【原】WARTSILA RT-flex 50型電噴主機管理經驗分享

船舶講武堂 2021-12-06

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某油輪公司在廣船國際建造的52500噸原油/成品油油輪，主機采用的是WARTSILA RT-flex 50型柴油機。筆者第一次接觸這種形式的機型，在此簡單談談關于該型柴油機的一些體會，不足之處請大家指正。

WARTSILA RT-flex型柴油機是在共軌單元的基礎上完全實現了燃油噴射和排氣閥執行的電子控制，與RTA機型最大的區別是取消了凸輪軸，燃油噴射、排氣閥的開關、柴油機的啟動均通過WECS-9520控制系統實行電子控制，使燃油噴射和排氣閥操作更靈活，比傳統RTA柴油機具有更高的效率。可以精確測定容積的燃油噴射控制，最大程度的降低排放。可以實現單個噴油器的控制，使主機的穩定轉速更低，在部分負荷時降低燃油的消耗率。

WARTSILA RT-flex 50型柴油機的正常運行由WECS-9520控制系統進行控制，其主要功能包括：燃油共軌壓力控制，伺服油壓力控制，燃油噴射控制，排氣閥控制，啟動閥控制，曲軸角度傳感器監控。

下面簡單介紹一下WECS-9520的組成及其主要功能，以及管理方面的一些注意事項。

1. WECS-9520控制系統的組成：主要由外部通信控制箱E90、單缸控制箱E95、電源控制箱E85組成。

每個E95控制箱內均安裝有一個FCM-20模塊，以執行以上功能。為了保證可靠性，每個功能的執行均由兩組模塊同時控制，這兩組模塊互為備用，當一組FCM-20模塊出現故障時，另一組FCM-20模塊仍可以保證WECS-9520控制系統正常工作，但出現故障的模塊所對應的氣缸將不能正常工作。當不正常情況出現時，例如燃油共軌壓力不正常、伺服油壓力不正常等，可以通過對應的FCM-20模塊上發光二極管的指示進行判定。

E90控制箱主要執行外部通信的功能，包括與主機遙控系統、機艙監控系統等的對接。同時，E90控制箱內也有一塊FCM-20模塊，這只模塊是備用模塊，可以對系統的參數進行同步下載、保存，在其他FCM-20模塊出現故障時，可以立即用這只模塊進行替換。這只FCM-20模塊拆除后對WECS-9520控制系統不產生任何影響。在新的FCM-20模塊備件供船后，需要將其安裝到E90箱內，進行數據同步下載。若將新的模塊備件直接安裝到E95控制箱，則不能正常工作。

在E85電源控制箱內，從安全方面考慮，電源也是兩套配置。

在日常的管理中，由于E90、E95控制箱都是安裝在主機機旁，主機運行時的震動和高溫對這些控制箱會產生很大的影響，因此定期檢查、緊固各個控制箱內的接線是十分必要的。另外，對于FCM-20模塊故障的確定，則是WECS-9520控制系統管理方面比較困難的事情，因為主機運行時若出現單缸工作不正常現象，其牽涉到的因素太多，除了常規的機械方面的原因，還有ICU（Injection Control Unit）、VCU（Exhaust Valve Control Unit）、共軌壓力傳感器等等多方面的原因，這就要求管理人員要有十分清晰的思路和豐富的經驗。

2. 燃油共軌壓力控制：RT-flex 50型柴油機有兩臺燃油泵，由齒輪傳動，凸輪軸驅動，油量調節由齒條控制，每臺燃油泵各自有自己的執行機構。燃油共軌壓力由柴油機負荷決定：WECS-9520根據主機轉速和燃油指令產生一個控制信號，由FCM-20模塊控制燃油泵的執行機構，拉動燃油泵的齒條，向燃油共軌供應相應量的燃油，同時，兩只壓力傳感器將燃油共軌的壓力分別反饋給各自對應的FCM-20模塊，使燃油共軌壓力與柴油機負荷相匹配。在柴油機全速運行時，燃油共軌壓力可達800—900bar。

若一臺燃油泵的執行機構出現故障，它將會停在原處或者慢慢回到零位，另外一臺燃油泵然仍正常工作。若燃油泵出現機械故障，可以使用專用工具把這臺燃油泵的滾輪抬起，使它停止工作，同時柴油機需要適當降速，以不出現燃油共軌壓力異常報警為宜。因為一臺燃油泵的供油量不能滿足柴油機保持常用轉速需要的油量，這時燃油共軌壓力會出現很大的波動（接近100bar），致使燃油共軌壓力異常報警而導致柴油機Slow down。

3. 伺服油壓力控制：伺服油壓力的控制與燃油壓力的控制相似，同樣根據柴油機的負荷，由FCM-20模塊產生一個設定點信號，控制伺服油泵的壓力控制機構。伺服油共軌壓力由兩只壓力傳感器監控，壓力信號分別反饋至相對應的FCM-20模塊。

伺服油是用來控制排氣閥的開關和燃油噴射（ICU）。伺服油的質量要求非常高，伺服油濾器的過濾精度是6微米，壓力100—190bar。由于RT-flex型柴油機的伺服油是系統油，因此需要對柴油機的系統油保持不間斷的凈化，并且需要定時對系統油進行取樣化驗，嚴格監控系統油的各項指標，若狀況不能令人滿意則需要更換滑油。柴油機系統油若污染嚴重，會造成伺服油自清濾器頻繁沖洗，嚴重時出現伺服油濾器壓差高報警，引起伺服油壓力異常，導致排氣閥開關紊亂，燃油異常噴射，造成主機Slow down。

伺服油系統除了由齒輪傳動的伺服油泵外，還裝有用于日常檢修的伺服油日用泵，為電動馬達驅動。其主要用途是柴油機停車時，伺服油系統檢修后的試驗，排氣閥開關情況的檢查，以及燃油共軌系統的試壓檢漏（可使用專用工具將燃油共軌和伺服油共軌連接）。伺服油日用油泵在柴油機運行時不需要開啟。

4. 燃油噴射控制：噴油開始時間由曲軸轉角信號和VIT信號決定；燃油的實際噴射量由油量活塞的行程決定，油量活塞到達計算行程時噴油結束；噴油量的計算基于調速器的控制信號。

RT-flex 50型柴油機每缸有兩只噴油器，分別由各自單獨的共軌閥控制，正常運行時兩只噴油器同時噴油。柴油機在低負荷工況下運行時，為了改善霧化和燃燒情況，減少煙霧的產生和燃油的消耗，每個缸的其中一只噴油器會自動切斷。同時，為了平均熱負荷，WECS-9520控制系統還會定期的交替切換噴油器。

當某個缸油量傳感器故障時，FCM-20模塊會把這個缸的噴射控制模式由油量控制自動轉為時間控制。

對于噴油定時的調整、單缸停油、停止單個噴油器等功能，可以在FlexView界面（外接電腦）很方便的實現。

5. 排氣閥控制：排氣閥的開關由兩個閥位傳感器監控。各缸排氣閥的開啟指令由相應的曲軸轉角信號和VEO（Variable Exhaust Valve Opening）信號決定，關閉指令由曲軸轉角信號和VEC（Variable Exhaust Valve Closing）信號決定。當一個閥位傳感器故障時，排氣閥的開關控制模式并不變化；在兩個閥位傳感器同時故障時，該排氣閥的開關控制模式轉換為時間控制。

在柴油機停車時，可以通過FlexView操作界面手動開關排氣閥進行相關的檢查，此時需要開啟系統滑油泵和伺服油日用泵。

6. 啟動閥控制：各缸啟動閥的開關直接由FCM-20模塊根據相應的曲軸轉角進行控制，直至柴油機運轉。

在啟動閥控制方面，RT-flex柴油機與常規柴油機的不同主要在于把空氣分配器轉換成了根據不同曲軸轉角動作的電磁閥。

7. 曲軸角度傳感器監控：在柴油機的自由端安裝有兩只曲軸角度傳感器，通過考必林由曲軸傳動，輸出的兩個曲軸轉角信號傳至FCM-20模塊（也包括E90箱中的FCM-20模塊），它們與測速單元給出的TDC信號進行比較，若三個信號偏差超過允許值，將會造成柴油機Slow down或者Shut down。

曲軸角度傳感器的作用十分重要，噴油控制、排氣閥開關控制、啟動控制等均與其有關。曲軸傳感器在安裝時，其輸出信號與飛輪上的讀數必須相符；安裝必須緊固，不可有任何松動現象。必須嚴格按照檢修周期檢查傳動皮帶的情況、潤滑油的供油情況，必要時按照說明書的要求從新調整皮帶。曲軸角度傳感器整套裝置的使用壽命是36000小時，到時必須換新。

8. 其他：

外部控制系統：包括主機遙控系統、電子調速系統、安保系統、車鐘系統等，均是通過E90控制箱與WECS-9520控制系統進行通信。

FlexView外接界面操作系統：可以實時監控柴油機的噴油情況、排氣閥的情況以及控制系統的各種報警；可以很方便的進行噴油定時的調整、實施單缸停油；柴油機停車時手動控制排氣閥的開關，對排氣閥的情況進行檢查。

RT-flex型柴油機與RTA型柴油機相比，除了以上介紹的關于控制方面有很大的區別，其他機械方面基本相同，沒有大的改動。總體來講，RT-flex型柴油機管理更方便，但對電氣知識的要求更高。由于接觸的時間很短，在這里只能簡單談談我的一些體會，不妥之處懇請指正。

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