L32/44CR柴油機(jī)燃油共軌系統(tǒng)簡介

盛衛(wèi)明

（中港疏浚有限公司，上海 200120）

1 燃油系統(tǒng)

共軌柴油機(jī)燃油系統(tǒng)組成有低壓燃油系統(tǒng)，共軌與噴射系統(tǒng)，清洗與安全系統(tǒng)和燃油泄漏系統(tǒng)（圖1）。

圖1 L32/44CR 柴油機(jī)

1.1 低壓燃油系統(tǒng)

低壓燃油系統(tǒng)組成集中式供油單元，為機(jī)器提供10～12bar的燃料用油，包括：供應(yīng)泵吸口雙聯(lián)濾器、供油泵及增壓泵、帶反沖洗功能的自清濾器、旁通濾器及相關(guān)部件。

1.2 共軌燃油與噴射系統(tǒng)（圖2）

在共軌噴射系統(tǒng)中，壓力油由電子控制的高壓油泵輸出燃油至共軌蓄壓器保壓，電子驅(qū)動閥組用來決定燃油噴射的開始、連續(xù)及停止時間，而與柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速和噴射量無關(guān)。

圖2 32/44CR共軌系統(tǒng)概述

對于系統(tǒng)建壓，L32/44CR共軌系統(tǒng)中沒有獨(dú)立機(jī)械油泵，只有通過柴油機(jī)凸輪驅(qū)動的高壓油泵。共軌高壓油泵與傳統(tǒng)機(jī)械控制式柴油機(jī)高壓油泵不同之處在于沒有齒條，通過高壓油泵自帶的由電子控制的節(jié)流閥實現(xiàn)單缸油量控制。低壓系統(tǒng)燃油經(jīng)節(jié)流閥進(jìn)入高壓油泵后排入串聯(lián)的共軌桶，通過高壓油管可以將所有的共軌桶串聯(lián)。在共軌桶2端或1端裝有閥組，通過安裝在下部的1個單向溢流閥至低壓系統(tǒng)，該單向溢流閥可以將噴油器噴射完成后的管內(nèi)余壓進(jìn)行卸壓，單缸燃油噴射的時間及油量可以通過電子控制閥組完成。

1.3 清洗和安全系統(tǒng)

（1）清洗功能。共軌系統(tǒng)壓力高達(dá)1600bar，易造成系統(tǒng)中精密閥件磨損，因此清洗功能對共軌系統(tǒng)尤為重要。

柴油機(jī)停車2min后應(yīng)急停車沖洗閥會開啟，共軌桶內(nèi)壓力卸壓。從燃油進(jìn)機(jī)總管來的低壓燃油經(jīng)沖洗閥進(jìn)入共軌桶，再進(jìn)入回油管。進(jìn)/回油管間的背壓閥既保證高壓油泵進(jìn)油壓力，也保證進(jìn)回油管之間具有一定壓差，目的是保證正常沖洗功能。還有一個對閥組的小循環(huán)沖洗回路（圖3），閥組連接到低壓供回油管路，保證閥組得到充分沖洗。停車期間，應(yīng)急停車和沖洗閥保持開啟，清洗時間視系統(tǒng)具體情況定，清洗完畢后方可停掉低壓燃油系統(tǒng)。

圖3 閥組沖洗原理圖

（2）安全功能。共軌系統(tǒng)一般油壓較高，因此采用雙壓力傳感器冗余系統(tǒng)對共軌油壓進(jìn)行檢測，在壓力低、壓力高及壓差高時報警。在系統(tǒng)中設(shè)置安全閥以防止油壓過高，軌壓超過1850bar時，安全閥打開。同時系統(tǒng)安裝有供機(jī)旁手動及氣電遙控的應(yīng)急停車手柄或按鈕，在按下應(yīng)急停車手柄或按鈕時打開應(yīng)急停車和沖洗閥，卸掉系統(tǒng)油壓，實現(xiàn)應(yīng)急停車。

為了監(jiān)測和顯示油壓，共軌系統(tǒng)在油管與沖洗閥之間裝有2個壓力傳感器，另外在應(yīng)急停車和沖洗閥及安全閥后安裝有泄漏檢測傳感器。在對燃油系統(tǒng)進(jìn)行日常維護(hù)保養(yǎng)時，為保證安全操作，應(yīng)在機(jī)旁按下應(yīng)急停車和沖洗閥。

1.4 燃油泄漏及探測系統(tǒng)

共軌系統(tǒng)泄漏危害很大，如不及時處理，系統(tǒng)內(nèi)高壓沖擊將會產(chǎn)生更大磨損并導(dǎo)致密封面漏點(diǎn)擴(kuò)大，影響主機(jī)正常工作，故對系統(tǒng)的泄漏要高度重視。

噴油器和高壓油泵的泄漏可接入一根泄漏油管，柴油機(jī)運(yùn)行期間，管路后部截止閥保持關(guān)閉，以便有泄漏時觸發(fā)液位傳感器報警。共軌桶和閥組處的泄漏可接入另一泄漏油管，設(shè)有單獨(dú)檢測和報警系統(tǒng)。

通過安裝在共軌桶上的探測螺栓和共軌桶泄漏管與泄漏總管之間的泄漏探測傳感器進(jìn)行探測燃油泄漏。同時為了允許少量泄漏，在這些傳感器上開有旁通孔（圖4）。

圖4 泄漏裝置

在閥組座上裝有兩個探測螺栓，用于探測不同部位的泄漏情況。上圖中31處螺栓顯示燃油噴射管路泄漏，上圖中32處螺栓顯示高壓油管和沖洗操作止回閥泄漏。泄漏的燃油會聚集在檢測器螺栓的盲孔中，通過傳感器發(fā)出信號至柴油機(jī)控制系統(tǒng)，觸發(fā)報警并顯示具體泄漏的共軌桶及附屬部件。然后通過拆檢共軌桶上的探測螺栓，最終來判斷是高壓油管還是噴射油管產(chǎn)生泄漏。

為準(zhǔn)確定位泄漏部位，評估密封面損壞情況。按序?qū)曹壨皦毫y試（測試壓力在1400 bar）記錄1min的壓力降。如果壓力降在1000bar，或者達(dá)不到1400bar，或者壓力明顯低于前一共軌桶的測試壓力，就可確定泄漏就在最近的共軌桶組件當(dāng)中。確定后再依次對高壓油管、高壓油泵、共軌桶進(jìn)行壓力測試，來最終確定泄漏部位。也可以根據(jù)各泄漏檢測傳感器的故障報警和其他的參數(shù)報警內(nèi)容，并參照故障列表來進(jìn)一步縮小泄漏部件的定位。當(dāng)所有泄漏消除后，須對已安裝完畢的共軌噴射系統(tǒng)進(jìn)行一次額外的密性試驗 。

1.5 日常維護(hù)

電噴柴油機(jī)閥件較多，配合也很精密，高壓沖擊將會產(chǎn)生更大的磨損導(dǎo)致密封面漏點(diǎn)擴(kuò)大，影響柴油機(jī)正常工作，維護(hù)時應(yīng)注意：

保證低壓燃油系統(tǒng)清潔度，燃油在進(jìn)入高壓共軌前應(yīng)充分得到有效分離，防止劣質(zhì)燃油造成閥件過度磨損和卡阻發(fā)生，影響電磁閥和傳感器正常工作。對油泵泄漏燃油定期取樣，化驗分析，發(fā)現(xiàn)問題及時檢修。

軌壓系統(tǒng)的電子控制元件故障會造成柴油機(jī)主要參數(shù)出現(xiàn)異常，日常應(yīng)對柴油機(jī)排煙溫度、壓縮壓力、爆炸壓力、增壓壓力等參數(shù)加以關(guān)注，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時分析控制單元、電磁閥和傳感器等帶來的影響，及時排除故障。對電子控制元件應(yīng)定期拆卸、清潔、檢查。

特別是在柴油機(jī)燃用重油完車后應(yīng)對系統(tǒng)進(jìn)行充分沖洗，沖洗時間由具體使用情況決定。完車后立即停止低壓供油系統(tǒng)往往會造成閥件卡阻，系統(tǒng)故障。

2 SaCoSone系統(tǒng)概述

SaCoSone（Safety and Control System on Engine）是由MAN公司設(shè)計研發(fā)用于柴油機(jī)的控制系統(tǒng)。主要功能包括柴油機(jī)起、停等控制管理、速度負(fù)荷控制、安保功能、監(jiān)測報警和診斷功能（圖5）。

2.1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要有控制單元CU（Control Unit）、噴射單 元 IU（Injection Unit）、 擴(kuò) 展 單 元 EU（Extension Unit）、 接 口 柜 IC（Interface Cabinet）、 輔 助 柜AC（Auxiliary Cabinet）、柴油機(jī)機(jī)旁操作面板LOP（Local Operating Panel）和遙控操作面板ROP（Remote Operating Panel）。

2.1.1 柴油機(jī)運(yùn)行控制單元CU

CU控制單元安裝在柴油機(jī)上，由2個完全相同的控制模塊CM-Safety和CM-alarm組成，模塊具有CAN總線接口、電源輸出接口以及IO接口功能，可以采集頻率信號、開關(guān)量輸入輸出信號、模擬量輸入輸出信號、溫度信號。

CM-Safety用于柴油機(jī)的安全系統(tǒng)，CM-alarm用于柴油機(jī)的控制和報警系統(tǒng)。這2個模塊獨(dú)立運(yùn)行通過系統(tǒng)總線連接。CM-Safety安全系統(tǒng)模塊主要采集速度傳感器、油霧濃度探測器、空氣壓力、滑油壓力溫度、燃油壓力、高壓油管和噴油器泄漏、冷卻水壓力溫度、飛濺油溫度、主軸承溫度和排氣溫度信號等。CM-alarm控制和報警系統(tǒng)模塊主要采集盤車機(jī)連鎖、空氣壓力、滑油壓力溫度、燃油壓力溫度、燃油滑油濾器壓差、冷卻水壓力溫度、飛濺油溫度、主軸承溫度和排氣溫度信號等。每個控制模塊都配有自己的傳感器，通過傳感器記錄操作值。

圖5 燃油共軌模塊與SaCoSone系統(tǒng)

2.1.2 共軌系統(tǒng)燃油噴射控制單元IU

噴射控制單元IU安裝在柴油機(jī)上，由1個噴射模塊IM組成。模塊具有CAN總線接口、電流輸出接口及IO接口功能，可以采集頻率、開關(guān)量輸入輸出、模擬量輸入輸出信號?？刂茊卧邮誄U單元輸出的主機(jī)轉(zhuǎn)速、采集系統(tǒng)的軌壓以及外部的速度設(shè)定信號。通過輸出電流的大小來控制節(jié)流閥和噴射閥的開度從而實現(xiàn)主機(jī)速度負(fù)荷控制、軌壓控制和噴射控制。

2.1.3 擴(kuò)展單元EU

擴(kuò)展單元EU安裝在柴油機(jī)上由1套WAGO I/O系統(tǒng)組成，通過CAN總線與控制單元CU連接。I/O模塊主要采集VVT的位置和燃油共軌系統(tǒng)泄漏探測的傳感器信號。

2.1.4 接口柜IC

接口柜作為上位機(jī)與下位機(jī)連接的橋梁，所有的通訊處理通過接口柜中的2個網(wǎng)關(guān)模塊GM實現(xiàn)。同時為SaCoSone系統(tǒng)提供24VDC和230VAC電源。

2.1.5 網(wǎng)關(guān)模塊GM

在接口柜IC中安裝了2個硬件完全相同的網(wǎng)關(guān)模塊，每個網(wǎng)關(guān)模塊由2個電隔離部分組成，分為網(wǎng)關(guān)部分GM-GS和安全部分GM-SS。網(wǎng)關(guān)部分GM-GS接口包括3個以太網(wǎng)接口、1個RJ45以太網(wǎng)服務(wù)接口、1個USB接口、4個CAN總線接口、一組RS422/RS485接口；安全部分GM-SS接口包括3個CAN總線接口。網(wǎng)關(guān)模塊不僅處理SaCoSone系統(tǒng)中核心部件模塊CM、IM之間的通訊同時也處理其它輔助設(shè)備系統(tǒng)如顯示單元、船舶報警系統(tǒng)、柴油機(jī)診斷系統(tǒng)以及擴(kuò)展IO系統(tǒng)之間的通訊。核心模塊與GM模塊彼此之間通過CAN1和CAN2總線冗余連接，輔助設(shè)備系統(tǒng)與GM模塊之間通過CAN3總線、以太網(wǎng)、RS485/RS422相互通訊連接，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

2.1.6 輔助柜AC

輔助柜AC為柴油機(jī)上的泵組、溫控閥及VVT等提供400VAC電源。

2.1.7 操作面板

機(jī)旁操作面板LOP安裝在柴油機(jī)側(cè)，通過面板觸摸屏實現(xiàn)對柴油機(jī)控制和參數(shù)監(jiān)測顯示，同時配有硬線按鈕、開關(guān)和指示燈，可實現(xiàn)柴油機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測和啟動、停止及應(yīng)急停止操作等功能。遙控操作面板ROP安裝在集控室，功能與LOP相同，通過LOP面板上機(jī)旁/遙控轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行位置切換。

2.2 日常維護(hù)

SaCoSone控制系統(tǒng)為高度集成模塊化控制，在日常管理使用中要做好各個模塊參數(shù)的備份。1#網(wǎng)關(guān)模塊GM中的USB接口為系統(tǒng)對用戶開放的參數(shù)存儲接口，可以用SaCoSone工具箱中的U盤對有修改的參數(shù)進(jìn)行保存?zhèn)浞荨?/p>

柴油機(jī)運(yùn)行時，燃油噴射電磁閥一直處于在高頻、高壓的工作狀態(tài)，因此可能會因振動，導(dǎo)致電磁閥接頭松動；燃油雜質(zhì)多，加劇電磁閥磨損，甚至卡死閥芯。通過定期對噴射電磁閥進(jìn)行測試可以避免發(fā)生上述故障。

柴油機(jī)振動會引起傳感器及控制箱內(nèi)接線插頭松動，要定期對接線進(jìn)行檢查、復(fù)緊。

在電噴柴油機(jī)中，速度傳感器不僅采集頻率信號同時還采集曲軸轉(zhuǎn)角信號，是柴油機(jī)速度負(fù)荷控制的核心元件。因此要定期檢查傳感器間隙，清潔表面油污確保傳感器的工作可靠性。

3 結(jié)語

隨著船舶現(xiàn)代化管理技術(shù)手段不斷更新，監(jiān)測和控制系統(tǒng)愈發(fā)先進(jìn)，但依然不能取代設(shè)備管理人員作為船舶設(shè)備管理第一責(zé)任人。高壓燃油共軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)含量高，給輪機(jī)管理人員帶來了更大的挑戰(zhàn)，因此要不斷加強(qiáng)對設(shè)備特別是新型設(shè)備學(xué)習(xí)，熟練掌握設(shè)備的工作原理和技術(shù)要求，嚴(yán)格按照設(shè)備維修保養(yǎng)手冊對設(shè)備定期進(jìn)行檢查和維修保養(yǎng)，只有這樣才能更加有效的管理好設(shè)備，提高設(shè)備管理水平。