flex58T- D 型柴油機排氣閥故障

0    引言

5RT-flex58T-D 型 柴 油 機 是瓦錫蘭公 司 推 出 的 新型智能柴油機，具有排放低 、油耗低 、操作性強 、可靠 性高等優點，得到廣泛應用 。

某 船 載 質 量 為 76 000 t ，   主 機 是 瓦錫蘭 5RT - flex58T-D 型 柴 油 機 ，額 定 功 率 為 9 500 kW，額 定 轉 速 為 105 r/min。在船舶營運過程中，主機排氣閥曾出現故 障 。本文講述該故障的排除過程，供同人參考 。

1   故障現象

某船在開往香港錨地途中 ，  主機備車加速時出現 No.3 缸排氣閥關閉延遲故障 (ME Exh. Valve Late/Not Closing)。   查 看 Flex View 軟 件 ，   發 現 No.3 缸 C lose Deadtime 達到 130 ms(見圖 1)。  查看排氣閥運動曲線， 發現 No.3 缸排氣閥運動曲線偏低于其他 4 個缸，因此 懷疑 No.3 缸排氣閥關閉不嚴 。接著出現排溫偏差過大 警報，主機自動降速 。此后，該故障反復出現 。

圖 1   排氣閥延遲時間

2   排氣閥的結構和控制原理

2.1  排氣閥的結構

瓦錫蘭 5RT-flex58T-D 型柴油機排氣閥主要包 括 緩 沖 器 、雙 頭 活 塞 、測 量 錐 塊 、位 置 傳 感 器 等 (見 圖 2)。  與 傳 統 的 RTA 機型排氣閥相比 瓦錫蘭5RT - flex58T-D 型柴油機排氣閥有以下幾點不同 。

        (1)為減少伺服油容量，排氣閥驅動活塞采用雙頭 活塞。當排氣閥開啟時，緩沖器位于雙頭活塞上端凹槽 內部 ，伺服油作用面積較小 ，因此其作 用 力 較 小 ，排 氣 閥緩慢打開 。隨著雙頭活塞的下移，緩沖器脫離雙頭活 塞上端凹槽，伺服油作用在整個雙頭活塞上部，其作用

力瞬間增大 ，排氣閥迅速打開 ，縮短排氣閥開啟時間 ， 便于廢氣的排放和新鮮空氣的進入 ，  提高換氣效率和 換氣質量 。當排氣閥關閉時，由于緩沖器與雙頭活塞上 部接觸形成密閉空間，從而使雙頭活塞運動受阻，減緩 排氣閥落座速度，減輕排氣閥與閥座的撞擊，延長排氣 閥使用壽命 。

圖 2   排氣閥結構

        (2)為遠程在線監測排氣閥的運動狀態，增加 2 個 冗余的用于監測排氣閥位置的傳感器 。每個缸的位置 傳感器的結構及性能相同，可互換，增加可靠性。

        (3)空氣彈簧活塞運動在排氣閥上殼體內部 。

        (4)測量錐塊用于測量排氣閥的位置 。

        (5)采用碟形彈簧組件作為阻尼元件 。當排氣閥的開啟力與空氣彈簧作用力失衡時 ，  碟形彈簧組件能夠 有效防止排氣閥受損 。

2.2   排氣閥的控制原理

排氣閥控制原理見圖 3。排氣閥控制單元(VCU)包 括共軌電磁閥 、兩位三通閥 、控制活塞等 。排氣閥的開 啟由伺服油控制，其關閉由空氣彈簧控制 。分離裝置將 驅動共軌電磁閥的伺服油和驅動排氣閥閥桿的液壓油 分開 。排氣閥的運動狀況通過 2 個位置傳感器將其位 移信息反饋給 WECS-9520 控制系統 。FCM-20 模塊根據曲軸角度 、理論開啟角度和可變排氣閥開啟角度 ，計 算出排氣閥的實際開啟角度 。

圖 3   排氣閥控制原理

排氣閥驅動組件在接到 WECS-9520 發 出 的 排 氣 閥開啟信號時，共軌電磁閥的下部導通，其閥芯向下運 動，從共軌系統來的伺服油到達兩位三通閥，將回油通 路關閉 。在伺服油壓力的作用下，兩位三通閥的滑動閥 芯克服彈簧彈力向下運動，使另一路伺服油到達控制活 塞的下方，推動控制活塞上移 。排氣閥驅動油管中的滑 油壓力增加，增壓的滑油到達排氣閥頂部的雙頭活塞 ， 當滑油壓力大于空氣彈簧的彈力時，排氣閥下移開啟 。

當 WECS-9520 發出排氣閥關閉的信號時，共軌電 磁閥上部導通 ，其閥芯向上移 動 ，伺服油通路被截斷 ， 伺服油通過兩位三通閥泄壓 。彈簧彈力使兩位三通閥 的滑動閥芯上移，回油通路被打開，控制活塞下部的油 壓降低 ，控制活塞下移 ，控制活塞上部空間增大 ，油 壓 降低，導致雙頭活塞上方的滑油壓力降低，雙頭活塞上 移，排氣閥在空氣彈簧彈力的作用下關閉 。

3   故障原因分析及排除

造成排氣閥關閉延遲以及排溫偏高的原因 有 很 多 ，如位置傳感器故障導致信 息 誤 報 、伺 服 油 壓 力 低 、 共軌電磁閥閥芯卡阻或線圈損壞 、VCU 運動部件卡阻 或節流閥及濾器臟堵 、空氣彈簧單向閥臟堵 、排氣閥閥 桿密封泄漏等 。借助 Flex View 軟件，查看相關參數和 曲線，分析判斷此次排氣閥故障的具體原因 。

3.1   位置傳感器

排氣閥上安裝有 2 個位置傳感器 ，   以電流信號顯 示排氣閥的開啟和關閉狀態 ，  顯示窗口左側欄的電流 值較低 ，其表示排氣閥開啟值 ，右側欄的電流值較高 ， 其表示排氣閥關閉值(見圖 4)。  查詢位置傳感器顯示 窗口的測量數據 ，  發現 2 個位置傳感器的電流指示正 常，表明位置傳感器工作正常 。

3.2   共軌電磁閥

共軌電磁閥是兩位三通電磁閥，閥芯的移動行程比 較小，約為 0.3 mm；當其通電時，電流可達 50 ~ 60 A，閥 芯的動作時間以 ms 為計時單位，在 1 ~ 2 ms 內完成動 作 。共軌電磁閥開關定時欄顯示共軌電磁閥閥芯從一 端移動到另一端所用時間一般為 1.0 ms 左右 ，  當這個 時間超過 3.0 ms 時表示共軌電磁閥故障 。查詢共軌電 磁閥開關定時欄指示數據(見圖 5)，可以確定共軌電磁 閥工作正常 。

3.3   VCU

VCU 的運動部件控制活塞和滑動閥芯與各自腔室 的配合間隙很小 ，  如果油中含有雜質 ，  很容易引起卡 阻，造成排氣閥關閉延遲故障 。  除運動部件外，VCU 還 有節流孔和濾器等 ，  若其堵塞 ，  會影響到排氣閥的運 動，造成排氣閥關閉延遲故障 。

解 體 檢 查 VCU(見 圖 6)，發現其濾器和節流孔比 較干凈，控制活塞和滑動閥芯運動靈活，不存在卡阻現 象，表明 VCU 工作正常 。

3.4   排氣閥

根據上述分析 ，  可以判斷排氣閥出現故障的概率 很大 。如果更換排氣閥，不僅工作量很大，而且會影響 船期。研讀 W覿rtsil覿 5RT-flex58T-D 型柴油機排氣閥的 相關資料 ，  得知其與傳統機型排氣閥的結構差異 ，判 斷其緩沖器存在故障 。拆檢排氣閥上殼體可在 30 min 內完成。

解體排氣閥上殼體，測量其各個部件 。按照說明書 規定，緩沖器應能插入雙頭活塞凹槽約 13 mm，而拆下 來的緩沖器插入雙頭活塞凹槽約 1/3 正 常 位 置 處 ，就出現卡阻現象 ，   因此推測造成排氣閥故障的根源就在 于此 。為驗證推測，拆解備用排氣閥上殼體，發現其緩 沖器可以完全進入雙頭活塞凹槽部位(見圖 7)。  更換 排氣閥上殼體，利用 Flex View 軟件測試，發現 No.3 缸 排氣閥啟閉恢復正常，試車 、試航期間各個參數穩定且 未見異常，故障排除 。

為查找此次事故的根本原因，在船舶開航后，對更 換下來的緩沖器和雙頭活塞進行研究和分析 。測量緩 沖器外徑和雙頭活塞內徑，發現其配合間隙正常 。在查 閱說明書時發現緩沖器底部的節流孔外部和內部尺寸 并不相同(見圖 8)。  仔細檢查緩沖器節流孔，發現節流 孔變化處已被雜質堵塞，雙頭活塞內部的滑油無法在規 定時間內流出，導致排氣閥關閉不嚴 。清通節流孔后， 緩沖器可以正常插入雙頭活塞凹槽，并達到規定值。

圖 8   緩沖器節流孔

4   結束語

瓦錫蘭RT-flex 系列柴油機對滑油的清潔度要求 非常高，在日常管理中應保持滑油分油機連續運轉 ，密 切關注滑油自清濾器與伺服油自清濾器的壓差和沖洗 次數的變化 ，并根據情況及時清洗 。要仔細研讀說明 書 ，了 解 瓦錫蘭 RT-flex 系 列 柴 油 機 的 新 技 術 ，盡 快 掌握該機型的結構特點和工作原理 。當遇到問題時，保 持冷靜的頭腦；在分析問題時要條理清晰，理解軟件中參數和曲線的含義，借助軟件進行分析判斷，迅速排除故障，節省時間。