【船机帮】瓦锡兰新型电喷共轨RT-FLEX型主机管理精要

【船机帮】瓦锡兰新型电喷共轨RT-FLEX型主机管理精要
船机故障心莫慌，遇事不决船机帮
导读
随着世界能源危机和环境污染的加重，在燃油成本增加，国际排放标准要求日益增高的现实条件下，各大主机制造商相继开展了智能柴油机的研究，随着微计算技术的成功应用，使电控共轨柴油机变成了现实，这也标志着柴油机技术的第三次革命。

电控共轨柴油机提高了燃油经济性、降低了主机排放、提高了可靠性和操作的灵活性，具有适时调节，精准定时，低碳环保经济等优良性能。

其中Wartsila公司的 RT-flex系列和 MAN B＆W 的 G 型系列最具代表性，下面仅就RT-FLEX机进行阐述。

一、RT-flex 主机特有部件介绍
RT-FLEX 主机最大特点是具有电子控制的燃油共轨喷射系统（Electronically controlled commontail fuel injection system），实现了燃油、滑油、空气的共轨，取消了传统意义上的凸轮轴、高压油泵、排气阀驱动机构等，喷油及排气阀动作分别由电磁阀控制的ICU及VCU控制，定时精准，燃烧充分，可以满足TIRE 2 排放标准。

与传统机型相比较 RT-flex 采用燃油、伺服油、启动空气共轨，完全实现了燃油喷射与排气阀执行的电子控制，省却了排气阀驱动泵、燃油高压油泵、凸轮轴、凸轮轴驱动机构、换向伺服机构、启动空气分配器等机构，大大减小了主机几何尺寸。

为实现电喷控制，新型机相应配备了供油单元、共轨单元、角度编码器、微电脑控制 WECS-9520 系统等特有部分。

1、控制系统 WECS-9520
WECS-9520系统由单块多功能模块FCM-20（Flex Control Module-20）组成。

每一块FCM-20都被安装在每一个气缸的共轨箱下面（E95）接线箱里，另外还设计有两块FCM-20 模块作为在线备件被安装在主机
缸头层前端的（E90）接线箱里，所有模块之间的通信均经由内部高速CANbus总线完成。

WECS-9520 是主机控制的核心，处理所有动作，直接调节并控制主机运行，但是WECS-9520却不是主机遥控系统也不是安保系统，它是主机内部控制系统，FLEX 电喷主机有其单独的遥控及安保系统。

2、燃油系统
供油单元主要是由一组主机自带的柱塞式高压油泵组成，根据机型的大小不同，高压油泵有 2～8 台不等，自带高压油泵柱塞的往复运动也是通过凸轮驱动实现，凸轮轴由曲轴通过两个中间齿轮传动，凸轮轴上装有一排三角凸轮驱动燃油泵。

这种凸轮及凸轮轴非常小巧，节省了主机空间。

因为供油单元上的燃油泵和伺服油泵都没有定时，所以它们仅仅起燃油和滑油的加压输送作用，凸轮轴尽管相对于曲轴没有一定的对应点，但是各凸轮间却有一定的排序。

3、排气阀系统
排气阀是由伺服油通过VCU（气阀控制单元）模块来打开的，并且由空气弹簧压力关闭，关闭动作与传统主机一样。

排气阀杆的运动通过两个位置传感器将其位置反馈给WECS-9520。

开启角度是FCM-20模块根据测量到的曲轴角度、理论开启角度和可变排气阀开启角度计算出的。

从开启排气阀指令发出到阀杆开始动作，这段时间称为Opening deadtime。

这个deadtime 会通过稍微提前一点触发排气阀电磁阀来补偿来自液压和机械系统的时间延时。

4、曲轴角度传感器
曲轴角度传感器安装在曲轴自由端的，通过电子的角度编码器来测量实际的曲轴角度，并通过WECS-9520 提供完整的圆周角度，一旦通电，就能立即快速准确的显示当前的实际曲轴角度。

两个角度编码器通过一根带齿的皮带连接到一个驱动轴上。

这样的设计可以避免角度编码器轴向以及径向的移动，产生测量误差。

所以角度传感器是主机运行不可或缺的。

至少其中一个必须正常工作，如果某一个故障，WECS-9520 可以检测得到，并且主机将以另一个正常的角度传感器保持正常工作。

当两个同时故障时主机将停车，没有角度传感器将不能进行主机操纵包括应急操车。

正确安装曲轴角度传感器及驱动是主机安全运行不可或缺的重要条件。

5、共轨阀
喷油和排气的动作都是由共轨阀控制来完成的。

共轨阀组是由超快的（约 1ms）电液电磁阀组成的。

根据WECS-9520 给出的喷射、复位或者开启关闭信号，共轨阀内相应的线圈被在很短的时间内激化，同时产生一高电流脉冲（约50～60A）。

这就使得阀芯朝被激化的方向移动约 0.3mm 的位移。

高的电流脉冲和短的阀芯位移量，达到了一个非常短的反应时间，以至于能达到精确地喷油和排气阀控制。

二、RT-flex 主机的优点
1、燃油系统能够同时满足排放和经济性的要求
采用电磁阀控制喷油，控制精度较高，各缸燃烧压力、排烟温度等热力参数相当均衡；机械负荷和热负荷低；柴油机内部机械作用力、扭矩和振动较小。

由于各个负荷状态下燃油均能很好雾化，缸内结碳明显减少，可以延长检修周期，降低船舶备件费用。

部分负荷时运行性好，最低稳定转速低。

柴油机在低负荷运转时，能保持相当高的喷射压力，同时精确控制喷油量。

取消了凸轮等大部件，减轻了主机的重量和体积，从而增加了柴油机的可靠性，降低制造成本，加大大修间隔，降低维修成本，并可
延长寿命。

2、冗余设计提高了可靠性
（1）模块冗余
如果一个FCM-20故障，相应的气缸动作就会停止，剩余其他缸继续保持动作，任何一个FCM-20模块都可以被在线模块所替换，相应的软件和参数已经存储在该备用模块内，无需重复下载软件和程序。

当安装一个新的 FCM-20模块时，必须要先安装在 E90 箱子里作为在线备件。

（2）系统冗余
系统采用CANBus 双冗余总线设计，永远都是两路总线被激活，如果一路中断或故障，剩下的总线仍然可以继续工作，正常通信。

主机的操作是不会被中断的，而且每一个模块都是双路供电。

（3）传感器冗余
许多重要的探头和传感器都会是两个，比如角度传感器、TDC 传感器、燃油数量传感器、排气阀位置传感器等。

并且两路传感器测量的平均数值用以控制主机。

如果一个探头故障，WECS-9520 则会显示相应探头的故障信息，并且会继续使用正常的那个探头工作。

三、RT-FLEX 机管理注意事项
某公司有8 艘使用这种新型主机的船舶，下面通过实际故障分析，总结几点管理注意事项。

1、保证滑油系统的清洁
伺服油是用来控制排气阀的开关和燃油喷射的动力油，电喷主机对伺服油的质量要求非常高，伺服油滤器的过滤精度是6μm，压力100—190bar。

由于 RT-flex 型柴油机的伺服油是系统油，因此需要对柴油机的系统油保持不间断的净化，并且需要定时对系统油进行取样化验，严格监控系统油的各项指标，及时更换滑油。

柴油机系统油若污染严重，会造成伺服油自清滤器频繁冲洗，严重时出现伺服油滤器压差高报警，引起伺服油压力异常，导致排气阀
开关紊乱，燃油异常喷射，造成主机 Slow down。

在日常的维护保养工作中各关键部件滑油油路中滤器的清洗是非常重要的，比如停车阀的主滑油进口的滤器要经常打开清洗，若滤器堵塞，则会造成燃油共轨管压力不能建立，主机就不能成功启动。

燃油喷射控制单元（ICU）和排气阀控制单元（VCU）的滤器也要经常打开进行清洗，以免由于它的原因造成动作滞后，使主机不能正常运转。

现就某船舶实际故障案例的处置进行分析说明：
故障现象：
于 2013 年 12 月份某公司 HHH 轮在俄罗斯瓦尼诺锚地加油结束开航时主机无法起车。

故障原因分析：
主机不能正常起车的主要原因有：
供油系统不正常、起动空气系统故障且没有正常起车动作、主机燃烧室部件故障且造成燃油不能正常雾化或压缩压力低不能正常发火等；对于共轨机还有一个重要原因就是共轨管内油压低，系统自保闭锁不能起车。

故障排除经过：
通过对燃油供油系统、起动空气系统、主机燃烧室部件排查都没发现问题，说明导致故障的不是前三个原因，经观察起车时共轨管内压力特别低，一旦检测到共轨管内油压低于450bar 时系统就将起动动作锁闭，造成主机不能正常起车，既然共轨管内供油系统无问题，那么焦点便集中到泄油上，除了共轨系统内漏能够造成共轨管低压外，再就是通过端部的停车阀泄压，如图 1～2：
泄压原理分析：
如果伺服滑油进入量较少，主活塞顶部的油压就低，这样主活塞上移，图一下部针阀就打开，共轨管内燃油就会经过针阀与阀座间的缝隙泄掉，从而引起燃油压力无法建立。

因此，接下来就重点检查停车阀。

拆下进口小滤器检查发现滤网上有很多杂质，经过清洗吹通，主
滑油进入量增大，主活塞顶部油压增加，关死针阀，装复后主机恢复了正常起车。

故障总结：
仅仅钮扣大小的一个滤器就能引起这么大的故障，可见电喷主机对滑油油质及系统清洁性要求极高，故而要特别关照系统滑油质量及对各关键部位滤器等加强监控保养。

2、保证共轨系统的密封性
共轨系统的压力较高，主机正常运行时压力高达 700bar 左右，日常一定要注意观察它的密封性是否良好，使用中要经常打开共轨箱上盖，检查内部是否有渗漏，包括燃油泵、伺服油泵、阀、分配块、管接头等，高压燃油泄漏不仅会造成对操作人员的伤害，更会带来火灾等安全隐患。

外漏比较容易发现，还有一种漏泄为共轨管端部的PCV（压力调节阀）漏泄，因通过 PCV 阀漏泄的燃油直接回到主机燃油进口管，特别不容易被发现，但漏泄严重时将引起主机不能正常运转。

现就其船舶实际故障案的处置来进行分析说明：
故障现象：
某年 1 月 3 日某轮（主机型号 6RTFLEX58T-D）从龙口港开航时，出现主机驾控、集控，甚至机旁操纵都启动困难的现象，有时需要经过二次重油量启动程序才能成功。

故障原因分析：
同前述故障原因分析一样，主机不能正常起车的主要原因大致有四种：即供油系统不正常、起动空气系统故障、主机燃烧室部件故障、共轨管内油压低，系统自保闭锁。

故障排除经过：
通过对燃油供油系统、起动空气系统、主机燃烧室部件排查都没发现问题，说明导致故障的不是前三个原因，还从第四个原因着手分析。

从现象观察，主机共轨管内油压建立慢，正常起车时，共轨管内油压很快会升到 500bar 以上，但故障时压力只能升到 300bar 左右，
而 WECS9520控制系统只有检测到主机共轨油压升至 450bar 以上时才给出启动指令，因为油压低所以启动失败。

至此，查找油压建立慢的原因成为关键点，因供油正常，就从查找漏泄入手，最后将问题锁定到了共轨管端部的 PCV 阀上。

如图 3 所示。

指导船舶将PCV 阀解体，发现内部针阀（图3的3项）及阀座（图3 的4项）出现了三道冲蚀的凹槽，所以共轨管内的燃油从此漏掉，无法保压，直接影响了启动，见图 4。

查出故障的原因，问题就迎刃而解了。

故障总结：
此阀正常情况下应该常闭，只有当共轨系统中的油压超过设定的压力值（比如1050bar）才开启将油压卸掉，究其造成冲蚀的缘由是由于燃油内颗粒正好将针阀与阀座接触面垫上，或该阀压力设定值偏低，主机正常运转时针阀总有一个小的开度，这样此两种情况任何之一都会长期有 600bar 左右高压油流冲刷针阀及阀座，直到冲蚀越来越严重，影响到主机起车才被发现。

对于电喷主机管理经验的积累要引起重视，此类船舶必须定期对PCV 阀进行检查，以确保其功效，避免类似故障发生。

3、共轨模块内漏故障
共轨模块内部微有渗漏属于正常情况，共轨模块内部就像我们主机的高压油泵柱塞套筒偶件一样，为高精密配合的运动件，使用一段时间后会有磨损，因此会轻微内漏，但磨损严重，漏泄量过大就会影响主机的正常运转，现就某船舶实际故障案例的处置进行分析说明：故障现象：
于某年12月20日收到某公司HHH 轮轮机长邮件反馈近日发现机舱燃油泄放柜内每天有近 1 立方的液位上涨。

故障原因分析：
我们知道燃油泄放柜作用就是收集机舱燃油或含油污水漏泄用的，每天液位上涨如此之多肯定有漏泄发生，就指导船舶逐渐排查，最后将漏泄点确定为主机，通过主机外观检查没有发现任何泄漏的痕迹，
主机与泄放柜相通的就剩下高压油管与共轨模块渗漏了，因为高压油管漏泄与共轨模块内漏分别来自不同泄放管，如图4 所示，通过拆卸不同漏泄通道的接管，最后甄别漏泄是来自于共轨模块内部，各缸漏泄情况是：1#，6#缸滴漏，2#，5#漏泄成细流，3#，4#无泄漏。

我们在上年度5、6、7 三个月内分别从上海江南厂接了三艘同类型船舶，漏泄的HHH轮是第二艘，根据另外两艘船舶反馈的情况看，是微有漏泄，情况正常。

但HHH轮这样一天泄漏量达1m³就不正常了，分析该轮与其它两轮的区别就是HHH轮接船后一直航行于欧洲港口，在欧盟区域需要使用低硫油，低硫油粘度低，润滑性能差，会造成共轨模块磨损加剧，加上如果偶件表面硬度处理不当或内部密封件质量问题等，在较短时间就会发生大量内漏的故障。

故障总结及解决：
通过案例分析得出在共轨主机使用中必须保障良好燃油质量，通过确保分油机工况高质量分油将过多杂质除走，减少对共轨模块的磨料磨损；通过控制燃油温度让燃油粘度达到主机说明书规定的区间（12～18cst），增加燃油附着性润滑性，降低对运动件的磨损。

原先瓦锡兰厂家主机说明书明文规定共轨模块（ICU）必须交由他们专业人员来维护，不允许船舶自行拆检，由于此种故障的发生，最近瓦锡兰厂家放宽了限制，开发出了共轨模块内部修理包，一旦发生上述故障，拆下模块更换内部密封件修理包即可。

四、总结
综上所述，新型RT-flex电喷主机是具有电子控制的燃油共轨喷射系统，实现了燃油、滑油、空气的共轨，取消了传统意义上的凸轮轴、高压油泵、排气阀驱动机构等，大大减小了主机尺寸，因定时准确，雾化良好，操控灵活等具有很多的优势，但在其使用方面还存在许多弊端，诸多小问题影响着RT-flex电喷主机性能的充分发挥，比如滑油系统不清洁，共轨系统未保证密性，共轨模块内漏等都会影响其功效，甚至造成机器损坏，直接影响船舶安全，这些都需要我们随着对新机型认知的加深，不断完善其维护管理机制，进而促进设计层面的持续
改进。

本文原创作者系：
中远散货运输有限公司马维斌
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