RT-Flex48T-D型柴油機(jī)ICU的結(jié)構(gòu)原理及運(yùn)行管理

范懷谷*

（福建省海運(yùn)集團(tuán)有限責(zé)任公司，福建福州，350009）

RT-Flex48T-D型柴油機(jī)ICU的結(jié)構(gòu)原理及運(yùn)行管理

范懷谷*

（福建省海運(yùn)集團(tuán)有限責(zé)任公司，福建福州，350009）

本文以RT-Flex48T-D型柴油機(jī)為例來分析其ICU為例介紹瓦錫蘭RT-Flex系列柴油機(jī)的ICU結(jié)構(gòu)原理和管理要點(diǎn)，剖析其工作過程，說明其管理要點(diǎn)，對(duì)常見故障的診斷和排除提供了指導(dǎo)意見，給相關(guān)的使用人員提供參考。

共軌閥; 噴射控制; ICU; 滯后時(shí)間

引言

ICU全稱為Injection Control Unit，中文稱為噴射控制單元，是瓦錫蘭RT-Flex系列柴油機(jī)重要的組成部件，在高壓環(huán)境下，各組件進(jìn)行高速反復(fù)的動(dòng)作，故障率較高，因此在設(shè)計(jì)制造時(shí)，對(duì)材質(zhì)、精度、間隙等要求非常高。ICU出現(xiàn)故障的概率很高，船上說明書對(duì)ICU的介紹卻很少。讓柴油機(jī)管理人員增加對(duì)ICU的了解，加強(qiáng)日常管理，減少故障的產(chǎn)生，對(duì)船舶的安全運(yùn)營和節(jié)省備件維修費(fèi)用有十分重要的意義。下面就以RT-Flex48T-D型柴油機(jī)為例來分析其ICU的結(jié)構(gòu)原理和運(yùn)行管理，其他RT-Flex系列機(jī)型也可從中借鑒參考。

1 ICU的結(jié)構(gòu)組成

圖1 RT-Flex48T-D型柴油機(jī)的ICU結(jié)構(gòu)圖

如圖1，RT-Flex48T-D型柴油機(jī)的ICU主要由主要由ICU本體（Injection control block）、1只燃油量傳感器(Fuel quantity sensor)、1只噴射控制活塞(Injection control piston )、2只共軌電磁閥(Rail valve)、2只噴射控制閥(Injection control valve)和相關(guān)管路通道組成。噴射控制活塞缸位于ICU本體內(nèi)，噴射控制活塞在缸內(nèi)運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，活塞桿的運(yùn)動(dòng)量會(huì)被燃油量傳感器檢測(cè)到。燃油量傳感器把活塞運(yùn)動(dòng)0～50mm的位移信號(hào)轉(zhuǎn)變成4～20mA的電信號(hào)并反饋到WECS-9520系統(tǒng)。為了保證油量傳感器正常工作，燃油量傳感器裝在旁邊溫度較低的傳感器殼體內(nèi)。

本體的兩側(cè)分別是燃油端和控制油端，兩端是完全分開的，但兩端的泄漏通過同一泄漏孔泄放。噴射控制閥是壓力油控制的兩位三通閥，通過閥芯的動(dòng)作給相應(yīng)的油頭提供燃油。

共軌閥是由超快的電液電磁閥，考慮到很高的動(dòng)作電流以及電池鐵芯的熱負(fù)荷，所閥芯動(dòng)作很快，大約為1毫秒，最多不超過4.5毫秒。為了動(dòng)作迅速到位，行程也是很短的，大約為0.3毫米位移量。這個(gè)共軌閥是雙穩(wěn)態(tài)的，即動(dòng)作到一個(gè)位置之后，這個(gè)位置會(huì)一直保持，直到接到下一個(gè)動(dòng)作指令。在安裝或更換這個(gè)雙穩(wěn)態(tài)電磁閥之后，其閥的位置是不知道的，為了確保主機(jī)停車時(shí)，閥一直處于安全位置，WECS-9520系統(tǒng)會(huì)間隔一段時(shí)間送出一個(gè)復(fù)位信號(hào)格共軌閥。

2 ICU的工作原理

基本原理如圖2，在沒有噴油信號(hào)的時(shí)候，共軌閥工作在下位，噴射控制閥上端油被泄掉，閥芯在彈簧的作用下工作在下位，噴射控制活塞兩邊都通共軌燃油，但由于活塞左邊接觸壓力油的面積比右邊大，活塞向右移動(dòng)，為噴油作準(zhǔn)備。需要噴油時(shí)，首先系統(tǒng)給共軌閥一個(gè)噴油脈沖信號(hào)，使共軌閥工作在上位，伺服油推動(dòng)噴射控制閥閥芯，使其工作在上位，共軌燃油推動(dòng)噴射控制活塞左移，將活塞左邊的燃油壓如噴油器進(jìn)行噴油。燃油量傳感器通過測(cè)量活塞的位移量來判斷噴油量，并把測(cè)量結(jié)果提供給FCM-20模塊，當(dāng)噴油量達(dá)到時(shí)，F(xiàn)CM-20模塊給共軌閥提供一個(gè)復(fù)位信號(hào)，使其工作在下位，為下一次噴油作準(zhǔn)備。

所有的噴射閥，都對(duì)應(yīng)著該缸的噴射共軌閥，是分別單獨(dú)控制的，但卻是通過一個(gè)共用的噴油量反饋信號(hào)進(jìn)行地。通常情況下各個(gè)噴油器是同時(shí)動(dòng)作的，在一個(gè)單行程中將燃油噴入。在特殊情況下，可僅僅使用一個(gè)噴油器將燃油噴入，或者實(shí)行噴霧中斷方式（多次噴入模式）。為了改善低負(fù)荷情況下燃油霧化質(zhì)量，在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)將會(huì)有一個(gè)噴油器自動(dòng)切斷。同時(shí)為平均熱負(fù)荷，兩只噴油器會(huì)定期交替使用。

3 ICU噴射過程的控制

在實(shí)際的噴油過程中，無論是噴油只有還是噴油結(jié)束后的“返回”指令，在指令下達(dá)到實(shí)際執(zhí)行都會(huì)有一小段延時(shí)。這個(gè)時(shí)間稱為滯后時(shí)間（deadtime），會(huì)在WECS-9520內(nèi)部進(jìn)行補(bǔ)償。

如圖3，紅色的曲線是一根簡(jiǎn)化的噴油曲線，這根曲線是在一個(gè)噴油周期里，通過燃油量傳感器得到的。藍(lán)色的曲線顯示的是command timeframe，顯示了提供給共軌閥閥芯由噴油到返回的動(dòng)作命令過程。在燃油量傳感器增加4%就被認(rèn)為是噴油動(dòng)作開始，在噴油指令發(fā)出到這一點(diǎn)之間的時(shí)間被稱為begin deadtime。在得到返回指令之后以及return deadtime結(jié)束之前，燃油量傳感器還是繼續(xù)噴油動(dòng)作的。這里的最大噴油量被用來給WECS-9520來提供實(shí)際的燃油指令。Injection return overshoot是用來補(bǔ)償外部系統(tǒng)的速度調(diào)速器，使其調(diào)節(jié)燃油指令直到達(dá)到理想轉(zhuǎn)速。

噴油始點(diǎn)由曲柄轉(zhuǎn)角和可調(diào)噴油定時(shí)（VIT）通過計(jì)算得到，有效噴油始點(diǎn)是根據(jù)“噴射控制活塞”移動(dòng)位置判定的，通過噴射控制活塞行程的大小，測(cè)定實(shí)際的噴油量。再將測(cè)到的噴油量與速度控制器發(fā)出的燃油指令信號(hào)經(jīng)行比較，計(jì)算出噴射終點(diǎn)。根據(jù)這次噴油測(cè)量到的噴油始點(diǎn)滯后時(shí)間，計(jì)算出下一次噴油循環(huán)的始點(diǎn)滯后時(shí)間。噴油量和時(shí)間的測(cè)量都有靠燃油量傳感器實(shí)現(xiàn)，如果遇到故障的燃油量傳感器，相應(yīng)的FCM-20會(huì)用一個(gè)固定的deadtime來計(jì)算噴油提前角和一個(gè)人工的斜坡信號(hào)來控制噴油量，這樣會(huì)使受影響的氣缸噴油量與正常的氣缸相比要少。

4 ICU的日常管理要點(diǎn)

日常的管理對(duì)于延長ICU各組件的使用壽命，減少故障發(fā)生，做好事故預(yù)防，及時(shí)消除隱患，保障設(shè)備安全有十分重要的意義。作為船東或船舶設(shè)備管理人員，主要可以從以下幾個(gè)方面著手：

（1）保證燃油質(zhì)量。燃油在提煉的過程中會(huì)殘留具有危害性的催化顆粒（Cat Fines），主要是氧化鋁、氧化硅等成分。這些顆粒進(jìn)入ICU后會(huì)對(duì)噴射控制閥和噴射控制活塞造成嚴(yán)重的磨損，大的顆粒還有可能直接造成噴射控制活塞和控制閥卡死。瓦錫蘭廠家推薦進(jìn)機(jī)燃油的鋁+硅含量不超過15mm/kg。很多廠家提供的燃油都達(dá)不到這一標(biāo)準(zhǔn)，這就要求一方面在燃油采購環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，另一方面要厲害好船上自身的凈化設(shè)備。

（2）保持燃油溫度穩(wěn)定。在日常管理中，共軌燃油的溫度要保持在要求的范圍內(nèi)，共軌管的伴熱加熱要保持良好，防止伴溫不好導(dǎo)致的油溫變化出現(xiàn)熱脹冷縮現(xiàn)象。伴溫效果差會(huì)導(dǎo)致燃油粘度變大，影響活塞運(yùn)動(dòng)。通常情況下柴油機(jī)持續(xù)使用重油，如確實(shí)需要更換輕油，溫度變化不宜過快。瓦錫蘭公司推薦重油轉(zhuǎn)換成輕油在小于50%合同最大功率情況下進(jìn)行。

（3）利用Flex Viewer軟件監(jiān)控柴油機(jī)狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題隱患。在FlexView9520的檢測(cè)界面，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)燃油量傳感器傳回來的電流，響應(yīng)時(shí)間，噴射時(shí)間等參數(shù)，可以進(jìn)行比對(duì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。故障時(shí)里面的報(bào)警功能會(huì)顯示問題所在，為主管人員的判斷提供最直接的依據(jù)。在Flex View界面的adjust子菜單下調(diào)整ICU的inject begin offset(噴油角度補(bǔ)償)，即調(diào)整噴油提前角，可以獲得比較平均的爆炸壓力。定期檢查Flex View中的“噴射曲線”，可以通過曲線了解ICU的磨損情況。

（4）定期檢查ICU的泄漏，及時(shí)更換易老化的密封件。ICU泄漏分幾個(gè)方面，第一種是外漏，只要保持共軌箱的清潔，就容易發(fā)現(xiàn)，如有外漏，拆檢相關(guān)部位，更換相關(guān)密封圈即可。第二種是噴射控制閥內(nèi)部泄漏，直接通過泄漏管到溢油艙。但由于ICU泄漏與高壓油管泄漏共用一根泄放管，出現(xiàn)報(bào)警時(shí)要注意排查。平時(shí)應(yīng)經(jīng)常檢查泄油管的溫度和溢油艙的油位，及時(shí)發(fā)現(xiàn)ICU的漏油情況。第三種情況就是噴射控制活塞的活塞桿軸封不嚴(yán)發(fā)生泄漏，這種泄漏不易觀察，但燃油既然傳感器腔內(nèi)，會(huì)在腔室內(nèi)形成積碳，使活塞桿移動(dòng)偏移，導(dǎo)致測(cè)量故障。

（5）加強(qiáng)潤滑油的管理。ICU上的共軌閥采用主機(jī)系統(tǒng)油作為伺服油，其溫度、粘度、潔凈度都影響著共軌閥的運(yùn)行。所以要按說明書要求選擇滑油的規(guī)格和牌號(hào)，還要在運(yùn)行過程中加強(qiáng)凈化。除了主機(jī)系統(tǒng)油的過濾，在進(jìn)伺服油泵時(shí)還增加了自清濾器，另外在ICU上進(jìn)共軌電磁閥之前還有一個(gè)小濾器。平時(shí)除了要保持潤滑油溫度穩(wěn)定在規(guī)定范圍，經(jīng)常清洗各個(gè)濾器，保證機(jī)油分油機(jī)正常運(yùn)行之外，還有定期化驗(yàn)系統(tǒng)油的成分是否符合要求，廠家建議3000小時(shí)左右化驗(yàn)1次。

（6）經(jīng)常檢查電氣線路的連接點(diǎn)。柴油機(jī)在運(yùn)行的過程中會(huì)產(chǎn)生一定的振動(dòng)，這些振動(dòng)時(shí)間長了會(huì)影響電子控制單元、電磁閥、傳感器等接線點(diǎn)的松動(dòng)，引發(fā)故障，所以需要降低機(jī)艙的振動(dòng)源并經(jīng)常檢查電路連接的可靠度。

（7）如因某些原因需更換ICU模塊，注意更換后要充分放氣，不然容易出現(xiàn)流量活塞卡在末端問題等報(bào)警，解除報(bào)警后進(jìn)行各缸功率的平衡操作，運(yùn)行一段時(shí)間后可恢復(fù)正常。另外盡量不要一次更換2個(gè)以上的ICU，如果2個(gè)缸試車時(shí)同時(shí)出現(xiàn)不動(dòng)作或不發(fā)火，會(huì)使主機(jī)功率嚴(yán)重不平衡，轉(zhuǎn)速出現(xiàn)很大波動(dòng)。

5 故障診斷與排除

ICU的故障在RT-Flex系列柴油機(jī)中是比較常見的，當(dāng)出現(xiàn)WECS-9520有關(guān)警報(bào)，某個(gè)缸燃油自動(dòng)切斷，主機(jī)自動(dòng)降速，燃油泄漏報(bào)警等故障現(xiàn)象時(shí)，都應(yīng)該檢查確認(rèn)是否是ICU故障引起的。Flex Viewer軟件也可以很方便的幫我們迅速判斷某些故障。總的來說，ICU故障主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）燃油量傳感器故障。當(dāng)某個(gè)燃油量傳感器出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出“ME injection quantity sensor #nn meas.Fail.”報(bào)警，但是主機(jī)不停車，不降速。我們前面提過，傳感器故障只會(huì)是這個(gè)缸的噴油量變少。燃油量傳感器的更換同樣不需要停車，只要松開相應(yīng)的固定螺栓，就可以直接更換。

（2）噴射控制活塞停在某個(gè)位置。出現(xiàn)噴射控制活塞相應(yīng)的報(bào)警，F(xiàn)lex Viewer上該缸的噴射曲線為一直線，會(huì)引起主機(jī)降速。噴射控制活塞停在某個(gè)位置不一定是卡死，有可能是在共軌閥的作用下進(jìn)行的液壓鎖閉，也有可能是油溫突變臨時(shí)卡住，大多數(shù)情況下可以先停車，通過泄壓閥泄放燃油共軌壓力，然后再重新起動(dòng)。如果還不能排除故障，就要考慮更換整個(gè)ICU模塊了。

（3）共軌電磁閥故障。RT-Flex48T-D型柴油機(jī)每缸有2個(gè)共軌電磁閥，如果有一個(gè)電磁閥故障，在低負(fù)荷是照樣運(yùn)轉(zhuǎn)，隨著負(fù)荷的增高，與別的缸排溫就會(huì)出現(xiàn)較大偏差，所以一旦有機(jī)會(huì)，要立即更換損壞的共軌電磁閥。Flex Viewer的界面可以看到是哪個(gè)電磁閥故障。停車后，斷開軸承油泵，釋放控制油中的壓力，就可以更換共軌電磁閥了。

（4）噴射控制單元（ICU）某處破裂。本體的破裂只會(huì)引起漏油，通常會(huì)出現(xiàn)漏油報(bào)警。這種故障沒有別的處理方法，只能更換。打開共軌箱蓋板就可看到哪缸漏油，停車，泄放燃油共軌和伺服油共軌壓力，松開相關(guān)連接管路進(jìn)行更換即可。

（5）噴射控制閥故障。由于劣質(zhì)燃油的使用，噴射控制閥ICV出現(xiàn)的概率相對(duì)較高。而且就算噴油不正常了，也無法從Flex Viewer的界面看出異常。噴射控制閥的故障主要有兩種：一種是閥芯磨損泄漏過大，另一種是閥芯卡阻無法回到原位。噴射控制閥的泄漏過大會(huì)引起主機(jī)起動(dòng)困難，由于ICU泄漏管連到溢油艙，當(dāng)發(fā)現(xiàn)溢油艙油位上升較快時(shí)，可松開各缸ICU泄漏接頭，找出哪一缸漏油嚴(yán)重。如果是閥芯卡阻，會(huì)使該缸在共軌電磁閥歸位后繼續(xù)噴油，引起嚴(yán)重后燃，可以從排溫和煙色加以判斷。當(dāng)然要先排除噴油器和氣閥故障，也可以在拆除高壓油管后盤車看出油口是否冒油。噴射控制閥與共軌電磁閥是一一對(duì)應(yīng)的，但無法像共軌電磁閥那樣判斷出哪一只故障，所以通常把故障的一個(gè)缸兩只噴射控制閥同時(shí)更換。

6 結(jié)束語

ICU組件是RT-Flex系列重要的組成部分，也是最容易出現(xiàn)的部件之一。輪機(jī)人員都應(yīng)掌握其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理，熟練使用監(jiān)控軟件和有效進(jìn)行日常管理，預(yù)防故障的發(fā)生，延長各組件的使用壽命。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)能及時(shí)找出故障原因并排除，確保船舶航行安全。

[1]Wartsila RT-Flex48T-D Operating Manual[M]. Wartsila Switzerland Ltd.2012.

[2]RT-Flex Engines Training Course[M].HHM Diesel Training Center.2012.

[3]王連海,苑仁民.6RT Flex48T-D型柴油機(jī)燃油控制單元故障分析[J].航海技術(shù),2015(2),50-52.

[4]王濤.W(a)rtsil(a)RT-flex智能柴油機(jī)ICU技術(shù)分析和故障探討[J].中國水運(yùn),2013,13(1):133-134.

Structure Principle and Operation Management of RT - Flex48T -D Diesel Engine ICU

FAN Huaigu*
(Fujian Province Shipping Group Co.,Ltd.,Fujian Fuzhou,350009,China)

This paper takes the sample of Wartsila RT-Flex48T-D diesel engine to introduce ICU (Injection Control Unit) of Wartsila RT-Flex series diesel engine.Analyses the working principle,introduces the maintenance essentials,and gives some ideas for failures finding and remedies.Gives reference to marine engineers and other users relative to this kind of engines.

Rail valve；Injection control；ICU；deadtime

U664

A

1672-9129(2017)04-0037-04

范懷谷.RT-Flex48T-D型柴油機(jī)ICU的結(jié)構(gòu)原理及運(yùn)行管理[J].數(shù)碼設(shè)計(jì),2017,6(4):37-40.

Cite：FAN Huaigu.Structure Principle and Operation Management of RT - Flex48T - D Diesel Engine ICU[J].Peak Data Science,2017,6(4):37-40.

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.04.011

2017-01-10；

2017-02-17。

范懷谷，（1978-），福建，福建省海運(yùn)集團(tuán)有限責(zé)任公司，輪機(jī)長。E-mail:fanshipping@163.com