1、柴油機(jī)兩大電噴共軌工作原理

    柴油機(jī)高壓共軌系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及組成，就是電子控制系統(tǒng)在柴油機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用，我們每位管理者都必須在日常維護(hù)及一般故障分析方面有所提高。現(xiàn)在我們就柴油機(jī)兩大電噴共軌工作原理來(lái)進(jìn)行分析。

1.1 Wartsila RT-flex共軌柴油機(jī)

    Wartsila RT-flex機(jī)型有兩個(gè)公共油軌：一個(gè)輸送的是200bar的滑油，它的作用是作為驅(qū)動(dòng)排氣閥、氣缸起動(dòng)閥和噴射控制裝置的伺服油；另一個(gè)則是1000bar的作為柴油機(jī)燃料的重油，由曲軸通過(guò)三角凸輪帶動(dòng)高壓共軌燃油泵把燃油加壓到1000bar，然后由高壓燃油管路流至高壓公共供油管，再通過(guò)容積噴射控制單元(ICU)，對(duì)燃油進(jìn)行噴射控制，該控制單元由20 MPa的伺服油驅(qū)動(dòng)，伺服油的觸發(fā)信號(hào)來(lái)自于WECS-9520的氣缸控制單元，氣缸控制單元通過(guò)曲軸角度傳感器，測(cè)出曲軸的位置和負(fù)荷，再進(jìn)行判斷和計(jì)算以選擇最佳的時(shí)刻進(jìn)行燃油噴射。輪機(jī)員還能夠通過(guò)主機(jī)的反饋信息，同時(shí)利用WECS的輔助單元，對(duì)FQS和VIT進(jìn)行重新設(shè)定。WECS-機(jī)的排放已達(dá)到相當(dāng)理想的狀態(tài)。本文主要針對(duì)目前市場(chǎng)兩大船用主機(jī)的船用柴油機(jī)高壓共軌系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及組成，就電子控制系統(tǒng)的控制策略進(jìn)行了敘述以及介紹了高壓共軌系統(tǒng)在船用柴油機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例與管理。本文先就電噴船用主機(jī)的電噴共軌原理進(jìn)行了淺析，并列舉了船用電噴柴油主機(jī)在使用過(guò)程中電噴共軌系統(tǒng)可能發(fā)生的幾點(diǎn)故障，展開了分析。

    WECS-9520控制系統(tǒng)也可以按照預(yù)先設(shè)定的曲線，對(duì)不同負(fù)荷下的燃油噴射量以及噴射時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)控制，RT- flex機(jī)型每個(gè)氣缸有3個(gè)噴油閥，當(dāng)柴油機(jī)在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，WECS-9520控制系統(tǒng)可以關(guān)閉其中的1或2個(gè)噴油器來(lái)減少噴油量，進(jìn)而達(dá)到節(jié)省燃油和減少排放的目的，同時(shí)還能保持良好的低負(fù)荷運(yùn)行特性。

    排氣閥液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作原理，與燃油共軌工作原理大體相近，只是驅(qū)動(dòng)方式由軸帶三角凸輪變?yōu)闊o(wú)需換向操作的丹尼克斯變量泵控制(既伺服油泵)。該系統(tǒng)的工作原理是高壓伺服油泵將液壓油壓入液壓總管內(nèi)，然后WECS- 9520控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，控制共軌閥(Rail vavle)通過(guò)液壓執(zhí)行器來(lái)驅(qū)動(dòng)排氣閥。

    瓦錫蘭FLEX柴油機(jī)的電控液壓排氣裝置相對(duì)于機(jī)械(凸輪軸式)的優(yōu)點(diǎn)是：

    (1)各個(gè)氣缸的排氣閥都能夠獨(dú)立打開和關(guān)閉，所以當(dāng)主機(jī)在部分負(fù)荷時(shí)，WECS-9520控制系統(tǒng)能自動(dòng)依次關(guān)閉柴油機(jī)的部分氣缸，這樣可以很大程度上的降低能耗；

    (2)由于該系統(tǒng)是由軟件控制的，各缸噴油量由共軌閥通電時(shí)間長(zhǎng)短控制的，這樣一來(lái)，每缸燃燒工況會(huì)較以往凸輪軸式柴油機(jī)改善很多，氣閥磨損微量均勻，在降低排放上有重大的意義。

1.2 MAN-B&W共軌柴油機(jī)

    相對(duì)于瓦錫蘭FLEX電噴柴油機(jī)，MAN-B&W柴油機(jī)燃油電噴系統(tǒng)泵的控制是：該控制系統(tǒng)在缸頭平臺(tái)每缸燃油側(cè)均設(shè)置了新型的高壓油泵，油泵的柱塞不再由凸輪軸驅(qū)動(dòng)，而是清潔度較高經(jīng)過(guò)增壓的主滑油驅(qū)動(dòng)，它通過(guò)頂動(dòng)高壓油泵內(nèi)部活塞來(lái)帶動(dòng)柱塞上下運(yùn)動(dòng)。主滑油來(lái)自于柴油機(jī)的滑油系統(tǒng)，區(qū)別于MAN B&W MC機(jī)型的是，主滑油除了潤(rùn)滑運(yùn)動(dòng)部件和冷卻高溫部件外，即去往主軸承十字頭軸承、曲柄銷軸承的潤(rùn)滑和活塞頭的冷卻；還需經(jīng)過(guò)主機(jī)自帶的自清功能的細(xì)濾器，經(jīng)過(guò)過(guò)濾后，在柴油機(jī)自帶的增壓泵增壓下，將這路主滑油加壓到20 MPa，再到各缸高壓油泵的兩個(gè)大的儲(chǔ)存器內(nèi)，高壓滑油系統(tǒng)通常需要保持恒壓，保證壓力波動(dòng)較小，所以各高壓油泵均配置了2個(gè)充氮蓄能器。各缸高壓油泵的燃油噴射，是通過(guò)電控閥NC快速控制高壓滑油的進(jìn)岀來(lái)驅(qū)動(dòng)活塞快速上下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)高壓油泵柱塞瞬間增壓，讓油壓升至產(chǎn)生高壓(75~120 MPa)，最后經(jīng)過(guò)噴油器噴射霧化。電控電磁閥NC是由微處理器控制程序系統(tǒng)ECSP，根據(jù)柴油機(jī)狀況分析系統(tǒng)ECA和控制操作系統(tǒng)OMCP的綜合信息發(fā)岀指令而動(dòng)作， 其燃油共軌是指驅(qū)動(dòng)各缸高壓油泵的動(dòng)力滑油來(lái)自共軌管中，而Wartsila RT-flex的燃油共軌則是通過(guò)燃油噴射控制單元ICU和排氣閥控制單元VCU的共軌閥RailVavIe來(lái)進(jìn)行控制的。MAN-B&W柴油機(jī)排氣閥共軌系統(tǒng)的基本原理，其結(jié)構(gòu)形式與該機(jī)型燃油共軌大同小異，電控電磁閥NC控制動(dòng)力滑油，其啟閉是根據(jù)氣缸燃燒狀況由微處理器控制程序系統(tǒng)ECSP發(fā)出信號(hào)，分別控制各缸排氣閥的開啟和關(guān)閉。這種采用電子控制排氣閥啟閉的方式，同樣不僅能夠使排氣閥以相當(dāng)于均勻速度的敲擊排氣閥閥座，減少了氣閥關(guān)閉時(shí)的摩擦聲與噪音，延長(zhǎng)了排氣閥使用壽面，而且也可以有效地降低排放，控制主機(jī)排煙溫度。

2、船用電控共軌柴油機(jī)常見(jiàn)故障

    相對(duì)于傳統(tǒng)的凸輪軸式柴油機(jī)，電噴柴油機(jī)在使用方面有諸如上述的幾種優(yōu)點(diǎn)。但是，船用電噴主機(jī)的高度自動(dòng)化以及智能化的特點(diǎn)也是一把雙刃劍，它對(duì)船舶使用者管理能力也相應(yīng)的提高了要求。船 用電控共軌柴油機(jī)集成化的燃油以及滑油高壓共軌和控制柴油機(jī)燃油噴射，汽缸油注入以及排氣閥啟閉的電子控制系統(tǒng)，由于柴油機(jī)的高溫高壓工作環(huán)境，因此常見(jiàn)故障也是較老式機(jī)型多，同時(shí)也需要使用人員有較高的自動(dòng)化故障分析能力。

2.1高壓管件以及共軌管發(fā)生漏泄

    一般在主機(jī)以常規(guī)負(fù)荷正常運(yùn)行時(shí)時(shí)，燃油共軌單元系統(tǒng)油壓通常是維持在1000bar左右，伺服油共軌單元因?yàn)樗目刂铺匦?，所以也基本保持?00bar，較高的共軌管壓力導(dǎo)致主機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間的使用后，由于燃油的高溫高壓特性，會(huì)產(chǎn)生泄漏。

    根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常容易出現(xiàn)漏泄的地方如下：

    (1)伺服油泵的軸封，伺服油泵需要向主機(jī)提供較高的伺服油壓，保證燃油正常噴射及排氣閥按時(shí)啟閉，伺服油泵內(nèi)徑向壓力較大，在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行磨損后，軸封處會(huì)產(chǎn)生泄漏，發(fā)生泄漏時(shí)，需輪機(jī)管理人員及時(shí)更換軸封，保證主機(jī)正常伺服油壓。

    (2)高壓油管，管路焊縫以及彎頭薄弱處；高壓管路在焊接處極易發(fā)生泄漏。由于油管內(nèi)均為高壓流體，長(zhǎng)時(shí)間沖刷會(huì)導(dǎo)致焊接處和彎頭薄弱處產(chǎn)生空泡腐蝕和裂縫，導(dǎo)致管路內(nèi)流體大量泄漏。主機(jī)運(yùn)行時(shí)，振動(dòng)現(xiàn)象一直都有，在管路接頭處如果密封面出現(xiàn)未完全貼合的狀況(一般由于密封面安裝不好或主機(jī)振動(dòng)導(dǎo)致)，也會(huì)產(chǎn)生大量的泄漏。

    (3)閥件的密封處，包括活動(dòng)部件閥桿密封等。

    電噴主機(jī)的NC閥或RAIL VAVLE，由于長(zhǎng)時(shí)間高頻率的快速被觸發(fā)，閥塊密封處O型圈極易損壞，這時(shí)輪機(jī)管理人員需經(jīng)常檢查各閥塊，一旦發(fā)生泄漏，馬上更換密封圈。

2.2電子控制系統(tǒng)故障

    共軌的油壓、高壓燃油噴射、排氣閥啟閉正時(shí)、氣缸油注入、啟動(dòng)和換向等操作均由原始的凸輪軸或 VIT控制改變?yōu)楝F(xiàn)在的電子控制系統(tǒng)控制。而電子控制系統(tǒng)由控制單元模塊、信息采集傳感器以及電磁閥等構(gòu)成。

    (1)信息采集傳感器故障：主機(jī)振動(dòng)會(huì)引起各種傳感器的接線或者插頭松動(dòng)；探頭臟污，會(huì)引起傳感器檢測(cè)精度，造成控制系統(tǒng)誤動(dòng)作。在電噴柴油機(jī)中，曲軸轉(zhuǎn)角傳感器相當(dāng)于人類大腦的神經(jīng)元，整個(gè)柴油機(jī)燃油噴射，汽缸油噴油，排氣閥啟閉等等各項(xiàng)動(dòng)作，均由曲軸角度傳感器將角度信號(hào)發(fā)送給控制單元，一般安裝在主機(jī)自由端，一般每臺(tái)機(jī)會(huì)配2個(gè)，各為主備，一旦發(fā)生故障，主機(jī)將會(huì)：”死機(jī)”；燃油油量傳感器，常見(jiàn)的故障一般包括測(cè)量柱塞運(yùn)動(dòng)受阻或咬死，主要原因是燃油雜質(zhì)多、粘 度大，測(cè)量油缸的內(nèi)外溫差大，油溫過(guò)高導(dǎo)致積碳而污染傳感器等。在發(fā)生故障時(shí)可拆岀清潔。為避免此類事故，可將燃油分油機(jī)長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)分油，保證燃油清潔度。

    (2)電磁閥故障(燃油電磁閥和排氣電磁閥)。故障表現(xiàn)為動(dòng)作頻率高、過(guò)電流(可能燒毀電磁閥)等。原因可能有：工作環(huán)境振動(dòng)劇烈，導(dǎo)致電磁閥接頭松動(dòng)、復(fù)位彈簧斷裂等，燒壞線圈；燃油 雜質(zhì)多，加劇電磁閥磨損，甚至卡死閥芯。

    (3)氣缸噴油控制單元的燃油油量傳感器故障。由于燃油含渣質(zhì)較多，或含水量過(guò)大，燃油油量傳感器極易發(fā)生柱塞咬死現(xiàn)象；控制元件若發(fā)生故障則會(huì)造成測(cè)量柱塞無(wú)法正常運(yùn)動(dòng)，無(wú)法采集油量信號(hào)；同樣的，如果燃油油量傳感器復(fù)位彈簧失效也會(huì)引起測(cè)量柱塞不返回，導(dǎo)致控制單元沒(méi)有油量信號(hào)反饋。

    (4)排氣閥位置傳感器故障。各個(gè)氣缸排氣閥處均有兩個(gè)排氣閥位置傳感器，檢測(cè)排氣閥動(dòng)作時(shí)間和位置，監(jiān)測(cè)排氣閥啟閉狀態(tài)。受主機(jī)振動(dòng)影響，排氣閥位置傳感器極易發(fā)生插頭松動(dòng)的現(xiàn)象，導(dǎo)致控制單元無(wú)法接收排氣閥狀態(tài)信 號(hào)，影響主機(jī)正常運(yùn)行。

    (5)氣缸油電子單元模板故障。各個(gè)氣缸均有氣缸油控制電子模板CCM，也同樣安裝在各缸共軌箱下的鐵箱中。同樣受高頻振動(dòng)、高溫且無(wú)通風(fēng)的環(huán)境下工作，損壞機(jī)率高，導(dǎo)致氣缸油供給異常。

3、船用電控共軌柴油機(jī)的管理要點(diǎn)

    由于電噴主機(jī)的高度自動(dòng)化和智能化特點(diǎn)，因此在使用過(guò)程中，必須加強(qiáng)輪機(jī)員的業(yè)務(wù)能力，并經(jīng)常巡查各傳感器工作狀況，便于維護(hù)，如下：

    (1)保證燃油及伺服油密封。共軌油壓系統(tǒng)的壓力較高，在運(yùn)行中一定要注意密封性是否良好。特別是進(jìn)入噴油器之前的那段管路，既要保證密封性，同時(shí)也要求壓力波動(dòng)不能太大，以免對(duì)噴射霧化造成不良的影響。在維護(hù)方面，容易老化的密封件，均需定期更換。另外，應(yīng)保持柴油機(jī)燃油系統(tǒng)外圍的清潔，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)任何漏泄征兆。

    (2)共軌油壓系統(tǒng)的電子控制件(含電磁閥和傳感器)的任何異常，都可能導(dǎo)致柴油機(jī)主要參數(shù)異常。在巡回檢查時(shí)，要特別注意柴油機(jī)的排煙溫度、壓縮壓力、爆炸壓力、增壓壓力等參數(shù)，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)要分析控制單元、電磁閥和傳感器等的影響并及時(shí)排除。在維護(hù)方面，要定期拆卸、清潔、檢查。

    (3)電噴柴油主機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生一定的振動(dòng)，以及柴油機(jī)運(yùn)動(dòng)部件的磨損、松動(dòng)而加劇的振動(dòng)，都影響著電控柴油機(jī)噴油控制單元、排氣閥控制單元、氣缸電子單元、電磁閥、傳感器等及其連接點(diǎn)的松動(dòng)。因此，需要盡量降低機(jī)艙的振動(dòng)源。

    (4)合適的環(huán)境溫度，也是保證電子控制設(shè)備正常工作的重要條件。所以應(yīng)當(dāng)根據(jù)機(jī)艙溫度情況，及時(shí)調(diào)節(jié)機(jī)艙的通風(fēng)條件。

    (5)燃油的溫度、粘度、清潔度等，影響著電磁閥和傳感器的工作，因此務(wù)必保持燃油的質(zhì)量，選擇粘度和雜質(zhì)含量適合本船的燃油，包括適合本船的預(yù)處理能力。燃油(尤其是劣質(zhì)燃油)必須經(jīng)過(guò) 沉淀、加溫、過(guò)濾和離心式分離等預(yù)處理，分油機(jī)分離要掌握好時(shí)間、溫度、分離量和排渣次數(shù)。巡回檢查時(shí)，要關(guān)注并及時(shí)調(diào)整燃油溫度。

    (6)伺服滑油作為動(dòng)力油，其溫度、粘度、潔凈度等應(yīng)符合高壓工作的技術(shù)要求。同時(shí)與燃油一樣，伺服滑油的質(zhì)量也極大地影響著共軌閥和傳感器的工作，因此其質(zhì)量必須有所保證。要根據(jù)說(shuō)明書正確選用伺服滑油的規(guī)格和牌號(hào)。在油柜中沉淀和放殘，循環(huán)中加溫和過(guò)濾，以及分油機(jī)離心分離等操作要按操作規(guī)程進(jìn)行。在巡回檢查時(shí)，要高度關(guān)注并按要求調(diào)整滑油溫度，同時(shí)還要關(guān)注滑油濾器尤其是進(jìn)入共軌系統(tǒng)前的細(xì)濾器的工作狀態(tài)并按要求及時(shí)清洗。

4、結(jié)語(yǔ)

    柴油機(jī)的高壓共軌系統(tǒng)和電噴技術(shù)是世界船用柴油機(jī)發(fā)展的一個(gè)新的方向，由于該系統(tǒng)采用了高度自動(dòng)化智能化的控制單元，使得電噴主機(jī)具高度靈活的控制功能，它可以實(shí)現(xiàn)很高的噴射壓力，達(dá)到極佳的燃油霧化效果，并實(shí)現(xiàn)理想噴油過(guò)程中的壓力可調(diào)；同時(shí)它可以實(shí)現(xiàn)滿足各種工況下最低排放要求的多種噴射規(guī)律控制以及靈活精確的噴油定時(shí)控制，這樣就加大了柴油機(jī)控制的自由度，使之具有 了未來(lái)柴油機(jī)滿足更嚴(yán)格的排放法規(guī)要求所必需的發(fā)展?jié)摿Γ瑸檫M(jìn)一步提升柴油機(jī)的性能提供了更廣闊的空間。在運(yùn)行中，多點(diǎn)噴射技術(shù)讓電噴柴油主機(jī)的振動(dòng)降低到了一個(gè)新的低點(diǎn)，柴油機(jī)的各項(xiàng)指標(biāo)也有了新的標(biāo)準(zhǔn)。相信隨著世界科技的日新月異，未來(lái)不斷技術(shù)革新的船用主機(jī)會(huì)為全世界的發(fā)展進(jìn)步提供更加綠色，環(huán)保，高效的動(dòng)力保證。