電噴主機經常不來車...啟動空氣消耗量大...有時搗鼓下又沒問題...想不通！

大衛11q 2023-03-02 發布于四川

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本文以某輪Wartsila RT-FLEX型主機啟動失敗為例，闡述其工作原理，分析其故障原因、分享其問題解決方法，以期對同類型主機的日常管理工作有所幫助。

船舶主機是船舶唯一的動力推進裝置，保持其良好的機動性是航行安全的重要保證，特別是在靠泊、離港等關鍵性操作中，主機靈活機動、車令反應迅速至關重要。相對于常規的MC機型，RT-FLEX柴油機采用集中供油（燃油和伺服油）單元，燃油共軌和伺服油共軌，噴油控制單元（ICU）和排氣閥控制單元（VCU）,以及WECS-9520控制系統等取代了傳統的高壓油泵、排氣閥驅動油泵、凸輪軸及空氣分配器等，其主要部件包括共軌單元、曲軸轉角傳感器、E-95\E-90控制箱等。WECS-9520控制系統就是傳統的凸輪軸和空氣分配器的電子替代品（其基本功能是控制噴油定時、排氣閥定時、氣缸啟動閥定時等），控制器就是大腦，各種傳感器就是眼睛和耳朵，各種執行器比如啟動閥等就是手和腳。各部件各司其責、協調配合，最終實現主機的各種操作。主機的啟動原理為：車鐘給出命令，控制系統根據曲軸轉角度的判斷，通過電磁閥打開相應氣缸的啟動閥，使高壓空氣進入氣缸，達到啟動轉速后燃油噴射燃燒，使主機得以啟動運轉。

某輪，主機型號為5RT-flex50-D型柴油機，由青島海西船舶柴油機公司（QMD）生產，額定功率6132KW，額定轉速100rpm、活塞沖程2050mm，發火順序1-4-3-2-5-1；主機遙控系統為KONGSBERG，型號為Auto Chief 600。本文以該輪幾次機動用車時偶爾不來車問題為例，分享其故障排除過程。

一、主機近幾次機動用車時啟動失敗現象

1.2022年1月17日在意大利某錨地拋錨備車時，正倒車試驗一切正常，但在其后用車時卻出現正倒車啟動失敗現象（連續啟動失敗、超時）；轉入集控室手動控制啟動仍然無反應，沒有啟動空氣進入氣缸（能聽到各缸啟動電磁閥的電流聲，但缸頭啟動閥未打開，啟動空氣壓力也不下降）。倒車啟動成功，但是啟動空氣消耗量大。后來，手動控制操作均正常。

2.2022年1月18日在意大利某港進港備車時，沖/活車、機旁和駕駛臺控制試驗都正常，后來駕駛臺操作卻失敗，只好轉入集控室手動操車進港。在集控室操作的過程中啟動反應慢，達到啟動轉速時耗氣量大、耗時長。

二、故障原因分析

1.懷疑是某一氣缸控制模塊出了問題

智能電噴主機的核心是控制模塊FCM-20(FLEX CONTROL MODULE-20)，其功能是處理曲柄轉角、掃氣壓力、轉速等輸入信號，從而控制燃油噴射、排氣閥控制、啟動程序、伺服油和燃油共軌的壓力控制等。如圖1所示，當WECS控制系統元件發生故障時，FCM-20控制板FAIL LED會顯示紅燈閃現，并在Two-Digit Display顯示故障代碼。

圖1 FCM-20模塊LED和FAILURE ID狀態示意圖

船上檢查WECS-9520控制系統，并無報警現象。為了驗證判斷，又檢查了五個缸的氣缸控制單元E-95箱FCM-20狀態，各LED顯示狀態和FAIL LED顯示狀態正常，無故障代碼。據此，排除了控制模塊的問題。

2.排查氣缸條件因素

經查，燃油共軌壓力、伺服油壓力參數在啟動時顯示正常；根據排煙溫度、氣缸壓力、燃油噴射質量等參數，可以確定噴油器的工況沒有問題。主機靠泊后，船上第一時間通過掃氣口檢查了燃燒室部件和活塞令、缸套狀況，一切正常，沒有出現拉缸、斷令情況，盤車機電流也無增大異常。

3.檢查啟動空氣系統

如圖2所示，啟動空氣系統主要包括主啟動閥和驅動電磁閥、缸頭啟動閥和啟動電磁先導閥等部件。

圖2 主機啟動空氣系統原理圖

首先檢查試驗主啟動開關動作是否正常。其實，在機動用車的過程中聽聲（有氣流聲和閥件動作的撞擊聲）就能簡單地作出判斷；在停車的狀態下，也可以手動試驗。如圖3所示，30bar的高壓空氣（圖中紅色線條）進入主啟動閥座通道、閥座兩端，由于閥座兩端所受氣壓面積不同，在兩端壓差和彈簧力的作用下，位于左側的閥芯保持關閉狀態。當打開泄壓閥2.06或者二位閥2.05（由Common StartV、V7013c和7014c控制）處于右位泄放狀態時，啟動閥閥座兩端的壓力平衡打破，閥座向右側移動，從而打開主啟動閥。

圖3 主啟動空氣閥工作原理圖

經過前期的系列檢查試驗，目標鎖定在各缸缸頭啟動部件。雖然導向明確，但是面對五個缸的啟動閥件，還需進一步精確研判、確定。根據空氣啟動原理：每個氣缸以合適的曲柄轉角進入高壓空氣，驅使主機運轉，進而達到發火的轉速。只要能找出每缸單獨進氣的曲柄轉角，并在此角度下啟動試驗，就能準確判斷出故障的氣缸。本機型的氣缸發火順序為1-4-3-2-5-1，當NO.1缸處于上死點時，曲柄轉角位0゜。由于是五缸機，所以相鄰發火氣缸轉角相差72゜。其實，主機空氣啟動的程序就是高壓空氣進入氣缸代替了燃燒膨脹沖程。因此，根據說明書給出的如圖4所示的工作定時圓圖就可以得出：活塞在TDC(上止點)時開始進入高壓空氣，在AO位置（排氣閥打開）時停止進氣，共持續曲柄轉角度120゜。

圖4 氣缸工作定時圓圖

以曲柄角度0゜（NO.1缸TDC）為例，根據主機發火順序，把各缸曲柄轉角在一個如圖5所示的定時原圖上標出就能推斷出啟動時各缸進入高壓空氣的轉角度數范圍，進而推導各缸單獨進高壓空氣的度數范圍（如下表所示）。

缸號	進入高壓空氣曲柄度數理論范圍	單缸進氣度數有效范圍
NO.1	0゜～120゜	48゜～72゜
NO.4	72゜～192゜	120゜～144゜
NO.3	144゜～264゜	192゜～216゜
NO.2	216゜～336゜	264゜～288゜
NO.5	288゜～48゜	336゜～360゜
備注：此推導，在理論上，活塞上死點開始進入高壓空氣，排氣閥打開停止進入高壓空氣，推算出的單缸單獨進氣的曲柄度數有效范圍更窄，精準度更高，不影響試驗效果。

圖5 各缸曲柄轉角示意圖

根據推算出的結果，靠泊期間船上對不同曲柄轉角度數作了啟動試驗，結果如下：

根據試驗結果，啟動執行趨勢（Performance Trend）曲線圖：燃油共軌壓力正常，伺服油壓力正常，排除了燃油部件的磨損內漏和伺服油系統失效（印證了前面關于燃油噴射的判斷）的因素，可以基本鎖定NO.5缸啟動閥件故障。

4.明確啟動失敗原因

經過前期的分析、判斷、試驗，明確啟動失敗的原因是NO.5缸沒有啟動空氣進入或者進氣量少，沒有足夠的壓力推動活塞達到一定的轉速。為了再次驗證故障原因，船上對主機進行短時間沖車，并在機旁近距離聽聲、觀察NO.5缸和其他缸的沖出氣流，結果明顯感到NO.5缸沖車的氣流較弱。沖車完成后，主空氣管路中的高壓空氣需從各缸的啟動閥桿間隙泄壓。NO.5缸和其他缸一樣，泄壓時的氣流聲很大，說明啟動空氣已經達到缸頭處等待，只是缸頭啟動閥無法開啟使高壓空氣進入氣缸，這也排除了熱氣阻焰器臟堵的可能性。此時，病灶聚焦到缸頭啟動閥和啟動電磁先導閥上。于是直接在機旁監聽NO.5缸電磁先導閥的電流聲和感應閥體泄氣孔道的氣流，以判斷電磁閥是否動作。但因機旁環境不佳、噪音大，受氣流擾動等因素的影響，不能有效地判斷。后采取了更為直觀的方法，即和別的缸（NO.1缸）電磁先導閥整體對調。調換后，按照各缸對應曲柄轉角啟動試驗，結果NO.5缸一次啟動成功，NO.1缸啟動失敗，從而確認電磁閥故障。

船上進一步解體故障電磁閥，卻并沒有發現明顯缺陷，如圖6所示，只是內部黑泥灰較多、臟污，局部聚集較多油脂。究其原因，大概是一個月前在修船廠，廠家服務商在對其保養更換修理包時潤滑油脂使用多了，臟污后導致閥芯密封不嚴、活動受阻，甚至孔道堵塞，造成電磁閥功能失效。對電磁閥清潔后裝復，試車正常。