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船用柴油機的發(fā)展趨勢
國際海事組織（IMO）決定從2011年1月1日起實施IMO Tier II排放法規(guī)。與IMO Tie I相比，IMO Tier II排放法規(guī)氮氧化合物（NOX）必須降低20%，IMO Tier III排放法規(guī)則規(guī)定降低80%。未來5～10年間，“京都議定書”及最近的’哥本哈根協(xié)議”也將生效，這些協(xié)議要求減少CO2的排放量。因此，未來船舶柴油機面臨著既要降低排放，又要降低耗油率的雙重挑戰(zhàn)。調(diào)節(jié)噴油規(guī)律是減少NOX排放主要手段之一。NOX排放量越低，對噴油量的控制精度要求越高。
隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，柴油機控制向機電一體化方向發(fā)展，從而邁出了柴油機發(fā)展史上第三次革命—電控發(fā)動機的步伐。由于電子技術(shù)的發(fā)展，柴油機運行信息的實時獲取能力有了極大的提高，而微型計算機的出現(xiàn)，使得信息處理的能力有了質(zhì)的飛躍。利用電子控制技術(shù)，柴油機可以將原來相當一部分機械傳動的控制機構(gòu)改為由電磁閥及相應(yīng)的控制機構(gòu)取代，可以實現(xiàn)高精度的實時精確控制，從而能夠在廣泛的運行區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)對柴油機運行工況的最優(yōu)化控制，使得柴油機性能得到大幅度的提高。
由于柴油機的工作主要依賴燃料噴射燃燒來實現(xiàn)，電控噴油系統(tǒng)也就順理成章的成為了電控柴油機的重點發(fā)展方向。第一代電控噴油系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的高壓油泵-噴油器的組合中，結(jié)合了高速電磁閥進行噴射控制，其實現(xiàn)較為簡單，但噴射壓力和噴油量調(diào)節(jié)范圍仍然受到了傳統(tǒng)油泵的工況限制，尚未達到最優(yōu)化控制的要求。為了進一步改進燃料噴射燃燒的控制效果，出現(xiàn)了第二代電控噴油系統(tǒng)—高壓共軌式電控噴油系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用了一個具有較大容量的高壓燃油蓄壓器（油軌）取代傳統(tǒng)的高壓油泵，另外設(shè)置專用的補油高壓泵向油軌供油。由于蓄壓器內(nèi)的燃油壓力遠大于常見傳統(tǒng)高壓油泵的最大噴射壓力，燃油噴射時的霧化程度更高，燃燒更完全，同時電磁閥可以在整個噴射過程中進行精確的噴射控制，無需顧慮傳統(tǒng)噴射系統(tǒng)中燃油噴射壓力下降的問題（由于油軌容積遠大于單次最大噴油量，油軌內(nèi)壓力可視為基本上保持不變），不僅可以保證低工況時燃油的良好燃燒，改善低速時的轉(zhuǎn)矩，還可以降低廢氣中污染物質(zhì)的排放。由于循環(huán)供油量和噴油狀態(tài)之間的差異變化很小，柴油機的動力性能也得到了顯著的改善。
圖7.16 船用高壓共軌噴油系統(tǒng)
目前，世界上主要的柴油機研發(fā)企業(yè)都已經(jīng)在新一代柴油機上普及了共軌式燃油噴射系統(tǒng)。隨著柴油機電控技術(shù)的進一步發(fā)展，未來具有更強控制能力和更好控制效果的“智能型”柴油機將會是發(fā)展的主要方向。
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