0    引言

5RT-flex58T-D 型 柴 油 機(jī) 是瓦錫蘭公 司 推 出 的 新型智能柴油機(jī)，具有排放低 、油耗低 、操作性強(qiáng) 、可靠 性高等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用 。

某 船 載 質(zhì) 量 為 76 000 t ，   主 機(jī) 是 瓦錫蘭 5RT - flex58T-D 型 柴 油 機(jī) ，額 定 功 率 為 9 500 kW，額 定 轉(zhuǎn) 速 為 105 r/min。在船舶營運(yùn)過程中，主機(jī)排氣閥曾出現(xiàn)故 障 。本文講述該故障的排除過程，供同人參考 。

1   故障現(xiàn)象

某船在開往香港錨地途中 ，  主機(jī)備車加速時(shí)出現(xiàn) No.3 缸排氣閥關(guān)閉延遲故障 (ME Exh. Valve Late/Not Closing)。   查 看 Flex View 軟 件 ，   發(fā) 現(xiàn) No.3 缸 C lose Deadtime 達(dá)到 130 ms(見圖 1)。  查看排氣閥運(yùn)動(dòng)曲線， 發(fā)現(xiàn) No.3 缸排氣閥運(yùn)動(dòng)曲線偏低于其他 4 個(gè)缸，因此 懷疑 No.3 缸排氣閥關(guān)閉不嚴(yán) 。接著出現(xiàn)排溫偏差過大 警報(bào)，主機(jī)自動(dòng)降速 。此后，該故障反復(fù)出現(xiàn) 。

圖 1   排氣閥延遲時(shí)間

2   排氣閥的結(jié)構(gòu)和控制原理

2.1  排氣閥的結(jié)構(gòu)

瓦錫蘭 5RT-flex58T-D 型柴油機(jī)排氣閥主要包 括 緩 沖 器 、雙 頭 活 塞 、測 量 錐 塊 、位 置 傳 感 器 等 (見 圖 2)。  與 傳 統(tǒng) 的 RTA 機(jī)型排氣閥相比 瓦錫蘭5RT - flex58T-D 型柴油機(jī)排氣閥有以下幾點(diǎn)不同 。

        (1)為減少伺服油容量，排氣閥驅(qū)動(dòng)活塞采用雙頭 活塞。當(dāng)排氣閥開啟時(shí)，緩沖器位于雙頭活塞上端凹槽 內(nèi)部 ，伺服油作用面積較小 ，因此其作 用 力 較 小 ，排 氣 閥緩慢打開 。隨著雙頭活塞的下移，緩沖器脫離雙頭活 塞上端凹槽，伺服油作用在整個(gè)雙頭活塞上部，其作用

力瞬間增大 ，排氣閥迅速打開 ，縮短排氣閥開啟時(shí)間 ， 便于廢氣的排放和新鮮空氣的進(jìn)入 ，  提高換氣效率和 換氣質(zhì)量 。當(dāng)排氣閥關(guān)閉時(shí)，由于緩沖器與雙頭活塞上 部接觸形成密閉空間，從而使雙頭活塞運(yùn)動(dòng)受阻，減緩 排氣閥落座速度，減輕排氣閥與閥座的撞擊，延長排氣 閥使用壽命 。

圖 2   排氣閥結(jié)構(gòu)

        (2)為遠(yuǎn)程在線監(jiān)測排氣閥的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，增加 2 個(gè) 冗余的用于監(jiān)測排氣閥位置的傳感器 。每個(gè)缸的位置 傳感器的結(jié)構(gòu)及性能相同，可互換，增加可靠性。

        (3)空氣彈簧活塞運(yùn)動(dòng)在排氣閥上殼體內(nèi)部 。

        (4)測量錐塊用于測量排氣閥的位置 。

        (5)采用碟形彈簧組件作為阻尼元件 。當(dāng)排氣閥的開啟力與空氣彈簧作用力失衡時(shí) ，  碟形彈簧組件能夠 有效防止排氣閥受損 。

2.2   排氣閥的控制原理

排氣閥控制原理見圖 3。排氣閥控制單元(VCU)包 括共軌電磁閥 、兩位三通閥 、控制活塞等 。排氣閥的開 啟由伺服油控制，其關(guān)閉由空氣彈簧控制 。分離裝置將 驅(qū)動(dòng)共軌電磁閥的伺服油和驅(qū)動(dòng)排氣閥閥桿的液壓油 分開 。排氣閥的運(yùn)動(dòng)狀況通過 2 個(gè)位置傳感器將其位 移信息反饋給 WECS-9520 控制系統(tǒng) 。FCM-20 模塊根據(jù)曲軸角度 、理論開啟角度和可變排氣閥開啟角度 ，計(jì) 算出排氣閥的實(shí)際開啟角度 。

圖 3   排氣閥控制原理

排氣閥驅(qū)動(dòng)組件在接到 WECS-9520 發(fā) 出 的 排 氣 閥開啟信號(hào)時(shí)，共軌電磁閥的下部導(dǎo)通，其閥芯向下運(yùn) 動(dòng)，從共軌系統(tǒng)來的伺服油到達(dá)兩位三通閥，將回油通 路關(guān)閉 。在伺服油壓力的作用下，兩位三通閥的滑動(dòng)閥 芯克服彈簧彈力向下運(yùn)動(dòng)，使另一路伺服油到達(dá)控制活 塞的下方，推動(dòng)控制活塞上移 。排氣閥驅(qū)動(dòng)油管中的滑 油壓力增加，增壓的滑油到達(dá)排氣閥頂部的雙頭活塞 ， 當(dāng)滑油壓力大于空氣彈簧的彈力時(shí)，排氣閥下移開啟 。

當(dāng) WECS-9520 發(fā)出排氣閥關(guān)閉的信號(hào)時(shí)，共軌電 磁閥上部導(dǎo)通 ，其閥芯向上移 動(dòng) ，伺服油通路被截?cái)?， 伺服油通過兩位三通閥泄壓 。彈簧彈力使兩位三通閥 的滑動(dòng)閥芯上移，回油通路被打開，控制活塞下部的油 壓降低 ，控制活塞下移 ，控制活塞上部空間增大 ，油 壓 降低，導(dǎo)致雙頭活塞上方的滑油壓力降低，雙頭活塞上 移，排氣閥在空氣彈簧彈力的作用下關(guān)閉 。

3   故障原因分析及排除

造成排氣閥關(guān)閉延遲以及排溫偏高的原因 有 很 多 ，如位置傳感器故障導(dǎo)致信 息 誤 報(bào) 、伺 服 油 壓 力 低 、 共軌電磁閥閥芯卡阻或線圈損壞 、VCU 運(yùn)動(dòng)部件卡阻 或節(jié)流閥及濾器臟堵 、空氣彈簧單向閥臟堵 、排氣閥閥 桿密封泄漏等 。借助 Flex View 軟件，查看相關(guān)參數(shù)和 曲線，分析判斷此次排氣閥故障的具體原因 。

3.1   位置傳感器

排氣閥上安裝有 2 個(gè)位置傳感器 ，   以電流信號(hào)顯 示排氣閥的開啟和關(guān)閉狀態(tài) ，  顯示窗口左側(cè)欄的電流 值較低 ，其表示排氣閥開啟值 ，右側(cè)欄的電流值較高 ， 其表示排氣閥關(guān)閉值(見圖 4)。  查詢位置傳感器顯示 窗口的測量數(shù)據(jù) ，  發(fā)現(xiàn) 2 個(gè)位置傳感器的電流指示正 常，表明位置傳感器工作正常 。

3.2   共軌電磁閥

共軌電磁閥是兩位三通電磁閥，閥芯的移動(dòng)行程比 較小，約為 0.3 mm；當(dāng)其通電時(shí)，電流可達(dá) 50 ~ 60 A，閥 芯的動(dòng)作時(shí)間以 ms 為計(jì)時(shí)單位，在 1 ~ 2 ms 內(nèi)完成動(dòng) 作 。共軌電磁閥開關(guān)定時(shí)欄顯示共軌電磁閥閥芯從一 端移動(dòng)到另一端所用時(shí)間一般為 1.0 ms 左右 ，  當(dāng)這個(gè) 時(shí)間超過 3.0 ms 時(shí)表示共軌電磁閥故障 。查詢共軌電 磁閥開關(guān)定時(shí)欄指示數(shù)據(jù)(見圖 5)，可以確定共軌電磁 閥工作正常 。

3.3   VCU

VCU 的運(yùn)動(dòng)部件控制活塞和滑動(dòng)閥芯與各自腔室 的配合間隙很小 ，  如果油中含有雜質(zhì) ，  很容易引起卡 阻，造成排氣閥關(guān)閉延遲故障 。  除運(yùn)動(dòng)部件外，VCU 還 有節(jié)流孔和濾器等 ，  若其堵塞 ，  會(huì)影響到排氣閥的運(yùn) 動(dòng)，造成排氣閥關(guān)閉延遲故障 。

解 體 檢 查 VCU(見 圖 6)，發(fā)現(xiàn)其濾器和節(jié)流孔比 較干凈，控制活塞和滑動(dòng)閥芯運(yùn)動(dòng)靈活，不存在卡阻現(xiàn) 象，表明 VCU 工作正常 。

3.4   排氣閥

根據(jù)上述分析 ，  可以判斷排氣閥出現(xiàn)故障的概率 很大 。如果更換排氣閥，不僅工作量很大，而且會(huì)影響 船期。研讀 W覿rtsil覿 5RT-flex58T-D 型柴油機(jī)排氣閥的 相關(guān)資料 ，  得知其與傳統(tǒng)機(jī)型排氣閥的結(jié)構(gòu)差異 ，判 斷其緩沖器存在故障 。拆檢排氣閥上殼體可在 30 min 內(nèi)完成。

解體排氣閥上殼體，測量其各個(gè)部件 。按照說明書 規(guī)定，緩沖器應(yīng)能插入雙頭活塞凹槽約 13 mm，而拆下 來的緩沖器插入雙頭活塞凹槽約 1/3 正 常 位 置 處 ，就出現(xiàn)卡阻現(xiàn)象 ，   因此推測造成排氣閥故障的根源就在 于此 。為驗(yàn)證推測，拆解備用排氣閥上殼體，發(fā)現(xiàn)其緩 沖器可以完全進(jìn)入雙頭活塞凹槽部位(見圖 7)。  更換 排氣閥上殼體，利用 Flex View 軟件測試，發(fā)現(xiàn) No.3 缸 排氣閥啟閉恢復(fù)正常，試車 、試航期間各個(gè)參數(shù)穩(wěn)定且 未見異常，故障排除 。

為查找此次事故的根本原因，在船舶開航后，對(duì)更 換下來的緩沖器和雙頭活塞進(jìn)行研究和分析 。測量緩 沖器外徑和雙頭活塞內(nèi)徑，發(fā)現(xiàn)其配合間隙正常 。在查 閱說明書時(shí)發(fā)現(xiàn)緩沖器底部的節(jié)流孔外部和內(nèi)部尺寸 并不相同(見圖 8)。  仔細(xì)檢查緩沖器節(jié)流孔，發(fā)現(xiàn)節(jié)流 孔變化處已被雜質(zhì)堵塞，雙頭活塞內(nèi)部的滑油無法在規(guī) 定時(shí)間內(nèi)流出，導(dǎo)致排氣閥關(guān)閉不嚴(yán) 。清通節(jié)流孔后， 緩沖器可以正常插入雙頭活塞凹槽，并達(dá)到規(guī)定值。

圖 8   緩沖器節(jié)流孔

4   結(jié)束語

瓦錫蘭RT-flex 系列柴油機(jī)對(duì)滑油的清潔度要求 非常高，在日常管理中應(yīng)保持滑油分油機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn) ，密 切關(guān)注滑油自清濾器與伺服油自清濾器的壓差和沖洗 次數(shù)的變化 ，并根據(jù)情況及時(shí)清洗 。要仔細(xì)研讀說明 書 ，了 解 瓦錫蘭 RT-flex 系 列 柴 油 機(jī) 的 新 技 術(shù) ，盡 快 掌握該機(jī)型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理 。當(dāng)遇到問題時(shí)，保 持冷靜的頭腦；在分析問題時(shí)要條理清晰，理解軟件中參數(shù)和曲線的含義，借助軟件進(jìn)行分析判斷，迅速排除故障，節(jié)省時(shí)間。