船用大功率柴油机控制技术
——机/电复合型人材培训教材
（适用于柴油机专业）
造机所
辜增宏编著
2002．4
版权所有侵权必究
说明
本培训教材（初稿），是根据工作需要，首次全部新编写的。由于时间仓促、水平有限，教材中必有错误、遗漏及不当之处，请阅者给予讨论和指正，以便进一步补充、修改。
编者 2002年4月
目 录
名 称 页 次一、船舶低、中速柴油机概况： 1
1）沪东船厂造机史情况 2 2）低速柴油机 3 3）中速柴油机 4 4）中、低速柴油机发展趋势 5二、柴油机电/气控制相关基础技术： 11
（一）气动技术 11（二）液压技术 12（三）电气技术 13（四）电子技术： 15 1）二极管 15 2）三极管 15 3）放大器 15 4）反馈系统： 15
a) 正反馈
b) 负反馈
5）反相器 16 6）运算放大器 16 7）逻辑门电路： 16
a) “与”门电路 17
b) “或”门电路 18
c) “非”门电路 19
8）双稳态电路 19（五）柴油机控制系统常用电气符号 20（六）动力学 22（七）自动控制技术： 22 1）开环控制22
名 称 页 次2）闭环控制 23（八）测量与显示 25三、柴油机控制系统各类主要控制阀件： 26
（一）气控气阀： 26 1）二位三通阀 26 2）二位五通阀 27 3）低控高气阀 27（二）电控气阀 28（三）手控气阀 29（四）调压阀—精密调压阀 29（五）节流阀 30（六）双向止回阀 31（七）快速泄放阀 31（八）单向止回阀 31四、柴油机控制系统各类传感器： 32
（一）模拟量传感器： 32 1）测速传感器 32 2）压力传感器： 33
a) 关于“电桥电路”—“直流电桥原理” 33
b) 应变片压力传感器 34
c) 电阻式压力传感器 35
d) 电磁式压力传感器 35
3）温度传感器： 36
a) 热电偶传感器—“冷端温度补偿原理” 36
b) 热电阻传感器 38
c) 温度传感器的安装要求 40
4）流量传感器： 40
a) 压差式 41
名 称 页 次
b) 容积式 41
c) 电磁式 41
（二）开关量传感器： 41 1）压力开关 41 2）温度开关 42 3）液位开关 43 4）行程开关 43 5）油雾探测器的开关量 43 6）流量开关 44五、柴油机的控制功能： 44
（一）柴油机的起动： 44 1）起动分类 45 2）起动条件 45 3）起动正时 47 4）应急起动 47 5）起动空气分配器： 47
a) 柱塞式空气分配器 48
b) 盘式空气分配器 49
6）单排起动和双排起动 50 7）起动油门限制器 51（二）柴油机的换向： 52 1）可逆转柴油机换向： 53
a) 移轴换向 53
b) 非移轴换向 54
2）非逆转柴油机换向 55（三）柴油机调速： 56 1）人工调速 56 2）自动调速（程序控制） 57
名 称 页 次（四）柴油机的停车 57 1）正常停车 58 2）应急停车： 58
a) 人工停车 58
b) 自动停车 58
（五）柴油机的降速 58（六）安全保护 58六、柴油机的控制位置及其转换： 59
（一）机侧控制 59（二）集控室控制 60（三）桥楼（驾驶室）控制 60七、柴油机控制系统的各类执行器： 62
（一）气动执行器 62（二）电动执行器 62（三）液压执行器 63八、柴油机运行的监测与报警： 63
（一）故障报警： 65 1）通常故障报警（长时报警） 66 2）短时故障报警 67（二）参数显示与报警显示 68（三）延伸报警 68九、柴油机的安全保护装置： 69
（一）换向操作的安全保护 70（二）起动安全保护 70（三）运行安全保护： 71 1）超速保护装置 71 2）有关运行参数的超限值—降速或停车 71 3）主轴承测温装置 71
名 称 页 次4）调速器内的负荷限制及停车功能 72 5）曲柄箱油雾探测器 72 6）停车气缸和油缸 72 7）燃油泄漏报警 73十、柴油机/增压器测速装置： 73
（一）测速电机： 73
1)直流测速电机 74
2)交流测速电机 75
（二）磁电式测速装置： 75 1）主机测速装置 76
a) 转速测量 76
b) 转向测量 78
2）增压器测速装置 80十一、柴油机上的报警装置： 82（一）油雾探测器 82（二）注油器报警装置 86（三）燃油泄漏报警 88（四）活塞冷却油断流报警 89十二、船用柴油机的三种控制方式： 90（一）机侧（应急）控制 90（二）集控 91（三）桥控 92十三、辅助鼓风机起动器及盘车机起动器： 93十四、柴油机的燃油可变正时机构—“Vit”装置： 106（一）概况介绍： 106 1）调压阀 108 2）“Vit”执行器 109
名 称 页 次（二）动作原理及其调整 111 1）各元件的功能 111 2）动作原理 112 3）调整 113
a) 低负荷下的调整 113
b) 转折点的调整 113
c) 高负荷下的调整 114
（三）调整中的几个主要环节 115 1）调压阀的调整 115 2）执行器的调整 115（四）关于电子控制的“Vit”装置 118十五、船用柴油机的调速技术： 121（一）液压调速技术： 122 1）液压调速器的分类 123 2）液压调速器的种类 125 3）液压调速器的工作原理 127 4）起动伺服器 140 5）液压调速系统的基本结构框图 145 6）PGA 58/PGA 70调速器的工作原理及调整： 146
a) 气动摇控 150
b) 机侧手控 157
c) 速度设定反馈机构 158
d) 速降机构 160
e) 调速器的安装与调整： 161
1）调速器的安装 161
2）调速器的调整： 162
⑴ 动车前的调整 163
⑵ 运行中的调整 163
名 称 页 次7）调速器上的辅助装置及调整： 165
a) 增压压力燃油限制功能 167
b) 速度设定燃油限制功能 171
8）调速器运行对柴油机的要求 174 9）调速器运行中的常见故障及其处理 176（二）电—液调速技术： 179 1）“2221”型电—液调速器结构 181 2）“2221”型电—液调速器工作原理： 185
a) 外界负荷不变 186
b) 外界负荷减小 186
c) 外界负荷增大 187
d) 停车装置 188（三）电子调速技术： 188 1）电子调速器概况 188 2）NABCO电子调速器 190 3）“和点”的基本工作原理 191 4）NABCO电子调速器的系统构成 195 5）NABCO电子调速器的控制装置 201 6）NABCO电子调速器的驱动装置 202 7）电子调速器与液压调速器的比较 206（四）国产电子调速器： 209 1）基本结构 210 2）工作原理 211 3）参数调整 212 4）保护功能 213 5）故障判断与处理 213（五）调速器的性能技术指标： 214 1）术语及定义 216
名 称 页 次2）静态性能指标 217 3）动态性能指标 218十六、新型的控制方式（KAMEWA）—调速器/可调浆联控 221
十七、典型船用低速柴油机操纵系统及其动作原理（S60机及L60机）
(一)S60MC-C机
(二)6L60MC机 234 234 250
十八、典型船用中速机操纵系统及其动作原理： 281（一）16PC 2-6中速机（四冲程机） 281（二）18E390V中速机（二冲程机） 300十九、船用中、低速柴油机操纵系统检查调整基本要求及注意事项： 333
（一）低速机： （二）中速机： 333 344
1）16PC2-6柴油机（四冲程机） 344 2）18E390V柴油机（二冲程机） 349二十、船用中、低速柴油机控制系统常见故障及其处理 356二十一、船用中、低速柴油机控制系统典型“案例”（故障）介绍及分析 362二十二、船用柴油机控制系统电气接线图绘制简介 371二十三、船用柴油机的相继增压技术 383二十四、电子技术在船用柴油机上的应用 390二十五、船用电控柴油机： 400（一）电控柴油机的现状 400（二）电控柴油机 402 1）控制功能： 402 2）控制原理： 403 （1）电控柴油机的一般原理； 404 （2）7RT-flex60C机电控原理； 413 （3）共轨喷射及其工作性能： 442二十六、船舶码头动车、试航中主机操纵系统的有关试验项目 453二十七、船舶柴油机的谈判、制造、销售、后服务等各主要环节介绍 476二十八、上机现场教学及试车实践（提高故障判断及排除能力）
一、 船舶低、中速柴油机概况
船用大功率柴油主机通常分为低速柴油机和中速柴油机二种。
低速柴油机（n≤300转／分）由于转速低、经济性好、油耗低、功率大、结构简单可靠、寿命长、且使用劣质燃料等优点，被广泛用于大型民用船舶主机；而中速柴油机（300 ≤ n ≤1000转／分），则由于体积小、重量轻,可多机并轴以及通过减速装置可选择最佳螺旋浆转速,被充分用于各种军用舰船以及民用的滚装船、渡船等的船舶主动力。
低速机由于转速较低，而螺旋浆的效率则与转速成反比，即螺旋浆的转速越低，则其效率越高。所以,低速柴油机带动的螺旋浆其推进效率较高；因而在同样条件下、相同转速下，船舶的航速得以提高。此外，油耗较低，目前（S90MC-C）最低油耗已达123克／马力小时，使其运行成本大大降低；加上可靠性高、使用寿命长等因素，世界上建造的2000吨以上的船舶，几乎70% 以上是采用低速柴油机作为船舶主机的。因此，在大型远洋货轮、油轮中，低速柴油机占绝对的优势。
中速机，在相同功率情况下，则比低速机的重量、体积要小好多，使机舱的高度和容积减小，这对于军用舰船而言，可使船体高度减低、船体减小；这样使舰船目标缩小、隐蔽性好，或可提高舰船航速，或者由于主机体积小，则可使在相同舱容下，可装载更多的弹药以及其它军需物资，从而提高了舰船的战斗力。但是，中速机由于转速高，换气和燃烧方面比低速机差，因此，油耗也比低速机高。这对于军用机来讲，由于舰船不象
民用船舶处于长时间连续运行状态，以及由于作战的需要，油耗已不占重要地位。此外，中速机由于转速高、使磨损增加、噪声大；由于缸数多，零件故障率也提高，这些是中速机所固有的一些缺点。
我厂是我国军、民用船用柴油机（设计研究和专利）制造的重要基地。2001年柴油机产量达58台75万马力，国内市场占有率已达到70% 左右。因此，完全可以说，沪东船厂柴油机所走过的道路，就是反映了我国船用柴油机发展的过程。
1958年开始，沪东船厂与711所、上海交大共同研制了我国第一台二冲程重型低速船用柴油机6-43/82A机，成为我国大批3000吨货轮的主机；1959年开始研制了9-43/67柴油机，用于军用和中央首长专用客轮“昆仑”号的主机；1959年开始研制第一台万匹机8820柴油机，成为由江南船厂建造的我国第一艘万吨轮“东风”号的主机。1966年起，我厂与711所共同研制成6-75/160A大功率低速机（12000马力），成为我厂一批如“郑州”号、“福州”号25000吨货轮的主机。1968年，对43/82A机型进行提高功率的改进设计，使6-43/82A机的功率从2000马力提高到2200马力，作为江南厂建造的“劲松”号、“险峰”号耙吸式挖泥船的主机。1969年改进设计成功9-43/82B机，首台机作为我厂建造的7500吨“长征”号客货轮主机。八十年代初，改进设计成功6-43/82C型柴油机，作为黄埔船厂“红旗195”号及“红旗196”号货轮的主机。此后，又于1987年自行设计研制成 6-34/82节能型柴油机，油耗为135克/马力·小时，作为新一代沿海货轮和油轮的主机。
与此同时，军品柴油机方面，自1966年起沪东船厂与711所，陕西柴油机厂共同研制二冲程18E390V大功率中速柴油机（12000HP）于1969年9月胜利动车，作为我国导弹护卫舰等的主动力。沪东船厂在军内获得我国护卫舰之父的美称。1975年又研制成功12E390V大功率中速柴油机，作为大型登陆舰的主动力。我厂研制的二冲程大功率中速柴油机，是当今世界上仅少有的机种，也是我国中速机技术的结晶、是几届科技人员、工人同志共同努力的成果，为我国海军建设增强国防现代化提供了强有力的动力装置，作出了巨大的贡献。
在引进机方面，1978年，国家从法国引进PC、PA中速柴油机的专利制造技术。沪东船厂于1981年10月，首台12PC2-5机制成动车，装于求新船厂建造的“郑和”号海军训练舰。八十年代初，从丹麦引进MAN-B＆W低速柴油机专利制造技术。于1982年首台8L55GFCA机试制成功；接着5L55GFCA机也相继试制成功，这二种机型均装于广州船厂建造的货轮上。从此，沪东船厂进入了国产机与世界名牌中、低速引进柴油机制造生产的新局面。此后，沪东船厂先后试制成功的引进机型有：
中速机方面有12PC2-5、18PC2-6、16PC2-6、12PA6、16PA6STC、12PC2-6，用于军用舰船和陆用电站。
二冲程低速机方面有：MAN-B＆W的5L35MC、4L35MC、5L70MC、6L70MC、6L42MC、5L50MC、6L50MC、6L60MC，以及长冲程机：6S26MC、6S35MC、6S42MC、7S42MC、5S50MC-C、6S50MC-C、7S50MC、8S50MC、5S60MC-C、6S60MC-C、7S60MC-C、6S70、6K80及适合集装箱需要的短冲程机等数十种型号的低速
大功率柴油机。同时从1997年起开始生产从瑞士引进的NSD-Sulzer二冲程低速柴油机5RTA52U、5RTA48T、8RTA48T等机型。加上近年来上海船厂造机部分与沪东重机合并后，Sulzer公司的柴油机各种型号机型，则更为完善。至此，沪东重机公司除生产自行设计的各种类型中、低速大功率船用柴油机外，还具有生产制造当今世界各名牌大功率中、低速船用柴油机的能力。自1958年起，至2001年，公司累计生产的中、低速柴油机共1165台，计725万马力。不仅为我国的航行事业和国防建设的发展作出了贡献，而且为我国船用柴油机走向国际市场奠定了厚实的基础。
至今。在船用柴油机发展趋势方面，情况如下：
目前，世界上船用大功率柴油机中，在低速机方面，有MAN-B＆W 和WARTSILA-Sulzer二家著名公司生产的二冲程柴油机，一直以来在竞争中使船用大功率柴油机不断获得发展。对于B＆W公司，一直是研制直流扫气形式的二冲程机，其优点是扫气较彻底、换气质量较好。而Sulzer公司则早期一直是研制横流扫气形式的二冲程机，其结构简单、维护管理方便，但其扫气不彻底，换气质量较差。众所周知，加大柴油机工作行程，可使其转速下降，获得油耗降低的好处。在缸径不变情况下，冲程S加大则使S/D 值增大。对于直流扫气而言，增加S/D值（冲程与缸径比）和降低转速，可使扫气效率提高，从而降低油耗。但是，对于横流扫气机型，由试验表明，横流扫起的最佳S/D值大约在2.2左右；若进一步提高此值，将使扫气质量下降，引起油耗的增加。因此，在长冲程的进程中，Sulzer公司不得不放弃原来RL型的横流扫气，而从八十年代初就改为现在所推行的RTA
型的直流扫气柴油机，从而使S/D值由2.1提高到4左右，因而大大提高了经济性。
提高柴油机功率，有二种途径：第一，提高平均有效压力Pe，第二，提高活塞平均速度Cm。对于提高Cm，由于提高转速带来油耗增加，运动部件表面的磨损增加，噪音也随之加大，所以不可取。而采用在转速不变条件下，用增大冲程来提高活塞平均速度，有如下优点：可减少油耗，在低负荷运行时具有良好的性能参数和良好的起动性能；同时又使压缩比获得变化。因此，采取选用增大行程来提高功率或提高柴油机的效率。一般行程加大20-30%，转速降低15-25%、则油耗可降低3-6%。由于采用长行程，使柴油机膨胀功得到增加，从而降低油耗，提高柴油机的效率。此外，柴油机向低转速化方向发展。为了保持柴油机的可靠性、维持原来的活塞平均速度Cm不变，必须采取以加大冲程，来降低转速的措施。这对于直接驱动螺旋浆的低速机来讲，恰好是提高了船舶螺旋浆的推进效率，从而提高船舶的航速。B＆W S80MC柴油机，S/D值已达3.82，其转速已下降至79-57 1/min。由于采用长行程、低转速化，必然使柴油机总重量要有所增加，但由于强化程度Pe、Cm值的提高，使油耗降低所带来的收益可以完全抵消重量增加所带来的不利因素。
柴油机除了向直流扫气、长行程和低转速趋势发展外，采取优化增压系统，如选用定压增压，提高增压器的综合效率，选用高效率增压器，使增压器调整在既处于高效区又不喘振下运行等。此外，提高柴油机的爆压，同时采用可变喷油正时（Vit）机构以及提高压缩比等方法，以达到在各工
况运行范围内提高柴油机的经济性。
中速机，在提高强化指标和可靠性、缩小体积、减轻总机重量方面做
了很大努力，取得了较好的效果。近年来，为了提高柴油机的低工况性能，
采用了“相继增压”新技术，获得很好的效果。所谓“相继增压”即对于V
型柴油机在低工况时，二只增压器中，一只增压器停止运行，而将V型机
的两排废气集中到仅供一只增压器使用，使该只增压器在此工况下，转速
相应提高，从而提高了增压器的运行效率；工况改善，使排温降低，受热
零件可靠性提高。当柴油机处于高工况运行时，则自动转至二台增压器同
时运行。法国专门为海军设计的16PA6STC中速机就是法国最新推出的具有“相继增压”的新机型。对于海军舰艇来讲，所使用的动力装置，大部分
处于巡航运行，而高负荷运行时间使用不是很长。这样，具有“相继增压”
的柴油机正好符合海军的实际使用要求。因此，不但提高了柴油机低工况
的运行性能，同时也提高了其经济性。
大功率船用中、低速柴油机，广泛用于军、民用舰船。用于民船方面，
大致有：散装货轮、原油/成品油轮、滚装船、集装箱船、火车渡船、大型
客轮、破冰船、海洋科学考察船、木材专用船、挖泥船、散装水泥船、化
学成品船、三用工作船、储油轮等等。军用舰船大致有：导弹护卫舰、导
弹驱逐舰、大型登陆舰、潜艇（常规型）、电子侦察船、综合补给船、大型
坞登、潜艇救生船、训练舰、子母耙艇等等。
随着电子技术和计算机技术的迅速发展和不断普及应用，柴油机的自动化程度也日趋提高和完善。电子技术在柴油机上的广泛应用，使机舱自动化程度越来越高。无人机舱将不断得到普及，整船的自动化程度也获得飞速的发展。目前，随着微机技术的不断发展和应用，电控柴油机已出现在我国的面前，即将投入商业性航运行列。柴油机技术和控制技术的迅速发展和紧密结合，迫使我们尽快掌握这门崭新的现代技术，以适应船用大功率柴油机的不断发展的需要，也是为了提高竞争力，确保我们的造机水平处于领先地位的需要。
以下是部分军、民用舰船的外形图片：
电子侦察船 Ｅlectronic Reconnaissance Ship
4000辆汽车滚装运输船 4000 PCTC(Pure car/Truck carrier)
二、柴油机电/气控制相关基础技术 （一）气动技术：