油机，对柴油机电控装备系统进行深入研究开发，在现阶段已成为目前我国船舶业的重中之重。

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：

本文将气体传感器、曲轴转角传感器、共轨油压传感器等引入船舶电控系统中，设计了一种由电控单元根据一系列传感器检测出来的柴油机实时工作状态信息，由电控单元ECU根据预先设定的计算程序进行计算，给出适合于该状态下的喷油量、喷油时间、喷油正时及喷油速率等参数，经过喷油驱动电路、排气阀驱动电路、PCV阀驱动等一系列电路，传送给喷油器的高速电磁阀、高压油泵的PCV阀、排气阀等执行器，使柴油机达到最佳的燃烧比和良好的雾化，始终都能在最佳状态下工作，实现柴油机绿色无污染排放。

此控制系统是一个闭环的自动控制系统，高压供油泵、气体传感器、共轨油压传感器和电控单元组成的闭环控制系统，可对共轨管内的压力和排放气体的情况实现精确控制，最终实现精确控制喷油量和喷油正时，达到燃油空气比最佳状态的目的。

三、研究步骤、方法及措施：

步骤及方法：

(1)了解现行船舶柴油机电控装置的技术

(2)分析相关的船舶柴油机电控装置的技术

(3)进行船舶柴油机电控装置的设计

(4)得出结论

措施：

图书馆查找相关的书籍、期刊、杂志等，通过上网寻找相关的一些资料，查看当代对该技术的研究成果和最新的动态。根据学校关于毕业设计的相关规定和学院的有关要求，及时与指导教师联系、交流与探讨。

四、参考文献：

[1]

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