0    引言

WARTSILA 電 控 柴 油主機核心部件是 WECS - 9520 控制系統(tǒng),，由多功能 FCM-20 模塊單元、輔助控制 單 元 WECS -assistant 和各種傳感器組成 ,。  WECS - assistant 是人機交互窗口,，提供強大的故障診斷和檢測 功能，主機的電子故障 ,、機械故障等必須依靠該系統(tǒng)判 斷和檢測,，為快速發(fā)現(xiàn)、排除故障提供支持 ,。

輪機管理人員往往使用故障提示功能 ,，   即主機出 現(xiàn)故障減速或停車后才用到該功能 ，  沒有提前使用輔 助控制單元的曲線特征分析和判斷故障 ,，  在復(fù)雜航道 航行時容易給船舶帶來安全隱患 ,。因此，輪機管理人員 需定時查看各曲線,，通過曲線特征提前判斷主機故障 ,。本文以主機運行中常用的排氣閥曲線為例進行研究 ,， 供行業(yè)同人參考 ,。

1   排氣閥曲線

輔助控制單元提供同在一個工作循環(huán)內(nèi)各氣缸的 排氣閥開啟曲線和排氣閥關(guān)閉曲線，見圖 1 和 2 ,。輪機 員可隨時對各缸排氣閥曲線進行掃描 ,、打印 。曲線精確 地記錄各缸排氣閥從 FCM-20 發(fā)出控制指令開始 ,，到 排氣閥完成指令動作終止,，每個時刻的實時動作狀態(tài) 。曲線圖檢測由對應(yīng)各缸的 FCM-20 模塊控制,，為方便區(qū) 分可疑缸與正常缸排氣閥的曲線 ,，  各缸排氣閥曲線都 放在同一坐標(biāo) 。正常的排氣閥曲線應(yīng)該是清晰光滑的,， 各參數(shù)指標(biāo)都在正常范圍內(nèi) ,。不正常的曲線發(fā)展到故 障減速報警時需要一段時間，如果輪機員利用這段時間 妥善處理電控柴油機的故障，那么采用視情的維修方式 非常有效 ,。  當(dāng)然,，輪機員要對各缸曲線進行正確分析， 對排氣閥的工作原理和曲線參數(shù)特征有清晰的認(rèn)識 ,。

1.1   排氣閥工作原理

FCM-20 模塊單元通過同步串行通信總線(SSI)接 收曲柄角度傳感器傳來的曲柄角度信號 ,，  并通過內(nèi)部 軟件計算排氣閥開啟角度 。  當(dāng)曲柄角度到達排氣閥開 啟角度時,，F(xiàn)CM-20 模塊發(fā)出控制信號使排氣共軌閥得 電 ,，排氣共軌閥上位通 ，液壓油作用排氣控制閥 ,，排 氣 控制閥上位通,，100 ~ 200 bar 的液壓油進入驅(qū)動裝置下 部，克服彈簧空氣阻力并推動排氣閥向下打開,；當(dāng)曲柄 角度到達排氣閥關(guān)閉角度時,，F(xiàn)CM-20 模塊控制信號使 排氣共軌閥下位通，排氣控制閥也下位通,，驅(qū)動裝置下 部的液壓油流回曲軸箱 ,，  排氣閥在彈簧空氣的作用下 關(guān)閉排氣閥 。排氣閥工作原理見圖 3,。

1.2   排氣閥曲線參數(shù)

輔助控制單元提供的排氣閥開啟 曲線和排氣閥關(guān) 閉曲線由安裝在排氣閥頂部的 2 個冗余位置傳感器檢 測 ,。在排氣閥上 、下開關(guān)動作時,，排氣閥上的倒錐形錐 面與傳感器的距離發(fā)生改變 ,，  通過位置傳感器對不同

距離的處理，轉(zhuǎn)變?yōu)?4 ~ 20 mA 電流的模擬量信號反饋 給對應(yīng)氣缸 FCM-20 模塊,，表示排氣閥所處的位置,，最 終通過輔助控制單元顯示 。

在輔助控制單元 ,，  可隨時在線監(jiān)測各氣缸 1 個工 作循環(huán)的排氣閥開啟和關(guān)閉曲線 ,。理想狀態(tài)各氣缸的 排氣閥曲線在同一個工作循環(huán)應(yīng)該重合 ，  但實際各氣 缸曲線會有一些差異 ,。為表示排氣閥曲線差異的大小,， 排氣閥開關(guān)曲線設(shè)置 2 個關(guān)鍵參數(shù)：open dead time(排 氣閥開啟 延 遲 時 間 )和 close dead time(排 氣 閥 關(guān) 閉 延 遲 時 間)。  open dead time 指 FCM-20 發(fā)出開啟排氣閥 指令開始,，到排氣閥打開時間終止這段延遲的時間 ,，計 算排氣閥打開時間以排氣閥約 15%的 行 程 為 終 止 ，此 時的模擬量電流值為 threshold(臨界值),。  由圖 1 可知,， open dead time 是從 FCM-20 發(fā)出開啟指令開始 ,，到排 氣閥模擬量電流為 14.1 mA 的臨界值這段時間 。同理,， close dead time 指 FCM-20 發(fā)出關(guān)閉排氣閥指令開始,， 到排氣閥關(guān)閉時間終止這段延遲的時間 ，  計算排氣閥 關(guān)閉時間以排氣閥約 85%的行程為終止 ,。每個工作循 環(huán)排氣閥開啟和關(guān)閉的延遲時間是 FCM-20 模塊對下 一工作循環(huán)延遲時間進行校正 ,，  作為補償延遲時間的 依據(jù)，以更加準(zhǔn)確地控制排氣閥開關(guān) ,。

排氣閥曲線的斜率是另一個重要的參數(shù)指標(biāo) ,，能 直觀地反應(yīng)排氣閥動作快慢 。同時,，與排氣閥延遲時間 相互聯(lián)系,，斜率大，排氣閥動作快,，排氣閥延遲時間短,；相反，斜率小,，排氣閥動作慢,，排氣閥延遲時間長 。

1.3   排氣閥故障曲線分析

由排氣閥的工作過程分析 ,，  排氣閥延遲時間包括 共軌電磁閥的閥芯動作時間 ,、排氣控制閥動作時間 、驅(qū) 動裝置動作時間以及排氣閥的動作時間等 ,。如果某缸 close dead time 或 open dead time 的任意一個值超出系 統(tǒng)內(nèi)部軟件設(shè)定的值 ,，   同時曲線斜率與其他缸有較大 區(qū)別，那么說明排氣閥系統(tǒng)出現(xiàn)故障,，影響排氣閥正常 工作或者排氣閥定,，輔助控制單元將發(fā)出報警，同時安 保系統(tǒng)對主機進行自動降速 ,。排氣閥故障的警報如下 ,。

(1)exhaust valve open too late 。出現(xiàn)這種警報的氣 缸,，在曲線上顯示的 open dead time 會明顯超出各氣缸 的平均值，整條曲線的斜率也偏小 ,。

 (2)exhaust valve close too late ,。出現(xiàn)這種警報的氣 缸，在曲線上顯示的 close dead time 會明顯超出各氣缸 的平均值,，整條曲線的斜率也偏小 ,。

  (3)exhaust valve close too early ,。  出現(xiàn)這種警報的 氣缸，在曲線上顯示的 close dead time 會明顯小于各氣 缸的平均值,，整條曲線的斜率也偏大 ,。在傳統(tǒng)主機上， 認(rèn)為排氣閥關(guān)閉迅速是有利的,；但在電噴主機上,，排 氣 閥的關(guān)閉不能太早，否則將導(dǎo)致單缸停油,，主機減速 ,。

  (4)on time open/close abnormal。On time open/close 指排氣共軌閥的電磁閥接收到指令 ,，  到電磁閥開始動 作的響應(yīng)時間 ,。電磁閥有低電壓(24 V)大電流(50 A 左 右 ) 的 特 點 ，為 防止頻繁動作的電磁閥燒壞 ,，On time open/close 一般在 2.5 ms 內(nèi) ,。  出現(xiàn)這種警報的氣缸，排 氣閥曲線的延遲時間會增加 ,，  原因是電磁閥閥芯卡阻 或線圈燒毀 ,。

1.4   排氣閥故障報警原因分析

排氣閥的開啟，相當(dāng)于 1 個液壓活塞的動作過程,， 影響伺服油供給和泄漏的因素都會影響排氣閥的動作 時間,。

由圖 3 可知 ，  位于排氣閥上 2 個液壓油節(jié)流孔的 狀況會影響排氣閥的動作時間 ,。如果節(jié)流孔 1 臟堵,，那 么為驅(qū)動裝置頂部空間補油的速度變慢 ，  在上部腔室 液壓油不足的情況下 ,，  排氣閥動作延遲 ,，  導(dǎo)致該氣缸 open dead time 變長，排氣閥開啟曲線斜率變小 ,。排氣 閥頂部液壓油節(jié)流孔 2 可防止排氣閥在關(guān)閉情況下的 液壓沖擊,，理論上，其與補油節(jié)流孔 1 的孔徑相同 ,。如 果該節(jié)流孔臟堵 ,，  一方面會發(fā)生排氣閥關(guān)閉時頂部液 壓敲擊聲，另一方面排氣閥的關(guān)閉動作變慢,，導(dǎo)致排氣 閥 close dead time 變長 ,，排氣閥關(guān)閉曲線斜率變小 ，嚴(yán) 重時發(fā)生 exhaust valve close too late 的警報 ,。

在排氣閥控制單元內(nèi)部還有 2 個節(jié)流孔和 1 個濾 器,，其臟堵引起的故障分析與上述相似,，不贅述 。

在排氣閥彈簧空氣管路還有 1 個節(jié)流孔 3,，當(dāng)排氣 閥空氣彈簧的氣密失效,，就會有滑油漏進空氣腔室，并 污染空氣管路 ,，時間長了還會堵塞節(jié)流孔 3(見 圖 4),。當(dāng)排氣閥開啟時，彈簧空氣在腔室內(nèi)不能通過節(jié)流孔 3 得 到 釋 放 ,，  空 氣 壓 力 變 大 ,，  氣閥打開速度變慢 ，open dead time 變長,，排氣閥開啟曲線斜率變?。划?dāng)排氣閥關(guān) 閉時 ,，由于空氣彈簧壓力大 ,，排氣閥關(guān)閉速度快 ，close dead time 變小,，排氣閥關(guān)閉曲線斜率變大 ,。

節(jié)流孔常見故障為臟堵，由于系統(tǒng)介質(zhì)是滑油,，節(jié) 流孔吹蝕的情況一般不會發(fā)生 ,。在排氣閥開啟時間不 正常報警時，首先懷疑節(jié)流孔發(fā)生臟堵 ,。節(jié)流孔的清洗 十分簡單,，方便排除故障 。

除上述液壓驅(qū)動機構(gòu)和彈簧空氣系統(tǒng)的原因?qū)е?排氣閥動作不正常外 ,，  排氣閥本身的機械故障也會導(dǎo) 致曲線不正常 ,。排氣閥的機械卡阻主要是排氣閥桿與 導(dǎo)套密封不良，燃?xì)馍细Z,；彈簧空氣腔室內(nèi)空氣夾帶滑 油 ,，造成油泥集聚在閥桿周圍 ，排氣閥動作出現(xiàn)卡阻 ,、延遲,。排氣閥的 open dead time 和 close dead time 都會 變長，曲線斜率都變小 ,。

在實踐中,，排氣閥故障曲線還有不穩(wěn)定的跳針型。根據(jù)排氣閥工作原理,，跳針型曲線表示排氣閥在向下打開的過程中會頻繁地向上運動,，但實際中不會發(fā)生這樣的情況。這應(yīng)該是干擾信號電流也在 4 ～ 20 mA 內(nèi),，而FCM-20 單元不能識別干擾信號,，實際上是位置傳感器本身的故障。位置傳感器每缸有前后 2 個,，如果其中 1個損壞將發(fā)出警報,，但不影響正常工作；如果 2 個都損壞,，F(xiàn)CM-20 根據(jù)固有的內(nèi)部程序,，仍然發(fā)出控制排氣閥開關(guān)的指令，排氣閥仍能工作,，但不能對排氣閥啟閉狀態(tài)進行監(jiān)測,，也不能對排氣閥定時實時調(diào)整和動態(tài)補償。

2 幾點建議

伺服油系統(tǒng)的清潔度對排氣閥液壓驅(qū)動系統(tǒng)的影響很大,，日常管理時要密切注意保持伺服油干凈,、清潔。

（1）保持伺服油自動濾器工作正常,，注意日常沖洗次數(shù),。如果每天沖洗次數(shù)在 20 次以上，說明系統(tǒng)油質(zhì)變差,，應(yīng)進行有效凈化,。

（2）伺服油濾器濾芯對主滑油泵輸送的滑油進行二次過濾（6 μm），容易臟堵,，要嚴(yán)格按照說明書的規(guī)定定期清洗濾芯,。

（3）保持系統(tǒng)中節(jié)流孔干凈，根據(jù)伺服油的潔凈度定期清潔,。

（4）定期化驗滑油油質(zhì),，監(jiān)控滑油狀況。條件許可時,，最好將伺服油與系統(tǒng)滑油分開,，系統(tǒng)獨立，有利于保持伺服油的潔凈度,。

（5）在節(jié)能減排的當(dāng)下,，適當(dāng)縮短排氣閥的解體保養(yǎng)時間，避免機械卡阻,。主機運行時,，每天要對彈簧空氣徹底放殘，防止閥桿積碳,。

（6）定期查看排氣閥曲線,，在出現(xiàn)主機故障減速前出現(xiàn)主機故障減速前排除排氣閥故障,。

3 結(jié)束語

電控柴油主機能提供各系統(tǒng)實時的曲線，輪機管理人員應(yīng)充分利用這些曲線,，隨時了解主機的工作狀態(tài),，提前判斷和處理主機故障，提高對電控主機的管理水平,。