關于船舶柴油機幾種常見故障及排除方法探討

盧道南

摘 要：船舶電噴柴油機以其特有的工作原理和工作特點，在船舶行業(yè)得到了廣泛應用，不僅可以降低燃油消耗，還減少了柴油機的故障發(fā)生率，延長了柴油機使用壽命。但船舶電噴柴油機在使用過程中也會出現(xiàn)一些故障現(xiàn)象，一旦發(fā)生故障，便會造成設備難以正常運行，甚至引發(fā)設備事故?；诖?，本文通過對船舶電噴柴油機的工作原理進行分析，總結船舶電噴柴油機的幾種常見故障，并提出應對措施。

關鍵詞：船舶；電噴柴油機；常見故障；排查方法

0 引 言

柴油機作為交通工具中較為常用的一種動力設備，是船舶前進的重要動力裝置。但柴油機是由許多部件組成的，彼此間緊密相連，任何一個小部件發(fā)生問題，都會對柴油機的整體工作產(chǎn)生一定影響，同理哪怕內部系統(tǒng)出現(xiàn)最細微的故障，同樣也會影響船舶航行。

1 系統(tǒng)簡介

本文以SulzerRT-flex系統(tǒng)為例，基本構造原理如圖1所示。用于燃油噴射的共軌是一條加壓燃油總管，布置于柴油機前端，正好處于汽缸頭平面下方。

每個氣缸的燃油噴射控制裝置安裝在該公共軌道上，由該管道來獲取受壓燃油。伺服油共軌等管道與燃油共用軌道平行設置，并用共軌盒密封，防止管道破裂時，高壓油從管道中噴射出來。（1）燃油共軌：共軌中已加熱的高壓燃油（通常1 000 Bar）由供油單元供給。在供油裝置上，采用6個四沖程機中常用的回油孔式高壓油泵（分為2套，通過兩個執(zhí)行機構來調整供油量），由三凸角的凸輪帶動泵油，而柴油機的傳動端則通過傳動裝置將功率傳遞到凸輪軸上。在啟動前和啟動過程中，燃油泵驅動器拉動油泵架至最大比例。一旦主機開始運行（如沖車動物），共軌壓力便會被調整至所需數(shù)值（大約700 Bar）。在共軌管中，燃油經(jīng)相應的燃油噴射裝置供應到汽缸頭部的三臺標準油壓啟閥噴嘴。燃油噴射系統(tǒng)為快速作用的Sulzer同步軌道閥門，具有可調供油時刻、可控噴油量和可調油束的形狀。各氣缸蓋上3臺噴油器可通過編程單獨控制，使其在全負載時共同工作，在低負載時僅有2臺或1臺（交替）工作，比如：在DeadSlow轉速下，各噴嘴工作20min，從而降低氣缸套及柱塞頭的熱應力。SulzerRT-flex燃油共軌系統(tǒng)的主要優(yōu)勢在于：（1）可實現(xiàn)高精度的噴油控制和泄漏防護。（2）能夠實現(xiàn)對燃油噴射比的可調和噴射壓力的可調。（3）在共軌和供油管道內保持燃油的穩(wěn)定。（4）能夠對特定的噴嘴進行獨立控制。（5）伺服油共軌：排氣閥的打開方式與SulzerRTA型的閥門操作大致相同，是通過液壓實現(xiàn)閥門的開關。唯一不同的是，其液壓源是由1臺200 Bar壓力的伺服油共軌提供，代替了傳統(tǒng)的活塞式液壓泵。該系統(tǒng)采用3臺液壓泵來供給伺服油，當負載改變時，伺服油的工作壓力會隨著負載的改變而逐漸減小，從而達到與之匹配的排氣閥打開速率。在柴油機停止運轉時，該控制燃油系統(tǒng)將大約50 Bar的壓力油供給到該伺服燃油共軌器。電控傳動裝置，可對排氣閥開關時間進行靈活調整。利用兩個位置傳感器對排放閥的閥桿抬升進行測量，并將其反饋至WECS控制系統(tǒng)[1]。（6）起動控制及控制油：汽缸啟動閥門基本上與SulzerRTA型機所采用的氣動閥大致相同，但現(xiàn)在由電控系統(tǒng)（對應的汽缸裝置）和快速作用的Sulzer共軌閥門根據(jù)曲軸轉角來控制其開關。200 Bar的液壓調節(jié)裝置將操作液壓供給到燃油噴射控制裝置。由于 Sulzer型燃油共軌閥門要求有較高的響應速度和準確的供油時間，因此無法采用電磁驅動方式。（7）曲軸轉角：在曲軸的自由端安裝兩個單獨的曲軸轉角傳感器，并通過曲軸帶動帶齒皮帶轉到。能準確地測量出曲軸轉角的數(shù)值訊號，然后傳送給汽缸的電子元件，分辨率可達0.1，這對于柴油機的運行來說是不可或缺的。至少有1臺要運轉，要是兩臺都出故障，柴油機便無法正常運轉。

2 電控噴油系統(tǒng)的關鍵技術及技術特點

隨著電子噴射系統(tǒng)的發(fā)展，電子噴射裝置的構造已有多種形式，所采用的重要技術主要有以下幾種：（1）電控直列泵技術：是由傳統(tǒng)機械噴油泵到電控噴油泵發(fā)展而來的一種電控燃油噴射系統(tǒng)，是通過直列泵加轉電子控制器而形成的電控噴油系統(tǒng)，但制造成本高、結構復雜、維修不便。（2）電控分配泵技術：德國博世公司研制的電子式燃油噴射泵，也是一款采用在噴射泵上安裝快速電磁閥，以達到定時噴射和調整噴射壓力的一種技術。（3）EUI技術：EUI技術又稱電控泵噴嘴技術。電控泵噴嘴系統(tǒng)是利用凸輪機構實現(xiàn)對柴油機噴油泵噴油的控制，其噴油壓力是各種噴油系統(tǒng)中最大的，其結構簡單、成本低，同時又具備運行穩(wěn)定、可靠性高、氮氧化物排放少、壽命長等特點，已被眾多交通運輸工具的柴油機所采用。但這種方法也有不足之處，如采用了頂置凸輪軸街道，使柴油機的制造成本增加，同時也無法實現(xiàn)對噴油壓力的動態(tài)控制，其噴油泵體積較大，不利于柴油機的整體優(yōu)化，限制了燃油噴射的方向。（4）EUP技術：EUP技術又稱電控單體泵技術，是由單體泵、噴油器和各管路組成。目前，除德國博世公司外，國內柴油機制造商也已采用此項技術，并已廣泛用于船舶柴油機中。應用EUP技術制造的電控單體泵系統(tǒng)與EUI技術所研制的電控泵噴嘴系統(tǒng)在特點上基本一致，但其噴射壓力比電控泵噴頭系統(tǒng)要低，約在180 MPa左右，凸輪軸采用了下置凸輪軸結構[2]。（5）HEUI技術：HEUI技術又稱液壓電控泵噴嘴技術，是當今世界上最先進的電噴技術之一，已被廣泛地應用于各種類型的船舶柴油機上。是一種集電子控制與液壓相結合的技術，可以靈活控制噴油裝置的噴油，在噴油過程中，不會受曲軸轉速的影響，可以不斷保持所要求的燃油噴射壓力，從而確保噴油過程的順利完成。這項技術除上述優(yōu)勢外，同樣存在局限性，由于采用該技術制造的噴油器和缸蓋結構較為復雜，因此對柴油機的后期維修提出了更高要求，且在潤滑油的種類和更換周期方面也有更高的要求，此外，還存在著冬季啟動困難，噴油系統(tǒng)功耗大等問題。

3 船舶電噴柴油機的常見故障和應對措施

3.1噴油控制單元的故障

在船舶電噴柴油機中，噴油控制單元是一個重要的控制裝置，其主要作用是接受柴油機的各種信號，并根據(jù)信號對柴油機各缸噴油量進行控制。一旦噴油控制單元發(fā)生故障，便會使柴油機的工作狀態(tài)發(fā)生改變，從而導致柴油機出現(xiàn)故障。主要故障原因有：（1）噴油控制單元內部機械故障；（2）噴油控制單元外部故障；（3）噴油泵不能正常噴油；（4）燃油管路無法正常進行燃油輸送和分配；（5）燃油壓力過低。這些故障的產(chǎn)生主要是由于控制系統(tǒng)本身存在著質量問題或機械部件存在損傷以及操作不當?shù)仍蛞鸬?。因此，在船舶電噴柴油機發(fā)生故障時，應先對噴油控制單元進行檢查和測試，排除其中的機械故障、電磁閥故障等，然后才能進行進一步的檢查和維修。

3.2 曲軸轉角傳感器故障

曲軸轉角傳感器主要由輸入回路、控制電路和輸出回路組成，主要用于曲軸轉角信號的采集和控制。曲軸轉角傳感器是通過測量曲軸與連桿軸頸的夾角來測量柴油機轉速，曲軸轉角傳感器的主要故障現(xiàn)象有2種：（1）輸出信號波動大；（2）輸出信號有毛刺。輸出信號波動大：正常情況下，輸入回路中的電流小，曲軸轉角傳感器的輸出信號不會超過20 mA，一旦出現(xiàn)輸入回路短路或斷路，便會引起輸出信號大幅度波動，嚴重時會超過50 mA。輸出信號有毛刺：當曲軸轉角傳感器的輸出電流比較大時，便會出現(xiàn)波形不光滑、毛刺等現(xiàn)象。一般情況下，這些毛刺現(xiàn)象可以通過對輸入回路中的電阻進行測量來判斷是否出現(xiàn)短路或斷路。如果沒有出現(xiàn)上述現(xiàn)象，便說明輸入回路電阻正常。在柴油機運行過程中，當曲軸轉角傳感器出現(xiàn)故障時，可以通過測量其輸出電流來判斷是否有故障，如果測量的結果正常，說明曲軸轉角傳感器出現(xiàn)了故障。如果測量結果是異常的話，則說明是輸入、回路短路或斷路[3]。

3.3 氣缸電子單元CLY-EU故障

船舶電噴柴油機的氣缸電子單元CLY-EU故障，是指ECU軟件和硬件程序出現(xiàn)錯誤，或是ECU工作時出現(xiàn)錯誤。如果是軟件出現(xiàn)錯誤，一般是由于程序設計不合理或在運行過程中出現(xiàn)BUG。如果是硬件程序錯誤，則有可能是由于電噴系統(tǒng)中某個部件或整個系統(tǒng)故障，由或是某個電路故障引起的。ECU軟件程序出錯主要有以下幾種情況：（1）軟件程序錯誤，通常表現(xiàn)為輸入?yún)?shù)錯誤、數(shù)據(jù)采集異常等；（2）某個功能模塊或整個ECU程序出現(xiàn)問題，表現(xiàn)為輸出參數(shù)錯誤、輸出指令不正確等；（3）ECU故障導致的程序出現(xiàn)異常，表現(xiàn)為輸入?yún)?shù)、數(shù)據(jù)采集異常等。對于船舶電噴柴油機ECU的CLY-EU故障，應根據(jù)具體故障現(xiàn)象進行分析判斷。如果是軟件出現(xiàn)問題，一般可以通過重新下載軟件解決；如果是硬件問題，一般可以通過更換硬件解決。對于ECU故障引起的輸出參數(shù)異常，一般需要更換ECU部件才能解決。

3.4 共軌油壓管系的泄漏問題

在船舶柴油機共軌油壓管系中，一般都會設置3道閥體，分別是：高壓油泵入口閥、高壓油泵出口閥和低壓共軌電磁閥。3道閥體之間通過一根油管相連，該油管從高壓油泵入口閥出端引出，經(jīng)過一根高壓油管后進入低壓共軌電磁閥，再由低壓共軌電磁閥進入低壓共軌壓力腔。當共軌電磁閥打開時，高壓油泵的出口閥關閉；當共軌電磁閥關閉時，高壓油泵的入口閥打開。如果高壓油泵、低壓共軌電磁閥、低壓共軌管系的某個部位出現(xiàn)泄漏，便會使整個系統(tǒng)出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。尤其是在冬天時，由于溫度低，會使密封圈和Ｏ形圈產(chǎn)生較大變形，導致密封性能變差[4]。一旦出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，便會引起系統(tǒng)工作不正常。一般情況下，如果閥體泄漏量不大時，可以通過在閥體上安裝一些有彈性的墊片或橡膠圈來解決。如果閥體泄漏量過大或Ｏ形圈發(fā)生嚴重變形或破損時，就需要更換閥體或者Ｏ形圈。另外需要注意的是：（1）在維修時應嚴格按照設備說明書進行操作，同時要對各個連接部位進行緊固工作。（2）當發(fā)現(xiàn)有漏油現(xiàn)象時要及時進行排查和排除。如果發(fā)現(xiàn)密封圈有磨損時，要及時更換密封圈。對于Ｏ形圈損壞的問題要及時更換Ｏ形圈。（3）對高壓油泵的出口閥和低壓共軌電磁閥進行檢查時，要注意高壓油泵的出口閥和低壓共軌電磁閥是否處于開啟狀態(tài)。如果沒有開啟狀態(tài)時要及時更換高壓油泵的出口閥和低壓共軌電磁閥。（4）在維修過程中應認真檢查所有接頭是否緊固可靠。如果接頭緊固不牢時，應對其進行緊固處理，并用肥皂水對接頭進行清洗檢查。

3.5 控制系統(tǒng)助手（W9A）故障

控制系統(tǒng)助手（W9A）是柴油機電控系統(tǒng)中的一個重要組成部分，主要功能是控制柴油機的起動、怠速和調速，同時還具有故障診斷和報警功能。當W9A故障時，則控制系統(tǒng)無法工作，且會發(fā)出報警信號，提示值班人員有故障發(fā)生。W9A的工作原理為：當檢測到W9A電路有電壓時，W9A便會產(chǎn)生脈沖信號，然后控制電磁閥打開，使噴油量增加。如果控制電磁閥打開后不能產(chǎn)生脈沖信號，則說明W9A電路的反饋回路出現(xiàn)故障。此時應檢查相應的控制繼電器或線路是否出現(xiàn)故障。如果該故障無法得以有效解決，便需要更換整個控制器。當發(fā)生上述幾種故障時，可以通過以下幾個步驟進行排查：首先檢查柴油系統(tǒng)是否有壓力不足或壓力過高的情況；其次檢查柴油機的啟動過程是否正常；再次檢查柴油機的怠速運行情況是否良好；最后要檢查整個系統(tǒng)是否出現(xiàn)故障。

4 結束語

總而言之，柴油機作為船舶的主要動力來源，一旦發(fā)生故障會導致船舶停止運行。因此，其工作人員應具備良好的專業(yè)素養(yǎng)以及責任感。以便在船舶出現(xiàn)問題時，能夠在最短的時間內對船舶進行檢測和處理，減少不必要的意外。

參考文獻

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