关于船舶柴油机几种常见故障及排除方法探讨

卢道南

摘 要：船舶电喷柴油机以其特有的工作原理和工作特点，在船舶行业得到了广泛应用，不仅可以降低燃油消耗，还减少了柴油机的故障发生率，延长了柴油机使用寿命。但船舶电喷柴油机在使用过程中也会出现一些故障现象，一旦发生故障，便会造成设备难以正常运行，甚至引发设备事故。基于此，本文通过对船舶电喷柴油机的工作原理进行分析，总结船舶电喷柴油机的几种常见故障，并提出应对措施。

关键词：船舶；电喷柴油机；常见故障；排查方法

0 引 言

柴油机作为交通工具中较为常用的一种动力设备，是船舶前进的重要动力装置。但柴油机是由许多部件组成的，彼此间紧密相连，任何一个小部件发生问题，都会对柴油机的整体工作产生一定影响，同理哪怕内部系统出现最细微的故障，同样也会影响船舶航行。

1 系统简介

本文以SulzerRT-flex系统为例，基本构造原理如图1所示。用于燃油喷射的共轨是一条加压燃油总管，布置于柴油机前端，正好处于汽缸头平面下方。

每个气缸的燃油喷射控制装置安装在该公共轨道上，由该管道来获取受压燃油。伺服油共轨等管道与燃油共用轨道平行设置，并用共轨盒密封，防止管道破裂时，高压油从管道中喷射出来。（1）燃油共轨：共轨中已加热的高压燃油（通常1 000 Bar）由供油单元供给。在供油装置上，采用6个四冲程机中常用的回油孔式高压油泵（分为2套，通过两个执行机构来调整供油量），由三凸角的凸轮带动泵油，而柴油机的传动端则通过传动装置将功率传递到凸轮轴上。在启动前和启动过程中，燃油泵驱动器拉动油泵架至最大比例。一旦主机开始运行（如冲车动物），共轨压力便会被调整至所需数值（大约700 Bar）。在共轨管中，燃油经相应的燃油喷射装置供应到汽缸头部的三台标准油压启阀喷嘴。燃油喷射系统为快速作用的Sulzer同步轨道阀门，具有可调供油时刻、可控喷油量和可调油束的形状。各气缸盖上3台喷油器可通过编程单独控制，使其在全负载时共同工作，在低负载时仅有2台或1台（交替）工作，比如：在DeadSlow转速下，各喷嘴工作20min，从而降低气缸套及柱塞头的热应力。SulzerRT-flex燃油共轨系统的主要优势在于：（1）可实现高精度的喷油控制和泄漏防护。（2）能够实现对燃油喷射比的可调和喷射压力的可调。（3）在共轨和供油管道内保持燃油的稳定。（4）能够对特定的喷嘴进行独立控制。（5）伺服油共轨：排气阀的打开方式与SulzerRTA型的阀门操作大致相同，是通过液压实现阀门的开关。唯一不同的是，其液压源是由1台200 Bar压力的伺服油共轨提供，代替了传统的活塞式液压泵。该系统采用3台液压泵来供给伺服油，当负载改变时，伺服油的工作压力会随着负载的改变而逐渐减小，从而达到与之匹配的排气阀打开速率。在柴油机停止运转时，该控制燃油系统将大约50 Bar的压力油供给到该伺服燃油共轨器。电控传动装置，可对排气阀开关时间进行灵活调整。利用两个位置传感器对排放阀的阀杆抬升进行测量，并将其反馈至WECS控制系统[1]。（6）起动控制及控制油：汽缸启动阀门基本上与SulzerRTA型機所采用的气动阀大致相同，但现在由电控系统（对应的汽缸装置）和快速作用的Sulzer共轨阀门根据曲轴转角来控制其开关。200 Bar的液压调节装置将操作液压供给到燃油喷射控制装置。由于 Sulzer型燃油共轨阀门要求有较高的响应速度和准确的供油时间，因此无法采用电磁驱动方式。（7）曲轴转角：在曲轴的自由端安装两个单独的曲轴转角传感器，并通过曲轴带动带齿皮带转到。能准确地测量出曲轴转角的数值讯号，然后传送给汽缸的电子元件，分辨率可达0.1，这对于柴油机的运行来说是不可或缺的。至少有1台要运转，要是两台都出故障，柴油机便无法正常运转。

2 电控喷油系统的关键技术及技术特点

随着电子喷射系统的发展，电子喷射装置的构造已有多种形式，所采用的重要技术主要有以下几种：（1）电控直列泵技术：是由传统机械喷油泵到电控喷油泵发展而来的一种电控燃油喷射系统，是通过直列泵加转电子控制器而形成的电控喷油系统，但制造成本高、结构复杂、维修不便。（2）电控分配泵技术：德国博世公司研制的电子式燃油喷射泵，也是一款采用在喷射泵上安装快速电磁阀，以达到定时喷射和调整喷射压力的一种技术。（3）EUI技术：EUI技术又称电控泵喷嘴技术。电控泵喷嘴系统是利用凸轮机构实现对柴油机喷油泵喷油的控制，其喷油压力是各种喷油系统中最大的，其结构简单、成本低，同时又具备运行稳定、可靠性高、氮氧化物排放少、寿命长等特点，已被众多交通运输工具的柴油机所采用。但这种方法也有不足之处，如采用了顶置凸轮轴街道，使柴油机的制造成本增加，同时也无法实现对喷油压力的动态控制，其喷油泵体积较大，不利于柴油机的整体优化，限制了燃油喷射的方向。（4）EUP技术：EUP技术又称电控单体泵技术，是由单体泵、喷油器和各管路组成。目前，除德国博世公司外，国内柴油机制造商也已采用此项技术，并已广泛用于船舶柴油机中。应用EUP技术制造的电控单体泵系统与EUI技术所研制的电控泵喷嘴系统在特点上基本一致，但其喷射压力比电控泵喷头系统要低，约在180 MPa左右，凸轮轴采用了下置凸轮轴结构[2]。（5）HEUI技术：HEUI技术又称液压电控泵喷嘴技术，是当今世界上最先进的电喷技术之一，已被广泛地应用于各种类型的船舶柴油机上。是一种集电子控制与液压相结合的技术，可以灵活控制喷油装置的喷油，在喷油过程中，不会受曲轴转速的影响，可以不断保持所要求的燃油喷射压力，从而确保喷油过程的顺利完成。这项技术除上述优势外，同样存在局限性，由于采用该技术制造的喷油器和缸盖结构较为复杂，因此对柴油机的后期维修提出了更高要求，且在润滑油的种类和更换周期方面也有更高的要求，此外，还存在着冬季启动困难，喷油系统功耗大等问题。

3 船舶电喷柴油机的常见故障和应对措施

3.1喷油控制单元的故障

在船舶电喷柴油机中，喷油控制单元是一个重要的控制装置，其主要作用是接受柴油机的各种信号，并根据信号对柴油机各缸喷油量进行控制。一旦喷油控制单元发生故障，便会使柴油机的工作状态发生改变，从而导致柴油机出现故障。主要故障原因有：（1）喷油控制单元内部机械故障；（2）喷油控制单元外部故障；（3）喷油泵不能正常喷油；（4）燃油管路无法正常进行燃油输送和分配；（5）燃油压力过低。这些故障的产生主要是由于控制系统本身存在着质量问题或机械部件存在损伤以及操作不当等原因引起的。因此，在船舶电喷柴油机发生故障时，应先对喷油控制单元进行检查和测试，排除其中的机械故障、电磁阀故障等，然后才能进行进一步的检查和维修。

3.2 曲轴转角传感器故障

曲轴转角传感器主要由输入回路、控制电路和输出回路组成，主要用于曲轴转角信号的采集和控制。曲轴转角传感器是通过测量曲轴与连杆轴颈的夹角来测量柴油机转速，曲轴转角传感器的主要故障现象有2种：（1）输出信号波动大；（2）输出信号有毛刺。输出信号波动大：正常情况下，输入回路中的电流小，曲轴转角传感器的输出信号不会超过20 mA，一旦出现输入回路短路或断路，便会引起输出信号大幅度波动，严重时会超过50 mA。输出信号有毛刺：当曲轴转角传感器的输出电流比较大时，便会出现波形不光滑、毛刺等现象。一般情况下，这些毛刺现象可以通过对输入回路中的电阻进行测量来判断是否出现短路或断路。如果没有出现上述现象，便说明输入回路电阻正常。在柴油机运行过程中，当曲轴转角传感器出现故障时，可以通过测量其输出电流来判断是否有故障，如果测量的结果正常，说明曲轴转角传感器出现了故障。如果测量结果是异常的话，则说明是输入、回路短路或断路[3]。

3.3 气缸电子单元CLY-EU故障

船舶电喷柴油机的气缸电子单元CLY-EU故障，是指ECU软件和硬件程序出现错误，或是ECU工作时出现错误。如果是软件出现错误，一般是由于程序设计不合理或在运行过程中出现BUG。如果是硬件程序错误，则有可能是由于电喷系统中某个部件或整个系统故障，由或是某个电路故障引起的。ECU软件程序出错主要有以下几种情况：（1）软件程序错误，通常表现为输入参数错误、数据采集异常等；（2）某个功能模块或整个ECU程序出现问题，表现为输出参数错误、输出指令不正确等；（3）ECU故障导致的程序出现异常，表现为输入参数、数据采集异常等。对于船舶电喷柴油机ECU的CLY-EU故障，应根据具体故障现象进行分析判断。如果是软件出现问题，一般可以通过重新下载软件解决；如果是硬件问题，一般可以通过更换硬件解决。对于ECU故障引起的输出参数异常，一般需要更换ECU部件才能解决。

3.4 共轨油压管系的泄漏问题

在船舶柴油机共轨油压管系中，一般都会设置3道阀体，分别是：高压油泵入口阀、高压油泵出口阀和低压共轨电磁阀。3道阀体之间通过一根油管相连，该油管从高压油泵入口阀出端引出，经过一根高压油管后进入低压共轨电磁阀，再由低压共轨电磁阀进入低压共轨压力腔。当共轨电磁阀打开时，高压油泵的出口阀关闭；当共轨电磁阀关闭时，高压油泵的入口阀打開。如果高压油泵、低压共轨电磁阀、低压共轨管系的某个部位出现泄漏，便会使整个系统出现漏油现象。尤其是在冬天时，由于温度低，会使密封圈和Ｏ形圈产生较大变形，导致密封性能变差[4]。一旦出现泄漏现象，便会引起系统工作不正常。一般情况下，如果阀体泄漏量不大时，可以通过在阀体上安装一些有弹性的垫片或橡胶圈来解决。如果阀体泄漏量过大或Ｏ形圈发生严重变形或破损时，就需要更换阀体或者Ｏ形圈。另外需要注意的是：（1）在维修时应严格按照设备说明书进行操作，同时要对各个连接部位进行紧固工作。（2）当发现有漏油现象时要及时进行排查和排除。如果发现密封圈有磨损时，要及时更换密封圈。对于Ｏ形圈损坏的问题要及时更换Ｏ形圈。（3）对高压油泵的出口阀和低压共轨电磁阀进行检查时，要注意高压油泵的出口阀和低压共轨电磁阀是否处于开启状态。如果没有开启状态时要及时更换高压油泵的出口阀和低压共轨电磁阀。（4）在维修过程中应认真检查所有接头是否紧固可靠。如果接头紧固不牢时，应对其进行紧固处理，并用肥皂水对接头进行清洗检查。

3.5 控制系统助手（W9A）故障

控制系统助手（W9A）是柴油机电控系统中的一个重要组成部分，主要功能是控制柴油机的起动、怠速和调速，同时还具有故障诊断和报警功能。当W9A故障时，则控制系统无法工作，且会发出报警信号，提示值班人员有故障发生。W9A的工作原理为：当检测到W9A电路有电压时，W9A便会产生脉冲信号，然后控制电磁阀打开，使喷油量增加。如果控制电磁阀打开后不能产生脉冲信号，则说明W9A电路的反馈回路出现故障。此时应检查相应的控制继电器或线路是否出现故障。如果该故障无法得以有效解决，便需要更换整个控制器。当发生上述几种故障时，可以通过以下几个步骤进行排查：首先检查柴油系统是否有压力不足或压力过高的情况；其次检查柴油机的启动过程是否正常；再次检查柴油机的怠速运行情况是否良好；最后要检查整个系统是否出现故障。

4 结束语

总而言之，柴油机作为船舶的主要动力来源，一旦发生故障会导致船舶停止运行。因此，其工作人员应具备良好的专业素养以及责任感。以便在船舶出现问题时，能够在最短的时间内对船舶进行检测和处理，减少不必要的意外。

参考文献

[1] 安海全.船用柴油机常见故障的维修对策[J].船舶物资与市场，2023，31（04）：82-84.

[2] 李彪，李喜旺，闫志强.船用柴油机故障类型及维修对策研究[J].船舶物资与市场，2022，30（10）：71-73.

[3] 崔立忠，杨胜滨.船舶柴油机的常见故障及排除策略[J].柴油机设计与制造，2022，28（02）：36-39.

[4] 刘海冰.船用柴油机维修的常见故障和对策[J].内燃机与配件，2021，（15）：107-108.