flex58T- D 型柴油机排气阀故障

0    引言

5RT-flex58T-D 型 柴 油 机 是瓦锡兰公 司 推 出 的 新型智能柴油机，具有排放低 、油耗低 、操作性强 、可靠 性高等优点，得到广泛应用 。

某 船 载 质 量 为 76 000 t ，   主 机 是 瓦锡兰 5RT - flex58T-D 型 柴 油 机 ，额 定 功 率 为 9 500 kW，额 定 转 速 为 105 r/min。在船舶营运过程中，主机排气阀曾出现故 障 。本文讲述该故障的排除过程，供同人参考 。

1   故障现象

某船在开往香港锚地途中 ，  主机备车加速时出现 No.3 缸排气阀关闭延迟故障 (ME Exh. Valve Late/Not Closing)。   查 看 Flex View 软 件 ，   发 现 No.3 缸 C lose Deadtime 达到 130 ms(见图 1)。  查看排气阀运动曲线， 发现 No.3 缸排气阀运动曲线偏低于其他 4 个缸，因此 怀疑 No.3 缸排气阀关闭不严 。接着出现排温偏差过大 警报，主机自动降速 。此后，该故障反复出现 。

图 1   排气阀延迟时间

2   排气阀的结构和控制原理

2.1  排气阀的结构

瓦锡兰 5RT-flex58T-D 型柴油机排气阀主要包 括 缓 冲 器 、双 头 活 塞 、测 量 锥 块 、位 置 传 感 器 等 (见 图 2)。  与 传 统 的 RTA 机型排气阀相比 瓦锡兰5RT - flex58T-D 型柴油机排气阀有以下几点不同 。

        (1)为减少伺服油容量，排气阀驱动活塞采用双头 活塞。当排气阀开启时，缓冲器位于双头活塞上端凹槽 内部 ，伺服油作用面积较小 ，因此其作 用 力 较 小 ，排 气 阀缓慢打开 。随着双头活塞的下移，缓冲器脱离双头活 塞上端凹槽，伺服油作用在整个双头活塞上部，其作用

力瞬间增大 ，排气阀迅速打开 ，缩短排气阀开启时间 ， 便于废气的排放和新鲜空气的进入 ，  提高换气效率和 换气质量 。当排气阀关闭时，由于缓冲器与双头活塞上 部接触形成密闭空间，从而使双头活塞运动受阻，减缓 排气阀落座速度，减轻排气阀与阀座的撞击，延长排气 阀使用寿命 。

图 2   排气阀结构

        (2)为远程在线监测排气阀的运动状态，增加 2 个 冗余的用于监测排气阀位置的传感器 。每个缸的位置 传感器的结构及性能相同，可互换，增加可靠性。

        (3)空气弹簧活塞运动在排气阀上壳体内部 。

        (4)测量锥块用于测量排气阀的位置 。

        (5)采用碟形弹簧组件作为阻尼元件 。当排气阀的开启力与空气弹簧作用力失衡时 ，  碟形弹簧组件能够 有效防止排气阀受损 。

2.2   排气阀的控制原理

排气阀控制原理见图 3。排气阀控制单元(VCU)包 括共轨电磁阀 、两位三通阀 、控制活塞等 。排气阀的开 启由伺服油控制，其关闭由空气弹簧控制 。分离装置将 驱动共轨电磁阀的伺服油和驱动排气阀阀杆的液压油 分开 。排气阀的运动状况通过 2 个位置传感器将其位 移信息反馈给 WECS-9520 控制系统 。FCM-20 模块根据曲轴角度 、理论开启角度和可变排气阀开启角度 ，计 算出排气阀的实际开启角度 。

图 3   排气阀控制原理

排气阀驱动组件在接到 WECS-9520 发 出 的 排 气 阀开启信号时，共轨电磁阀的下部导通，其阀芯向下运 动，从共轨系统来的伺服油到达两位三通阀，将回油通 路关闭 。在伺服油压力的作用下，两位三通阀的滑动阀 芯克服弹簧弹力向下运动，使另一路伺服油到达控制活 塞的下方，推动控制活塞上移 。排气阀驱动油管中的滑 油压力增加，增压的滑油到达排气阀顶部的双头活塞 ， 当滑油压力大于空气弹簧的弹力时，排气阀下移开启 。

当 WECS-9520 发出排气阀关闭的信号时，共轨电 磁阀上部导通 ，其阀芯向上移 动 ，伺服油通路被截断 ， 伺服油通过两位三通阀泄压 。弹簧弹力使两位三通阀 的滑动阀芯上移，回油通路被打开，控制活塞下部的油 压降低 ，控制活塞下移 ，控制活塞上部空间增大 ，油 压 降低，导致双头活塞上方的滑油压力降低，双头活塞上 移，排气阀在空气弹簧弹力的作用下关闭 。

3   故障原因分析及排除

造成排气阀关闭延迟以及排温偏高的原因 有 很 多 ，如位置传感器故障导致信 息 误 报 、伺 服 油 压 力 低 、 共轨电磁阀阀芯卡阻或线圈损坏 、VCU 运动部件卡阻 或节流阀及滤器脏堵 、空气弹簧单向阀脏堵 、排气阀阀 杆密封泄漏等 。借助 Flex View 软件，查看相关参数和 曲线，分析判断此次排气阀故障的具体原因 。

3.1   位置传感器

排气阀上安装有 2 个位置传感器 ，   以电流信号显 示排气阀的开启和关闭状态 ，  显示窗口左侧栏的电流 值较低 ，其表示排气阀开启值 ，右侧栏的电流值较高 ， 其表示排气阀关闭值(见图 4)。  查询位置传感器显示 窗口的测量数据 ，  发现 2 个位置传感器的电流指示正 常，表明位置传感器工作正常 。

3.2   共轨电磁阀

共轨电磁阀是两位三通电磁阀，阀芯的移动行程比 较小，约为 0.3 mm；当其通电时，电流可达 50 ~ 60 A，阀 芯的动作时间以 ms 为计时单位，在 1 ~ 2 ms 内完成动 作 。共轨电磁阀开关定时栏显示共轨电磁阀阀芯从一 端移动到另一端所用时间一般为 1.0 ms 左右 ，  当这个 时间超过 3.0 ms 时表示共轨电磁阀故障 。查询共轨电 磁阀开关定时栏指示数据(见图 5)，可以确定共轨电磁 阀工作正常 。

3.3   VCU

VCU 的运动部件控制活塞和滑动阀芯与各自腔室 的配合间隙很小 ，  如果油中含有杂质 ，  很容易引起卡 阻，造成排气阀关闭延迟故障 。  除运动部件外，VCU 还 有节流孔和滤器等 ，  若其堵塞 ，  会影响到排气阀的运 动，造成排气阀关闭延迟故障 。

解 体 检 查 VCU(见 图 6)，发现其滤器和节流孔比 较干净，控制活塞和滑动阀芯运动灵活，不存在卡阻现 象，表明 VCU 工作正常 。

3.4   排气阀

根据上述分析 ，  可以判断排气阀出现故障的概率 很大 。如果更换排气阀，不仅工作量很大，而且会影响 船期。研读 W覿rtsil覿 5RT-flex58T-D 型柴油机排气阀的 相关资料 ，  得知其与传统机型排气阀的结构差异 ，判 断其缓冲器存在故障 。拆检排气阀上壳体可在 30 min 内完成。

解体排气阀上壳体，测量其各个部件 。按照说明书 规定，缓冲器应能插入双头活塞凹槽约 13 mm，而拆下 来的缓冲器插入双头活塞凹槽约 1/3 正 常 位 置 处 ，就出现卡阻现象 ，   因此推测造成排气阀故障的根源就在 于此 。为验证推测，拆解备用排气阀上壳体，发现其缓 冲器可以完全进入双头活塞凹槽部位(见图 7)。  更换 排气阀上壳体，利用 Flex View 软件测试，发现 No.3 缸 排气阀启闭恢复正常，试车 、试航期间各个参数稳定且 未见异常，故障排除 。

为查找此次事故的根本原因，在船舶开航后，对更 换下来的缓冲器和双头活塞进行研究和分析 。测量缓 冲器外径和双头活塞内径，发现其配合间隙正常 。在查 阅说明书时发现缓冲器底部的节流孔外部和内部尺寸 并不相同(见图 8)。  仔细检查缓冲器节流孔，发现节流 孔变化处已被杂质堵塞，双头活塞内部的滑油无法在规 定时间内流出，导致排气阀关闭不严 。清通节流孔后， 缓冲器可以正常插入双头活塞凹槽，并达到规定值。

图 8   缓冲器节流孔

4   结束语

瓦锡兰RT-flex 系列柴油机对滑油的清洁度要求 非常高，在日常管理中应保持滑油分油机连续运转 ，密 切关注滑油自清滤器与伺服油自清滤器的压差和冲洗 次数的变化 ，并根据情况及时清洗 。要仔细研读说明 书 ，了 解 瓦锡兰 RT-flex 系 列 柴 油 机 的 新 技 术 ，尽 快 掌握该机型的结构特点和工作原理 。当遇到问题时，保 持冷静的头脑；在分析问题时要条理清晰，理解软件中参数和曲线的含义，借助软件进行分析判断，迅速排除故障，节省时间。

来源：航海技术， 作者袁建斌