瓦锡兰新型电喷共轨 RT-FLEX 型主机管理精要

个性是一种态度 · 发表于 2022-5-29 19:43

随着世界能源危机和环境污染的加重，在燃油成本增加，国际排放标准要求日益增高的现实条件下，各大主机制造商相继开展了智能柴油机的研究，随着微计算技术的成功应用，使电控共轨柴油机变成了现实，这也标志着柴油机技术的第三次革命。

电控共轨柴油机提高了燃油经济性、降低了主机排放、提高了可靠性和操作的灵活性，具有适时调节，精准定时，低碳环保经济等优良性能。

其中Wartsila公司的 RT-flex系列和 MAN B＆W 的 G 型系列最具代表性，下面仅就RT-FLEX机进行阐述。

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一、RT-flex 主机特有部件介绍

RT-FLEX 主机最大特点是具有电子控制的燃油共轨喷射系统（Electronically controlled commontail fuel injection system），实现了燃油、滑油、空气的共轨，取消了传统意义上的凸轮轴、高压油泵、排气阀驱动机构等，喷油及排气阀动作分别由电磁阀控制的ICU及VCU控制，定时精准，燃烧充分，可以满足TIRE 2 排放标准。

与传统机型相比较 RT-flex 采用燃油、伺服油、启动空气共轨，完全实现了燃油喷射与排气阀执行的电子控制，省却了排气阀驱动泵、燃油高压油泵、凸轮轴、凸轮轴驱动机构、换向伺服机构、启动空气分配器等机构，大大减小了主机几何尺寸。

为实现电喷控制，新型机相应配备了供油单元、共轨单元、角度编码器、微电脑控制 WECS-9520 系统等特有部分。

1、控制系统 WECS-9520

WECS-9520系统由单块多功能模块FCM-20（Flex Control Module-20）组成。

每一块 FCM-20都被安装在每一个气缸的共轨箱下面（E95）接线箱里，另外还设计有两块 FCM-20 模块作为在线备件被安装在主机缸头层前端的（E90）接线箱里，所有模块之间的通信均经由内部高速CANbus总线完成。

WECS-9520 是主机控制的核心，处理所有动作，直接调节并控制主机运行，但是 WECS-9520却不是主机遥控系统也不是安保系统，它是主机内部控制系统，FLEX 电喷主机有其单独的遥控及安保系统。
2、燃油系统

供油单元主要是由一组主机自带的柱塞式高压油泵组成，根据机型的大小不同，高压油泵有 2～8 台不等，自带高压油泵柱塞的往复运动也是通过凸轮驱动实现，凸轮轴由曲轴通过两个中间齿轮传动，凸轮轴上装有一排三角凸轮驱动燃油泵。

这种凸轮及凸轮轴非常小巧，节省了主机空间。因为供油单元上的燃油泵和伺服油泵都没有定时，所以它们仅仅起燃油和滑油的加压输送作用，凸轮轴尽管相对于曲轴没有一定的对应点，但是各凸轮间却有一定的排序。
3、排气阀系统

排气阀是由伺服油通过 VCU（气阀控制单元）模块来打开的，并且由空气弹簧压力关闭，关闭动作与传统主机一样。

排气阀杆的运动通过两个位置传感器将其位置反馈给 WECS-9520。

开启角度是FCM-20模块根据测量到的曲轴角度、理论开启角度和可变排气阀开启角度计算出的。

从开启排气阀指令发出到阀杆开始动作，这段时间称为 Opening deadtime。

这个 deadtime 会通过稍微提前一点触发排气阀电磁阀来补偿来自液压和机械系统的时间延时。
4、曲轴角度传感器

曲轴角度传感器安装在曲轴自由端的，通过电子的角度编码器来测量实际的曲轴角度，并通过WECS-9520 提供完整的圆周角度，一旦通电，就能立即快速准确的显示当前的实际曲轴角度。

两个角度编码器通过一根带齿的皮带连接到一个驱动轴上。

这样的设计可以避免角度编码器轴向以及径向的移动，产生测量误差。

所以角度传感器是主机运行不可或缺的。至少其中一个必须正常工作，如果某一个故障，WECS-9520 可以检测得到，并且主机将以另一个正常的角度传感器保持正常工作。

当两个同时故障时主机将停车，没有角度传感器将不能进行主机操纵包括应急操车。

正确安装曲轴角度传感器及驱动是主机安全运行不可或缺的重要条件。
5、共轨阀

喷油和排气的动作都是由共轨阀控制来完成的。

共轨阀组是由超快的（约 1ms）电液电磁阀组成的。

根据 WECS-9520 给出的喷射、复位或者开启关闭信号，共轨阀内相应的线圈被在很短的时间内激化，同时产生一高电流脉冲（约 50～60A）。

这就使得阀芯朝被激化的方向移动约 0.3mm 的位移。

高的电流脉冲和短的阀芯位移量，达到了一个非常短的反应时间，以至于能达到精确地喷油和排气阀控制。

二、RT-flex 主机的优点

1、燃油系统能够同时满足排放和经济性的要求

采用电磁阀控制喷油，控制精度较高，各缸燃烧压力、排烟温度等热力参数相当均衡；机械负荷和热负荷低；柴油机内部机械作用力、扭矩和振动较小。

由于各个负荷状态下燃油均能很好雾化，缸内结碳明显减少，可以延长检修周期，降低船舶备件费用。

部分负荷时运行性好，最低稳定转速低。

柴油机在低负荷运转时，能保持相当高的喷射压力，同时精确控制喷油量。

取消了凸轮等大部件，减轻了主机的重量和体积，从而增加了柴油机的可靠性，降低制造成本，加大大修间隔，降低维修成本，并可延长寿命。
2、冗余设计提高了可靠性

（1）模块冗余

如果一个 FCM-20故障，相应的气缸动作就会停止，剩余其他缸继续保持动作，任何一个 FCM-20模块都可以被在线模块所替换，相应的软件和参数已经存储在该备用模块内，无需重复下载软件和程序。

当安装一个新的 FCM-20模块时，必须要先安装在 E90 箱子里作为在线备件。

（3）传感器冗余

许多重要的探头和传感器都会是两个，比如角度传感器、TDC 传感器、燃油数量传感器、排气阀位置传感器等。

并且两路传感器测量的平均数值用以控制主机。

如果一个探头故障，WECS-9520 则会显示相应探头的故障信息，并且会继续使用正常的那个探头工作。

三、RT-FLEX 机管理注意事项

某公司有 8 艘使用这种新型主机的船舶，下面通过实际故障分析，总结几点管理注意事项。1、保证滑油系统的清洁

伺服油是用来控制排气阀的开关和燃油喷射的动力油，电喷主机对伺服油的质量要求非常高，伺服油滤器的过滤精度是6μm，压力100—190bar。

由于 RT-flex 型柴油机的伺服油是系统油，因此需要对柴油机的系统油保持不间断的净化，并且需要定时对系统油进行取样化验，严格监控系统油的各项指标，及时更换滑油。

柴油机系统油若污染严重，会造成伺服油自清滤器频繁冲洗，严重时出现伺服油滤器压差高报警，引起伺服油压力异常，导致排气阀开关紊乱，燃油异常喷射，造成主机 Slow down。

在日常的维护保养工作中各关键部件滑油油路中滤器的清洗是非常重要的，比如停车阀的主滑油进口的滤器要经常打开清洗，若滤器堵塞，则会造成燃油共轨管压力不能建立，主机就不能成功启动。

燃油喷射控制单元（ICU）和排气阀控制单元（VCU）的滤器也要经常打开进行清洗，以免由于它的原因造成动作滞后，使主机不能正常运转。

现就某船舶实际故障案例的处置进行分析说明：