船舶电喷主机故障分析

1、船舶电喷主机故障分析船舶电喷主机故障分析（一）船用电喷主机的原理及日常管理浅析 船用电喷主机的原理及日常管理浅析 摘要：随着船舶智能化的日益发展以及世界能 源危机和环境污染的加重，为了节约能源、降低 排放，提高柴油机燃烧工况，电控喷射技术得到 了飞速的发展。而高压共轨燃油喷射系统既对满 足柴油机的经济性能，又对实现低污染、低排放 发挥了重要作用，电控共轨柴油机的排放已达到 相当理想的状态。本文主要针对目前市场两大船 用主机的船用柴油机高压共轨系统的结构及组 成，就电子控制系统的控制策略进行了叙述以及 介绍了高压共轨系统在船用柴油机领域的应用 实例与管理。本文先就电喷船用主机的电喷共轨 原理进行

2、了浅析，并列举了船用电喷柴油主机在 使用过程中电喷共轨系统可能发生的几点故障， 展开了分析。关键词：船用柴油机 电喷 共轨 原理 分析1两大电喷主机的共轨工作原理分析【船舶电喷 主机故障分析】1.1 Wartsila RT-flex 共轨柴油机Wartsila RT-flex机型有两个公共油轨：一个输 送的是200bar的滑油，它的作用是作为驱动排 气阀、气缸起动阀和喷射控制装置的伺服油；另 一个则是1000bar的作为柴油机燃料的重油， 由曲轴通过三角凸轮带动高压共轨燃油泵把燃 油加压到lOOObar,然后由高压燃油管路流至高 压公共供油管（如下图1中所示），再通过容积 喷射控制单元（ICU

3、）,对燃油进行喷射控制， 该控制单元由20Mpa的伺服油驱 船舶电喷主机故障分析（二） 电喷主机液压系统维护 电喷主机液压系统维护A、利用系统中自带的压力测量点，监视系统功能电动泵输出压力监测 电动泵正常的输出压力是175bar,主机备车时 这个压力可以在MOP上读出，也可以在主机备 车时通过Pos.276检测点测出，此时能够观察 建立压力时间，了解泵浦的工况。该压力可以通 过340、311. 342阀进行调整，但调整时346阀要打开。、主机自带泵输出压力监测主机自带泵输出压力正常值等于系统压力，可以 在MOP上读出，也可以通过Pos.203检测点测 出，了解泵浦的工况。C、系统压力监测,系统

4、压力正常值约等于设定点的系统压力，这个 压力可以在MOP上读出，也可以通过Pos.340 检测点测出，了解整个系统的压力情况。2、利用系统中自带的压力测量点，监视系统泄漏情况检查整个系统泄漏情况A、 主机停止工作，起动电动泵，系统的正常压力是 仃5bar,通过Pos.276、Pos.340检测点测出。 如果不正常，依次关闭阀420,当压力重新达到 仃5bar时，泄漏部位就找到了。B、检查单个HCU泄漏情况主机停止工作，起动电动泵，关闭单缸HCU的 阀420,通过Pos.455检测点测量压力，与它缸 比较建立压力的时间，从而判 断泄漏情况。同时也可以用类似的方法，通过比 较单缸HCU压力降时间，

5、来判断泄漏情况。3、利用系统中自带的压力测量点进行双壁管查5 if- rn观察MOP上的双壁管压力,如果压力明显上升, 表明双壁管有泄漏。如何确定具体的泄漏位置 呢？主机停止工作，起动电动泵，关闭1缸和7 缸的430阀，打开17缸的431阀。通过Pos.332 检测点测量压力双壁管中的压力，待压力泄放 光，关闭17缸的431阀，开启1缸和7缸的 430阀，通过Pos.332检测点测量压力双壁管中 的压力，如果压力持续上升，表明漏的部位在 17缸之间，然后用排除法，最终确定具体的泄 漏位置。同理，也可查出612缸双壁管的泄漏 部位。4、更换FIVA阀【船舶电喷主机故障分析】 主机停止工作，停主滑

6、油泵、电动泵放手动 关闭420阀，打开421 R通过Pos.425检测点测量系统压力 待压力泄放完，就可拆装FIVA阀【船舶电喷主 机故障分析】更换工作完成后，复位各阀，但开启420阀必须 进行慢慢A、D、 E、5、上述工作基本上都要求主机停车、停泵进行, 这主要是出于安全考虑。虽然说明书上讲，在主 机正常运行时，也可以进行FIVA更换、系统检 漏等工作，但服务工程师要求最好是在主机停止 运转时进行。6、日常巡回检查时，ME主机液压系统主要是观察其振动和泄漏情况，定期收紧HCU的固紧 螺丝；加强主机滑油的分离，认真分析动力油自 动清洗滤器的工况是否良好。船舶电喷主机故障分析（三） 船用电喷主机

7、的原理及日常管理浅析摘 要：随着船舶智能化的日益发展以及世界能源危机和环境污染的加重，为了节约能源、 降低排放，提高柴油机燃烧工况，电控喷射技术 得到了飞速的发展。而高压共轨燃油喷射系统既 对满足柴油机的经济性能，又对实现低污染、低 排放发挥了重要作用，电控共轨柴油机的排放已 达到相当理想的状态。本文主要针对目前市场两 大船用主机的船用柴油机高压共轨系统的结构 及组成，就电子控制系统的控制策略进行了叙述 以及介绍了高压共轨系统在船用柴油机领域的 应用实例与管理。本文先就电喷船用主机的电喷 共轨原理进行了浅析，并列举了船用电喷柴油主 机在使用过程中电喷共轨系统可能发生的几点故障，展开了分析。关键

8、词：船用柴油机电喷共轨原理 分 析中图分类号：U664文献标识码：A文章编号：1672-3791 (2014) 04 (c) -0111-031两大电喷主机的共轨工作原理分析1.1 Wartsila RT-flex 共轨柴油机Wartsila RT-flex机型有两个公共油轨：一个输送的是200bar的滑油，它的作用是作为驱 动排气阀、气缸起动阀和喷射控制装置的伺服 油；另一个则是1000bar的作为柴油机燃料的 重油，由曲轴通过三角凸轮带动高压共轨燃油泵 把燃油加压到1000bar,然后由高压燃油管路流 至高压公共供油管（如下图1中所示），再通过 容积喷射控制单元（ICU）,对燃油进行喷射控

9、 制，该控制单元由20 MPa的伺服油驱动，伺服 油的触发信号来自于WECS-9520的气缸控制 单元，气缸控制单元通过曲轴角度传感器，测出 曲轴的位置和负荷，再进行判断和计算以选择最 佳的时刻进行燃油喷射。轮机员还能够通过主机 的反馈信息，同时利用WECS的辅助单元，对FQS和VIT进行重新设定。WECS-9520也可以 按照预先设定的曲线，对不同负荷下的燃油喷射 量以及喷射时间进行自动控制，RT-flex机型每 个气缸有3个喷油阀，当柴油机在低负荷运行 时，WECS-9520控制系统可以关闭其中的1或 2个喷油器来减少喷油量，进而达到节省燃油和 减少排放的目的，同时还能保持良好的低负荷运

10、行特性。排气阀液压驱动系统的工作原理，与燃油共 轨工作原理大体相近，只是驱动方式由轴带三角 凸轮变为无需换向操作的丹尼克斯变量泵控制（既伺服油泵）。（如图2所示）。该系统的工 作原理是高压伺服油泵将液压油压入液压总管 内，然后WECS-9520发出信号，控制共轨阀 （Railvavle）通过液压执行器来驱动排气阀。图2中的瓦锡兰FLEX柴油机的电控液压排 气装置相对于机械（凸轮轴式）的优点是：（1） 各个气缸的排气阀都能够独立打开和关闭，所以 当当主机在部分负荷时，WECS-9520能自动依 次关闭柴油机的部分气缸，这样可以很大程度上 的降低能耗；（2）由于该系统是由软件控制的, 各缸喷油量由

11、共轨阀得电时间长短控制，这样一 来，每缸燃烧工况会交以往凸轮轴式柴油机改善 很多，气阀磨损均匀细腻，在降低排放上有很大 的意义。1.2 MAN-B&W共轨柴油机相对于瓦锡兰FLEX电喷柴油机,MAN-B&W柴油机燃油电喷系统泵的控制如下图3所示。该控制系统在缸头平台每缸燃油侧均 设置了新型的高压油泵，油泵的柱塞不再由凸轮 轴驱动，而是清洁度较高经过增压的的主滑油驱 动，它通过顶动高压油泵内部活塞来带动柱塞上 下运动。主滑油来自于柴油机的滑油系统，区别 于MAN B&W MC机型的是，主滑油除了润滑 运动部件和冷却高温部件外，即去往主轴承十字 头轴承曲柄销轴承的润滑的和活塞头的冷却；还 需经过主

12、机自带的自清功能的细滤器，经过过滤 后，在柴油机自带的增压泵增压下，将这路主滑 油加压到20 MPa,再到各缸高压油泵的两个大的储存器内，高压滑油系统通常需要保持恒压, 保证压力波动较小，所以各高压油泵均配置了 2个充氮蓄能器。各缸高压油泵的燃油喷射，是通 过电控阀NC快速控制高压滑油的进出来驱动 活塞快速上下运动，带动高压油泵柱塞瞬间增 压，让油压升至产生高压（75120 MPa）,最 后经过喷油器喷射雾化。电控电磁阀NC是由微 处理器控制程序系统ECSP,根据柴油机状况分 析系统ECA和控制操作系统OMCP的综合信息 发出指令而动作，其燃油共轨是指驱动各缸高压 油泵的动力滑油来自共轨管中（

13、即下图3中的蓄 压器），而Wartsila RT-flex的燃油共轨则是通 过燃油喷射控制单元ICU和排气阀控制单元 VCU的共轨阀Rail Vavle来进行控制的。MAN-B&W柴油机排气阀共轨系统的基本 原理基本如图4中所示，其结构形式与该机型燃 油共轨大同小异，电控电磁阀NC控制动力滑 油，其启闭是根据气缸燃烧状况由微处理器控制 程序系统ECSP发出信号，分别控制各缸排气 阀的开启和关闭。这种釆用电子控制排气阀启闭 的方式，同样不仅能够使排气阀以相当于均匀速 度的敲击排气阀阀座，减少了气阀关闭时的摩擦 声与噪音，而且也可以有效地降低排放，控制主 机排烟温度。2船用电控共轨柴油机常见故障相

14、对于传统的凸轮轴式柴油机，电喷柴油机 在使用方面有诸如上述的几种优点。但是，船用ni电喷主机的高度自动化以及智能化的特点也是 一把双刃剑，它对船舶使用者管理能力也相应的 提高了要求。船用电控共轨柴油机集成化的燃油 以及滑油高压共轨和控制柴油机燃油喷射，汽缸 油注入以及排气阀启闭的电子系统，由于柴油机 的高温高压工作环境，因此常见故障也是较老式 机型多，同时也需要使用人员有较高的自动化故 障分析能力。2.1高压管件以及共轨管发生漏泄一般在主机以常规负荷正常运行时时，燃油 共轨单元系统油压通常是维持在10OObar左右, 伺服油共轨单元因为他的控制特性，所以也基本 保持在200bar,较高的共轨管

15、压力导致主机在 长时间的使用后，由于燃油的高温高压特性，会 产生泄漏。根据使用经验，我们会发现，经常容 易出现漏泄的地方如下。(1)伺服油泵的轴封；伺服油泵需要向主机提供较高的伺服油 压，保证燃油燃油正常喷射及排气阀按正时启 闭，伺服油泵内径向压力较大，在长时间运行磨 损后，轴封处会产生泄漏，发生泄漏时，需轮机 管理人员及时更换轴封，保证主机正常伺服油 压。(2) 高压油管，管路合拢处，焊缝以及弯 头薄弱处；高压管路在合拢处极易发生泄漏。由 于油管内均为高压流体，长时间冲刷会导致焊接 处和弯头薄弱处产生砂眼和裂缝，导致管路内流 体大量泄漏。主机运行时，振动现象一直都有， 在管路合拢处如果密封面

16、出现未完全贴合的状 况(一般由于密封面安装不好或主机振动导致), 也会产生大量的泄漏。(3) 阀件的密封处，包括活动部件阀杆密 封等。电喷主机的NC阀或RAIL VAVLE,由于 长时间高频率的快速被触发，阀块密封处O型 圈极易损坏，这时轮机管理人员需经常检查各阀 块，一旦发生泄漏，马上更换密封圈。2.2电子控制系统故障共轨的油压、高压燃油喷射、排气阀启闭正 时、气缸油注入、启动和换向等操作均由原始的 凸轮轴或VIT控制改变为现在的电子控制系统 控制。而电子控制系统由控制单元模块、信息采 集传感器以及电磁阀等构成。(1) 信息采集传感器故障：主机振动会引 起各种传感器的接线或者插头松动；探头脏

17、污， 会引起传感器检测精度，造成控制系统误动作。Ill在电喷柴油机中，曲轴转角传感器相当于人类大 脑的神经元，整个柴油机燃油喷射,汽缸油喷油, 排气阀启闭等等各项动作，均由曲轴角度传感器 将角度信号发送给控制单元，一般安装在主机自 由端，一般每机会配2个各为主备，一旦发生故 障，主机将会：“死机”；燃油油量传感器，常见 的故障一般包括测量柱塞运动受阻或咬死，主要 原因是燃油杂质多、粘度大，测量油缸的内外温 差大，油温过高导致积碳而污染传感器等。在发 生故障时可拆出清洁。为避免此类事故，可将燃 油分油机长时间溢流运行，保证燃油清洁度。(2) 电磁阀故障(燃油电磁阀和排气电磁 阀)。故障表现为动作

18、频率高、过电流(可能烧毁 电磁阀)等。原因可能有：工作环境振动剧烈， 导致电磁阀接头松动、复位弹簧断裂等，烧坏线 圈；燃油杂质多，加剧电磁阀磨损，甚至卡死阀 芯。(3) 气缸喷油控制单元的燃油油量传感器故障。由于燃油含渣质较多，或含水量过大，燃油 油量传感器极易发生柱塞咬死现象；控制元件若发生故障则会造成测量柱塞无法正常运动，无法 采集油量信号；同样的，如果燃油油量传感器复 位弹簧失效也会引起测量柱塞不返回，导致控制 单元没有油量信号反馈。(4) 排气阀位置传感器故障。各个气缸排气阀处均有两个排气阀位置传 感器，检测排气阀动作时间和位置，监测排气阀 启闭状态。受主机振动影响，排气阀位置传感器

19、极易发生插头松动的现象，导致控制单元无法接 收排气阀状态信号，影响主机正常运行。(5) 气缸油电子单元模板故障。5=各个气缸均有气缸油控制电子模板CCM, 也同样安装在各缸共轨箱下的铁箱中。同样在恶 劣的振动、高温且无通风的环境下工作，损坏机 率高，导致气缸油供给异常。3船用电控共轨柴油机的管理要点由于电喷主机的高度自动化和智能化特点， 因此在使用过程中，必须加强轮机员的业务能 力，并经常巡查各传感器工作状况，便于维护， 如下。 l=i(1) 保证燃油及伺服油密封。共轨油压系 统的压力较高，在运行中一定要注意密封性是否 良好。特别是进入喷油器之前的那段管路，既要 保证密封性，同时也要求膨胀不能

20、太大，以免对 喷射雾化造成不良的影响。在维护方面，容易老 化的密封件，均需定期更换。另外，应保持柴油 机燃油系统外围的清洁，以便及时发现任何漏泄 征兆。(2) 共轨油压系统的电子控制元件(含电 磁阀和传感器)的任何异常，都可能导致柴油机 主要参数异常。在巡回检查时，要特别注意柴油 机的排烟温度、压缩压力、爆炸压力、增压压力 等参数，发现异常时要分析控制单元、电磁阀和 传感器等的影响并及时排除。在维护方面，要定 期拆卸、清洁、检查。(3) 电喷柴油主机在正常运行时，也会产 生一定的振动，以及柴油机运动部件的磨损、松 动而加剧的振动，都影响着电控柴油机喷油控制 单元、排气阀控制单元、气缸电子单元、

21、电磁阀、 传感器等及其连接点的松动。因此，需要尽量降 低机舱的振动源。(4) 合适的环境温度，也是保证电子控制 设备正常工作的重要条件。所以应当根据机舱温 度情况，及时调节机舱的通风条件。Ill（5）燃油的温度、粘度、清洁度等，影响 着电磁阀和传感器的工作，因此务必保持燃油的 质量，选择粘度和杂质含量适合本船的燃油，包 括适合本船的预处理能力。燃油（尤其是劣质燃 油）必须经过沉淀、加温、过滤和离心式分离等 预处理，分油机分离要掌握好时间、温度、分离 量和放残次数。巡回检查时，要关注并及时调整 燃油温度。（6）伺服滑油作为动力油，其温度、粘度、 洁净度等应符合高压工作的质量要求。同时与燃 油一样

22、，伺服滑油的质量也极大地影响着共轨阀 和传感器的工作，因此其质量必须有所保证。要 根据说明书正确选用伺服滑油的规格和牌号。在 油柜中沉淀和放残，循环中加温和过滤，以及分 油机离心分离等操作要按操作规程进行。在巡回 检查时，要高度关注并按要求调整滑油温度，同 时还要关注滑油滤器尤其是进入共轨系统前的 细滤器的工作状态并按要求及时清洗。4结语柴油机的高压共轨系统和电喷技术是世界 船用柴油机发展的一个新的方向，由于该系统采 用了高度自动化智能化的控制单元，使得电喷主 机具高度灵活的控制功能，它可以实现很高的喷 射压力，达到极佳的燃油雾化效果，并实现理想 喷油过程中的压力可调；同时它可以实现满足各 种

23、工况下最低排放要求的多种喷射规律控制以 及灵活精确的喷油定时控制，这样就加大了柴油 机控制的自由度，使之具有了未来柴油机满足更 严格的排放法规要求所必需的发展潜力，为进一 步提升柴油机的性能提供了更广阔的空间。在运 行中，多点喷射技术让电喷柴油主机的振动降低 到了一个新的低点，柴油机的各项指标也有了新 的标准。相信随着世界科技的日新月异，未来不 断技术革新的船用主机会为全世界的发展进步 提供更加绿色，环保，高效，的动力保证。参考文献1 张英华电控共轨柴油机RT-flex及其改 进措施探讨J.机电产品开发与创新，2008(5): 53-64.2谢荣船用柴油机电控共轨喷油技术开发的关键技术J船舶工

24、程，2009 (5) : 17-19.3安士杰，欧阳光耀船用柴油机高压共轨系统结构特性J柴油机，2002 (6) : 13-16.4牛金章新型ME系列智能柴油机J造 船技术，2007 （3） : 27-31 船舶电喷主机故障分析（四）&W电喷主机燃油喷射系统常见故障与管理要摘 要：本文通过实船收集电喷主机燃油喷 射系统故障，在分析故障产生原因的基础上，总 结电喷主机燃油喷射系统日常管理要点。关键词：电喷柴油机 蓄压器MPC单元动力提供单元（HPS）液压控制单元（HCU）电喷柴油机具有动力性好，低污染、低油耗的优点，船东在主机选型方面也越多采用电喷柴 油机，但是现阶段对于大多数轮机管理人员来说

25、确是一种全新的机型，在管理过程中面临着不小 的挑战和考验，电喷主机最大的改变就是主机的 燃油系统。去年下半年我司连续新接多条电喷主 机新船，主机型号：MAN B&W5S60MEC7, 额定功率8833KW,额定转速105rpm,常用功 率7950KW,常用转速101.4rpm,我有幸借调 到公司工作，在这其间对出厂投入营运的船舶电 喷主机的使用情况进行了详细的跟踪，设备总体情况还比较稳定，但是在燃油喷射系统方面还是 发生了一些故障，这里面虽有油品质量问题的原 因，但更多的是由于管理经验不足对燃油系统设 备维护保养不到位和控制燃油喷射软件参数设 定值不是最佳值问题。所有故障经MAN保修工 程师指

26、导和来船调整有关软件参数，以及主机厂 家来船保修，更换部分备件之后设备恢复正常。现在把发生的故障做一个归纳总结，与同行共有不对之处敬请指正。与sulzer共轨电喷机相比，B&WME-C机型主机仍保留高压油泵和液压驱动排气阀，与MC-C机的区别在于用高压动力滑油替代凸轮 轴传动机构提供喷射燃油和开启排气阀的动力； 动力提供单元(Hydraulic Power Supply,缩 写HPS),系用油泵将主机系统滑油升压至200 bar左右，称为动力油，动力油驱动燃油升压器 液压活塞，燃油柱塞使燃油产生喷射高压，喷射定时和供油量由FIVA阀控制，燃油升压器只起到升压作用，没有出油阀和安全阀，结构简单。

27、电喷主机故障封缸运行的方法也很简单，操作方V1=1法是：在主机操作面板MOP ,进入enginechief limiters.将故障缸的负荷降为0, 关闭该缸燃油进油阀就可以了，操作方便快捷。 燃油系统发生的主要故障有：燃油喷射动力 油稳压蓄压器的压力不合适，造成动力油压力波 动过大或波动频繁，导致主机运转不正常，甚至 损坏阀件;由于MPC板温度过高导致主机敲缸; 由于个别主机油头质量不能适应电喷机使用导 致油头燃油针阀杆断裂、止回阀弹簧座旁通油孔 附近断裂，油头壳体密封锥面裂纹、雾化喷嘴孔 裂纹等。下面从分析故障产生的原因入手，探讨 管理要点。X轮在出厂运行半年左右，在一次航行途中 发现主机

28、NO2缸排温不稳，有时高时低的现象, 用手摸高压油管感觉脉冲不稳，检查动力油的油 压正常，抵港后对该缸的蓄压器的压力进行检查 发现燃油喷射蓄压器的压力只有125bar,当时 机舱的温度30C左右，査阅压力与温度修正表 （表1）,发现蓄压器的压力明显低于正常压力, 经调整充N2后装复使用，该缸工况恢复正常。V轮在出厂第二航次装完货离开码头定速 期间，发现主机NO5缸有敲缸现象，检查燃油 压力和动力油压力正常，检查FIVA阀动作正常, 最后检查控制系统发现MPC板温度偏高，因为在航行中采取临时处理措施：打开箱门，拿一台 轴流风机对着他吹，结果敲缸消除,怀疑是MPC 板故障，抵港后保修工程师来船保修

29、，检查发现 板上端口的接线处靠近电阻的一端均有烤糊的 现象，系电阻松动引起接触电阻所致，更换电阻 重新接线后故障消除。在出厂的船舶燃油系统的故障中，喷油器损 坏故障出现最多，对航行安全的影响最大，故障,ri1=1的主要现象就是：主机某缸排气温度低，排气平 均温差迅速升高超过60-C,主机安保装置自动 发出报警并降速，主机从海速101.4rpm降为 45rpm；还有就是主机燃油供油单元发生除气筒 低油位报警，检查自动放气阀，拆开阀后放气接 头有气放出，说明自动放气阀工作正常，但自动 放气阀来不及放气，需要采取临时措施人工加大 放气量，大约每四小时放气一次，次日放气更为 频繁，开始认为是压缩空气或燃气进入燃油系 统。先从简单的入手，检查燃油自清滤器的气动 活塞是否漏气进入燃油系统，于是转用燃油旁通 滤器，故障依旧。因此可以确定是气缸内的燃气 通过有故障的油头经回油管路至供油单元除气 筒。具体的主要故障有:油头壳体密封锥面裂纹; 阀杆断裂，止回阀止推阀座断裂；雾化喷嘴孔裂 纹。上面的故障中喷油器故障虽然有质量问题 的原因，但是也由日常管理分不开；其他故障更 多的是由于维护保养管理不到位造成的，怎样才 能减少燃油系统故障，保证船舶航行安全呢？那 必须严格按照说明书的要求做好维护保养；在维 护保养过程中一些细节方面的问题还要特别注 意，尽量避免由于维护保养操作失当造成损坏或 加