摘? 要：隨著電子控制和監(jiān)測技術(shù)的突飛猛進(jìn)，為了滿足日益嚴(yán)格的排放要求，提高燃油經(jīng)濟(jì)性、可靠性和操作的靈活性，電控共軌柴油機(jī)在新造船的裝機(jī)比例越來越高。電子控制和監(jiān)測系統(tǒng)具有高靈敏度、高精確性等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)裝機(jī)零部件的制造精度提出了較高要求。筆者通過一起電噴主機(jī)自動(dòng)降速的實(shí)際案例，剖析故障發(fā)生的原因，為新機(jī)型的接收和使用提供思路。

關(guān)鍵詞：主機(jī)排氣閥;故障;補(bǔ)氣單向閥;孔徑

0 引 言

M.J輪是新投入運(yùn)營的1 100 TEU集裝箱船，主機(jī)型號(hào)WARTSILA 6RT FLEX-48T-D，M.C.R 8 730 kW@127 rpm，C.S.R 7 857 kW@122.6 rpm。主機(jī)FULL車速90 rpm，HALF車速75 rpm，SLOW車速50 rpm，DEAD SLOW車速40 rpm，臨界轉(zhuǎn)速59～71 rpm。

1 故障現(xiàn)象

在新船試航過程中，主機(jī)車速由SLOW加速至FULL時(shí)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出“#6 Exv.closdeadtime too long”報(bào)警并觸發(fā)主機(jī)SLOW DOWN，當(dāng)主機(jī)車速由FULL減速至SLOW時(shí)，依然會(huì)發(fā)出該報(bào)警并觸發(fā)主機(jī)SLOW DOWN，主機(jī)定速航行期間沒有此故障。

主機(jī)車速變化大多是發(fā)生在機(jī)動(dòng)航行期間，頻繁的SLOW DOWN對(duì)船舶的安全造成威脅，需盡快排除。由于處在新船保修期，服務(wù)工程師上船更換了VCU及排氣閥驅(qū)動(dòng)端后故障依然存在。制造商不能及時(shí)排除故障，只能靠自己摸索，在隨后的運(yùn)營中發(fā)現(xiàn)斷電重啟故障缸FCM-20模塊的同時(shí)迅速加車，主機(jī)能越過臨界轉(zhuǎn)速后不再報(bào)警。

2 故障分析與排除

觸發(fā)主機(jī)SLOW DOWNN的根本原因在于報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出“#6 Exv.closdeadtime too long”報(bào)警，其含義為6#缸排氣閥關(guān)閉停滯時(shí)間過長。關(guān)閉停滯時(shí)間（Close deadtime）的定義是指FCM-20模塊發(fā)出排氣閥關(guān)閉指令到排氣閥關(guān)閉時(shí)間終止這一段延遲的時(shí)間，當(dāng)某一缸的關(guān)閉停滯時(shí)間大于整機(jī)平均值的150%時(shí)，該缸關(guān)閉停滯時(shí)間過長報(bào)警。

故障發(fā)生時(shí)FLEX VIEW軟件中截取排氣閥DEAD TIME數(shù)據(jù)如圖1所示，從數(shù)據(jù)中可以明顯地看出4#、6#缸的排氣閥關(guān)閉停滯時(shí)間（Close deadtime）明顯高于其他缸。說明書解釋引起該報(bào)警的可能原因有：VCU故障、排氣閥機(jī)械故障、排氣閥位置傳感器故障。考慮到該輪是剛剛下水的新船，VCU在出廠時(shí)經(jīng)過臺(tái)架試驗(yàn)，短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)故障的幾率較低，所以首先從排查排氣閥本身的故障方面入手，液壓排氣閥工作原理如圖2所示。

排氣閥的開啟和關(guān)閉均為閉環(huán)控制，其控制中心為各缸的FCM-20模塊，開啟動(dòng)力為100～200 bar的伺服油，關(guān)閉動(dòng)力為空氣彈簧。

排氣閥的打開邏輯如下：（1）FCM-20模塊根據(jù)曲軸位置傳感器信號(hào)計(jì)算并發(fā)出排氣閥開啟信號(hào);（2）共軌閥控制一路伺服油推動(dòng)滑閥工作在上位，伺服油進(jìn)入VCU液壓活塞下部;（3）伺服油進(jìn)入液壓活塞下部推動(dòng)活塞上行而壓縮缸內(nèi)液壓油，驅(qū)動(dòng)排氣閥開啟。

排氣閥的關(guān)閉邏輯如下：（1）FCM-20模塊根據(jù)曲軸位置傳感器信號(hào)計(jì)算并發(fā)出排氣閥關(guān)閉信號(hào);（2）共軌閥伺服油泄放，滑閥在彈簧作用下工作在下位，VCU液壓活塞下部液壓油被泄放;（3）VCU液壓活塞復(fù)位至底部，排氣閥在空氣彈簧的作用下關(guān)閉。

排氣閥狀態(tài)的反饋信號(hào)來自于安裝在排氣閥閥殼上的位置傳感器（Poistion Sensor）。

影響排氣閥動(dòng)作的機(jī)械原因主要有以下幾個(gè)方面：（1）排氣閥閥桿與導(dǎo)套間的配合間隙及對(duì)中性;（2）空氣彈簧活塞與缸體是否有黏滯;（3）排氣閥上部驅(qū)動(dòng)活塞是否卡滯。為了簡單快速的排查故障原因，筆者采用將故障缸（6#）與正常缸（5#）排氣閥總成對(duì)調(diào)的措施，以判斷是否是排氣閥本身機(jī)械故障引起的報(bào)警。6#與5#排氣閥對(duì)換以后報(bào)警轉(zhuǎn)移到5#缸，這說明引起排氣閥關(guān)閉停滯時(shí)間過長的原因就是該排氣閥本身的故障。

現(xiàn)場拆檢該故障排氣閥，閥桿與導(dǎo)套配合間隙測量、對(duì)中度檢查，空氣彈簧活塞與缸體的活絡(luò)性能檢查，驅(qū)動(dòng)活塞活絡(luò)性檢查后發(fā)現(xiàn)所有的運(yùn)動(dòng)部件活絡(luò)無卡滯，配合面無異常磨損現(xiàn)象，對(duì)中度良好，從外觀上看起來無故障特征。為了保險(xiǎn)起見，筆者更換了空氣彈簧活塞密封令并手動(dòng)檢查確認(rèn)正常后裝復(fù)，裝機(jī)前整個(gè)排氣閥進(jìn)行模擬開關(guān)試驗(yàn)正常后裝機(jī)試車，故障依舊，至此故障的排查遇到了瓶頸，說明書所列的可能原因已經(jīng)一一排查卻未排除故障。

在排除了因排氣閥空氣缸漏氣引起的clos deadtime過長后，故障的最大可能性就是空氣彈簧氣壓不足。從排氣閥空氣彈簧結(jié)構(gòu)圖中可以看出（見圖4），在空氣彈簧氣缸下部還有一個(gè)帶中心節(jié)流孔的補(bǔ)氣單向閥（見圖5），拆下所有缸的補(bǔ)氣單向閥，仔細(xì)檢查后發(fā)現(xiàn)該閥的中心節(jié)流孔孔徑似乎存在輕微差異，由于孔徑較小船上無適配的內(nèi)徑測量工具，只能使用不同尺寸的通針進(jìn)行比對(duì)測量，經(jīng)過比發(fā)現(xiàn)3#、5#孔徑約0.6 mm左右，4#、6#孔徑約1.0 mm左右，1#、2#孔徑約0.8 mm左右。

至此，故障原因查明：系空氣彈簧補(bǔ)氣單向閥中心節(jié)流孔孔徑不同導(dǎo)致各缸排氣閥CLOSE DEADTIME不一致所致。從圖4中可以看出，整個(gè)排氣閥空氣彈簧氣缸可以近似看作一個(gè)密閉空間，其上部充滿液壓油，下部充滿控制空氣，中間活塞分隔液壓油和控制空氣。當(dāng)排氣閥開啟時(shí)，氣缸上部充滿100 bar左右的液壓動(dòng)力油作用于活塞上，從而推動(dòng)排氣閥閥桿下行打開排氣閥，同時(shí)活塞壓縮下部氣缸內(nèi)的控制空氣，當(dāng)上部液壓油壓力泄放以后，活塞在壓縮空氣的作用下引起閥桿上行關(guān)閉排氣閥。

由于驅(qū)動(dòng)排氣閥的動(dòng)力是100 bar左右的系統(tǒng)滑油，不可避免地會(huì)有部分滑油泄漏到氣缸下部，若不能及時(shí)泄放這部分滑油，隨著時(shí)間的延長滑油集聚在氣缸下部，在排氣閥開啟時(shí)會(huì)造成氣缸的液擊現(xiàn)象，同時(shí)由于氣缸下部空氣被壓縮，壓力較高，在實(shí)際使用中也會(huì)有部分泄漏，需要及時(shí)補(bǔ)充。為此，在氣缸下部設(shè)計(jì)了一個(gè)帶節(jié)流孔的補(bǔ)氣單向閥，其節(jié)流孔的作用有二：（1）泄放掉氣缸下部的滑油;（2）對(duì)下部空氣缸有一個(gè)蓄壓恒壓的作用。

從拆檢后的實(shí)際測量可見3#、5#缸節(jié)流孔最小，其對(duì)空氣彈簧的蓄壓能力最強(qiáng)，所以其排氣閥關(guān)閉停滯時(shí)間最短;4#、6#缸節(jié)流孔最大，其對(duì)空氣彈簧蓄壓能力最差，所以其排氣閥停滯時(shí)間最長，當(dāng)單缸停滯時(shí)間大于整機(jī)平均值的150%時(shí)單缸報(bào)警并觸發(fā)SLOW DOWN。那為何在主機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中未觸發(fā)報(bào)警呢？筆者考慮是因?yàn)榕艢忾y高速開啟關(guān)閉過程中，空氣彈簧活塞運(yùn)動(dòng)頻率很高，節(jié)流孔對(duì)空氣彈簧氣缸中空氣壓力的影響較小，相反在主機(jī)低速運(yùn)行中，排氣閥的開啟關(guān)閉頻率較低，節(jié)流孔對(duì)空氣彈簧氣缸中空氣壓力的影響較大，從而觸發(fā)報(bào)警。該單向節(jié)流閥不是易損耗備件，船上未存?zhèn)浼瑸榱舜_保船舶進(jìn)出港等機(jī)動(dòng)航行過程中的航行安全，筆者采用將孔徑較小的兩組全部擴(kuò)大到最大一組（1.0 mm）的標(biāo)準(zhǔn)，全部擴(kuò)孔后裝機(jī)試車，故障排除，各缸排氣閥關(guān)閉停滯時(shí)間相近，主機(jī)加減速恢復(fù)正常。

3 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

故障排除后經(jīng)過公司與造機(jī)廠溝通后得知，該臺(tái)主機(jī)排氣閥單向節(jié)流閥為不同供應(yīng)商提供的3個(gè)不同批次的產(chǎn)品。因不同批次產(chǎn)品尺寸精度存在一定的差異，這種情況在日常輪機(jī)管理中并不罕見，但在該實(shí)例中同一臺(tái)主機(jī)裝配不同廠家的3個(gè)批次的單向閥卻極少遇見，固有的思維定式影響了筆者的判斷，使得故障的排除過程中走了較多彎路。通過本次故障排除，筆者認(rèn)為在輪機(jī)管理過程中，尤其是面對(duì)新技術(shù)新設(shè)備，一定要先吃透各個(gè)子系統(tǒng)的原理及結(jié)構(gòu)，只有把原理和結(jié)構(gòu)都了解清楚了，才能在故障排除過程中駕輕就熟，少走彎路。

作者簡介：

竇天君，輪機(jī)長，（E-mail）282446035@qq.com