瓦锡兰6RT-flex58T-D柴油机共轨技术特性分析及ICV故障排除

(1.南通航运职业技术学院；2.中海集装箱运输有限公司)

近年来，各大船用柴油机制造商都加大了对智能柴油机的研发投入，并逐步形成了以电控共轨技术为标志的柴油机第三次技术革命。其中瓦锡兰公司的 RT-flex 系列和 MAN B&W 公司的ME型系列柴油机最具代表性。相比较ME系列柴油机，RT-flex 系列柴油机彻底取消了分布于每个气缸的高压油泵，真正实现了燃油、滑油、空气的共轨，传统意义上的燃油喷射和排气阀驱动机构等分别由电磁阀控制的喷射控制单元(ICU)和气阀控制单元(VCU)控制。可以实现精准喷油定时，各种负荷下均可实现充分燃烧，从而降低了柴油机排放、提高了燃油经济性[1]。

1 6RT-flex-58T-D柴油机的燃油喷射功能的实现机理

瓦锡兰6RT-Flex-58T-D柴油机的共轨系统包括燃油共轨和伺服油共轨两套共轨系统，彼此独立发挥功能。其中，燃油共轨由机带高压燃油泵供入压力约1000bar的燃油；伺服油共轨由伺服油泵供入压力约200bar的润滑油，用于驱动燃油控制阀(ICV)。如图1所示，每个气缸均有一个燃油控制单元(ICU)。所有气缸的燃油控制单元均由同一个共轨总管供入燃油。当共轨阀CRV接到来自于WECS9520的控制信号后，在电磁力的作用下开启，将高压伺服油引入，推动燃油控制阀ICV。从而打开燃油共轨中的燃油进入高压油管的通道，实现喷油器的喷射。

图1 6RT-flex58T柴油机燃油喷射系统示意图

2 6RT-flex58T-D柴油机容积式燃油控制器故障排除实例

2.1 故障描述

某远洋公司货船，主机为瓦锡兰智能电喷柴油机，型号为6RT-flex58T-D，额定功率为13000 kW。该故障发生时，船龄28个月。营运期间主机曾出现过燃油控制单元故障。某日，在该船前往澳大利亚某港口途中，轮机员发现NO.2缸排温过低。与主机配套的Flex Viewer软件显示出部分故障内容。界面显示具体如下：为方便理解，笔者对故障描述栏加以备注[2]：

表1 Flex Viewer软件界面提示的内容及备注

2.2 故障的排查过程

(1)根据Flex Viewer 软件的提示，机舱部成员决定首先从流量活塞电气部分开始排查。在该系统中，每循环喷入气缸的燃油数量由 FQ油缸和活塞位置确定。喷油数量传感器(Injection quantity sensor)对活塞的行程进行检测，通过行程传感器将0 -50 mm 的位移信号转变成 4 -20mA的电信号，处理后反馈至WECS-9520。根据不同的负荷，系统自动对活塞的位移极限进行设定。当活塞位移达到设定值时，WECS-9520控制系统会发出停止喷油的信号。因此电机员首先对电气线路进行检查，发现ICU各油量反馈传感器的插头并无松动。此外，根据WECS-assistant 显示屏显示的数字并不是红色，可初步排除是相应的 VDM 板故障[3]。

(2)排除掉是电气故障的原因之后，接下来按照故障排除由简入繁的原则，主管轮机员将2号缸的两个喷油器进行了更换。更换后故障依旧。

(3)由于没有出现燃油共轨压力低的报警，且其它气缸的喷油压力并未受到影响，所以可以暂时排除高压油泵以及高压油泵驱动机构的故障。

(4)经过上述分析可以初步判断，故障应该发生在NO.2缸的容积式燃油控制单元(ICU)中。

2.3 故障作用机理分析

ICU是RT-Flex共轨喷射系统的核心部件，ICU在机器上的实物外观如图2所示，图中①为喷油量测量活塞、位移传感器等； ②为共轨阀(两位三通电磁阀)；③为喷油控制阀(ICV)；④为ICU通向喷油器的高压油管。

图2 ICU 在柴油机机体上的位置图

在不喷油的状态下，共轨电磁阀处于不导通状态，此时来自伺服油共轨的伺服油，无法作用于燃油控制阀活塞。燃油控制阀ICV活塞的作用原理类似两位四通阀，此时在弹簧力的作用下处于右位通，见图4中(a)。来自燃油共轨的高压燃油(约1000bar)同时作用于喷油量测量活塞的左右两侧。由于喷油量测量活塞左侧受力面积大于右侧的受力面积，因此能够保证喷油量测量活塞处于行程的底部，使得图3中的A空间能够最大数量地存储燃油。

图3 ICU的内部结构示意图

当共轨电磁阀接到来自WECS-9520控制系统的开启信号，在电磁力的作用下滑阀移动，使该阀门处于导通状态，来自伺服油共轨的滑油此时可以作用在燃油控制阀ICV的驱动活塞上，推动ICV滑阀克服弹簧力移动。该两位四通阀处于左位通，此时，来自于燃油共轨的高压燃油不再作用于喷油量测量活塞的左侧，与此同时，喷油量测量活塞左侧的燃油通向高压油管的通道被打开,见图4中(b)。喷油量测量活塞在右侧高压燃油的作用下向左移动，左侧A空间的燃油则被推入高压油管，从而引起喷油器喷油。

图4 ICV滑阀动作机理示意图

通过NO.2缸的喷射对曲线的分析，发现NO.2缸的喷油量测量活塞FQ返回时间延长，且行程不够。经分析，原因可能是喷射控制阀 ICV 黏着，从而导致燃油在流向流量控制活塞左侧的燃油受到了节流作用，从而燃油充注数量受到影响。即造成到达喷油量测量活塞左侧(图3中的A空间部分)油量减少，从而造成喷油量的减少，如果情况比较严重，则会造成不发火。

3 故障的人为原因分析及相应管理建议

到达本航次目的港后，主机服务商工程师上船，对NO.2缸ICV进行拆检。其滑阀外观见图3中实物图。发现ICV在其导套内的活动受到了明显的卡滞，疑似有燃油中混入的硬质颗粒导致滑阀出现纵向拉伤。由于管理疏忽，无法查询到准确的近半年的燃油化验记录。从本次故障中可以发现，总结经验教训如下：

(1)机舱资源管理整体意识需加强。对于体系文件的要求，存在管理不严、信息不流畅、制度措施不到位的问题。因此，在公司层面应重视加强对船员的机舱资源管理方面意识的培训。使得每一名轮机员都能有效利用机舱资源，避免人为失误[4]。

(2)轮机员应勇于探索，面对厂商的技术垄断保护应富有创新精神。燃油控制单元是RT-flex 型船用柴油机的重要组成部分，主管轮机员必须熟练掌握其工作原理和结构。在没有厂商技术支持时要能够以科学、谨慎的态度去进行大胆的技术分析。

(3)软硬技术都要提高。除了能够检修柴油机实体部件，轮机员也应熟练使用Flex Viewer软件，时时监控柴油机运行状态。主管轮机员应该能够结合故障现象，迅速找出故障原因并排除[5]。

4 结 语

瓦锡兰公司RT-Flex型电控共轨柴油机已经广泛应用在各大航运公司的货船上。然而目前，针对该型号的专门培训还不够全面，对操作技能方面的知识更新也没有纳入各船员培训机构的课程体系中。因此，海事主管部门、各航运公司以及各船员培训机构都应该首先着重加大对电控柴油机的实操实训培训力度，切实提高我国船员驾驭电控共轨柴油机的操作水平；同时要加强英语能力的培养，以使得船员能够高效率理解电控柴油机说明书，并能够和服务商进行正常交流；第三，加强船员机舱资源管理培训，侧重团队配合，提高团队协作能力，为国家“海洋强国”战略提供支持。