【船机帮】Sulzer7RT-flex60C 电控柴油主机故障三例分析

船机故障心莫慌，遇事不决船机帮

导读

与 SulzerRTA 柴油机相比，Sulzer7RT-flex60c 电控柴油机取消了控制燃油喷射和排气的凸轮和凸轮轴装置以及启动空气分配器，增设了燃油共轨系统、伺服油共轨系统、控制油系统等，采用 WECS9500 控制系统。 

（1） 燃油共轨系统

燃油共轨系统，由供油单元、燃油共轨、喷射单元（ICU）等组成，均由 WECS9500 系统控制。 

供油单元，燃油泵（变量柱塞泵）6 个（3×两组），向燃油共轨提供燃油，由主机曲轴输出端的齿轮组带动的三作用凸轮驱动，由受WECS9500控制系统控制的 两个电动执行器分别各拉动 3 个燃油柱塞泵的齿条调节排量，压力60~90MPa。

柴油机停车状态和启动时，燃油泵执行器都将油泵的齿条拉到最大，一旦柴油机转动，即使是冲车，共轨压力也能很快到达要求的70MPa。 

燃油共轨，装有两只压力传感器互为热备用，随时向WECS9500控制系统提供燃油共轨油压（如果一个压力传感器出现故障，只要拔掉故障传感器的插头，主机照样可以正常运行）；一个超压调节阀调节燃油共轨的设定压力；一个安全阀保证燃油共轨不超过最大允许压力。 

喷射控制单元（ICU），具有控制燃油的喷射时间、喷射油量、喷射油头个数（每缸三个油头，负荷较低时可一个或两个油头喷油，各油头轮流喷射）等功能，均由 WECS9500 控制 ICU 的高速电磁阀来实现。 

（2） 伺服油共轨系统和控制油系统

电子控制系统输出的能量有限，不足以驱动排气阀、燃油控制阀等动作，不得不借助液压系统。 

控制油系统，由两台电动油泵提供20MPa的压力滑油，用于燃油喷射。 

伺服油系统，由曲轴输出端的齿轮组带动的斜盘式柱塞泵，受WECS9500控制，为伺服油共轨提供8~20MPa 的滑油，驱动排气阀动作。 

柴油机停车时，由控制油系统通过减压阀提供伺服油（8 MPa）。 

伺服油系统和控制油系统的滑油，都来自主机的主滑油系统（经精细过滤）。

（3） 控制系统

控制系统由转速控制器和 WECS9500 控制系统两部分组成。 

转速控制器，功能是接受转速指令，采集主机实际转速，比较二者偏差；据此偏差，再根据主机当时的负荷，计算出需要的各缸燃油平均油量，并传送到WECS9500控制系统的整机控制单元 COM-EU 的主控模块 MCM。 

如果转速控制器出现故障，可在机旁用 BACK UP 模式手动调节小旋钮， 控制燃油量信号，不过此时需防止主机超速。

WECS9500控制系统，由曲柄角度传感器、整机控制单元COM-EU、单缸控制单元CYL-EU、辅助部分WECS-assistant 等组成。 

（a）曲柄角度传感器，两个（互为备用）都在曲轴自由端，分别由曲轴通过有啮合齿的皮带传动，测量曲柄（活塞）位置。

另外，飞轮端还有一个活塞上止点（TDC）传感器，其读取的脉冲信号与两个角度传感器的读数相互验证。 

（b） 整机控制单元COM-EU，包括主控模块MCM和选择模块ASM： 

★主控模块 MCM，功能是确定主机每转燃油喷油量（相当于决策层），并控制共轨油压、主启动阀启闭，以及通过CAN总线与其它单元通讯（包括把转速控制器传来的燃油喷油量指令传给各缸的CCM模块）。 

★选择模块 ASM，功能是接收集控室选择开关的信号，确定哪个MCM处于工作状态，哪个处于热备用。 

（c） 单缸控制单元 CYL-EU， 包括气缸控制模块 CCM、阀件信号放大驱动模块 VDM、燃油喷射模块 ICU 等三部分：

★CCM（每缸一个），功能是，接收并根据MCM的指令，再根据本缸的活塞位置（来自曲柄角度传感器） 和预设程序，形成喷油量、哪个油头喷油、一次或几次喷射、何时喷射等燃油喷射方案的信号（此外还有气缸油注油量、排气阀定时等）。

其中，喷油量、哪个油头喷油、一次或几次喷射等的信号，经VDM 放大传送到 ICU 执行；何时喷射信号待喷油前再发，也经VDM放大后传至ICU令其开始喷油。

★VDM（每缸一个），放大CCM的信号，驱动执行机构动作，包括驱动ICU按CCM的指令喷油。 

（d）辅助控制单元WECS-assistant，显示主机状态和报警信息，设定主机运转参数，“专家诊断”栏提示故障原因和处理建议。 

该机型在中波公司的船上使用已超过十年，这里分析遇到的三起故障，敬请指正。

一

燃油泵电动执行器故障

燃油泵电动执行器，功能是拉动燃油柱塞泵齿条调节其排量（压力）以保持燃油共轨油压，由WECS9500控制系统根据燃油共轨的油压控制。 

1.燃油共轨油压的控制

燃油共轨油压需保持稳定。按该机型设计，保持轨压稳定的措施，有供油泵快速响应、共轨容积缓冲、故障报警、调压阀和安全阀保护等四方面。 

（1）供油泵快速响应

供油单元的6个（变量）供油柱塞泵，由三作用凸轮驱动，主机每转燃油泵排油三次，能快速响应共轨压力的变化。 

（2） 共轨容积缓冲（容积过大会降低轨压响应供油量变化的速度）

★共轨本身容积较大，有蓄压作用，可消减燃油喷射导致的压力波动。 

★设置中间储油器，作为缓冲腔缓冲油泵出口的压力波动。

（3） 故障报警 

★燃油共轨压力超过100MPa或者低于50MPa，辅助控制单元发出报警。 

★燃油泵电动执行器故障报警。 

★燃油共轨的两个压力传感器读数偏差大报警。 

★燃油共轨泄漏报警。 

（4）调压阀和安全阀保护

轨压超过设定值，超压调节阀泄放，维持轨压在设定值；轨压达1250bar，安全阀泄放保护燃油共轨。 

超压调节阀，结构见图1。 

图1 超压调节阀

右侧的调压旋钮通过改变右侧导阀弹簧预紧力设定超压调节阀的开启压力（出厂前已设定，一般不需要调节）：

设定旋钮旋到底，开启压力105MPa；

设定旋钮全部旋松，开启压力50MPa。 

燃油轨压 50 MPa，主机仍可维持运转。

当燃油轨压达到超压调节阀的开启压力时：

① 燃油压力克服导阀弹簧的预紧力打开导阀，泄放掉活塞上部滑油（压力）； 

② 活塞上部的压力降低，活塞上行，针阀开启，泄放燃油共轨内的燃油，轨压降低；

③ 至轨压低于设定压力，导阀复位关闭活塞上部主滑油的回油，活塞上部滑油压力升高，推动活塞下行关闭针阀停止燃油回油，燃油轨压稳定在设定值（低于105 MPa）。 

安全阀（在中间储油器处），若超压调节阀失效，燃油压力升高到125MPa时，安全阀开启，共轨燃油泄放到溢流柜，从而保护共轨的安全。 

（5）WECS9500系统控制燃油共轨油压控制过程是： 

① 主控模块MCM，接收主机负荷信号，同时从燃油共轨的两个压力传感器接收实时的共轨压力信号；通过内部程序运算处理， 向燃油泵电动执行器输出控制信号。 

② 电动执行器， 按主控模块MCM来的控制信号，拉动燃油泵齿条调节燃油泵输出油量（压力60~90MPa），使其与当时的负荷相适应。

2.故障现象

主机正常运行中，燃油泵电动执行器故障报警，但没有燃油共轨高压报警。 

此时共轨两只压力传感器的读数为96MPa。

检查发现： 

★一个执行器拉动燃油泵齿条活络，保持三个燃油泵受控于主控模块 MCM（输出量可变）； 

★另一执行器卡死，它拉动的三个燃油泵齿条处于燃油泵输出最大位置（不再受控，定量输出）。 

★安全阀打开，并有较多的燃油由于来不及从溢流漏斗流入溢流柜而流到机舱。 

3.故障处理 

（1） 根据故障现象诊断： 

★据 “另一执行器的输出在最大位置定量输出”，故障原因可能是该执行器拉动的三个燃油泵齿条卡死在燃油泵输出的最大位置，或电动燃油执行器故障。

★故障时轨压96MPa，低于报警设定值100MPa，认定为安全阀非正常打开，初步认定超压调节阀正常。 

★轨压超出正常使用值达到96MPa是由于在主机减速时三个高压油泵仍在最大位置造成供油量大于消耗油量所致。 

（2）故障处理，包括： 

★拆下故障的电动燃油执行器，手拉油泵齿条见其活络，确认电动执行器故障。 

★故障的电动燃油执行器换备，主机运行正常，故障排除。 

★调节超压调节阀的设定旋钮，轨压相应变化，确认超压调节阀正常。 

（3） 后经生产厂家确认故障电动燃油执行器内部的集成电路板质量有待改进，且安全阀的开启压力设定偏低。

更换免费提供的故障集成电路板，重新调整安全阀起跳压力，故障排除。

二

喷油控制单元ICU的量油柱塞咬死在最大位置

1.喷油控制单元ICU 

如前所述,WECS9500系统，通过ICU控制各缸燃油的喷射时间、喷射油量、喷射油头个数等。 

ICU 的结构见图2。

图 2 喷油控制单元 ICU

当活塞到达喷射初始角的时刻，ICU 的共轨电磁阀被阀件信号放大驱动模块VDM放大的CCM的喷油指令驱动右移（左位工作），20MPa的控制油进入控制油活塞下方克服弹簧力顶起控制阀杆： 

★常开滑阀上移关闭油路，停止向量油柱塞右侧供给共轨燃油。

★常闭滑阀上移打开蓄压腔至喷油器油路， 共轨燃油进入喷油器，因燃油轨压60~90 MPa大于针阀弹簧预紧力37.5 MPa，喷油器开始喷油；随着蓄压腔内压力降低，量油柱塞的左侧燃油轨压驱动其右移使其左侧燃油进入蓄压腔，保证整个喷油过程油压稳定。

量油柱塞移动的距离，通过燃油油量传感器反馈给CCM并传输到主控模块MCM，实现燃油量闭环控制；一旦检测到（量油柱塞）位移达到给定值，共轨电磁阀受（CCM-VDM）控左移（右位工作），伺服油活塞下方控制油泄压，控制阀杆回位，停止喷油。 

此时的量油柱塞，因同时与共轨燃油相通而两侧的作用面积不等，在压差作用下回到原位，完成充油过程，为下次喷油作准备。

2.故障现象

某日，某缸排烟温度与其他缸偏差大： 

★安全保护系统排烟温度偏差大报警，并自动单缸停油（触摸该缸高压油管已无脉动） 致主机SLOW DOWN，增压器喘振。 

★辅助控制单元报警，显示该缸“ICU 的量油柱塞卡在最大位置”。 

3.故障处理

喷油控制单元ICU的故障中，“ICU 的量油柱塞卡在最大位置”出现的频率最高。 

辅助控制单元报警显示 “ICU 的量油柱塞卡在最大位置”，故障点所在范围很广，从 ICU的工作过程分析，可能是量油柱塞机械卡阻，也可能是共轨电磁阀失灵、燃油油量传感器故障、相应控制模块接线断路或短路等，需按先易后难的原则逐项检查排除（不是每次都需解体 ICU）。 

① 检查接线和插脚。

CCM、VDM、ICU 及其量油柱塞位移传感器和共轨电磁阀等的接线和插脚均未见松动和断路。 

② 检查共轨电磁阀。 

WECS-assistant 显示屏显示的数字不是红色，可排除相应的VDM板故障 （共轨电磁阀的工作电流很大，50~60A，考虑到电磁阀铁芯的热负荷，其每次工作时间on-time injection，以小于1.5ms为佳，以 4.5ms为极限。 

若大于极限值，WECS-assistant 显示屏显示红色数字，应考虑相应的VDM板故障）；短暂地泄掉燃油共轨油压（例如强行打开应急停车电磁阀），仍未消除此故障。 

③ 检查燃油油量传感器。 

重点检测量油柱塞的小端轴位移。 

若量油柱塞小端的轴与ICU本体密封不良（例如起密封作用的锁紧螺母松动、小端轴和套筒这对偶件磨损严重等），高压燃油就会漏进传感器内孔；一旦燃油因高温结碳，量油柱塞小端轴的移动就会受阻而输出错误信号导致上述故障现象。 

拆下传感器检查内孔无积碳，锁紧螺母未松动，泄漏小孔也未堵塞，更换备用传感器故障仍未消除。 

④ ICU单元解体检查，见量油柱塞机械卡阻。 

量油柱塞与其油缸可视为一对偶件。量油柱塞卡阻的原因，或者是燃油机械杂质多（净化处理不佳），或者是热胀冷缩（油缸内外的温差大），使得量油柱塞与油缸之间摩擦力过大导致其卡阻。 

所以，防范措施是:提高燃油净化质量，控制燃油温度和加热ICU（控制油缸内外温差）。

三

曲柄角度传感器故障

1.曲柄角度传感器 

如前述，其功能是测量曲柄（活塞）位置（配置两个传感器互为备用是冗余设计）。 

两个曲柄角度传感器的读数信号先送入CCM比较；若偏差大于设定值，再与飞轮端TDC传感器的信号比较、验证：

★与 TDC 传感器的信号偏差大的角度传感器，被定为有故障。 

★若两个曲柄角度传感器的角度信号与飞轮端的TDC传感器的信号偏差都大于设定值，则两角度传感器都被认为有故障。

2.故障现象

故障时只能看到WECS-assistant根据偏差值的大小触发普通故障（common failure）报警或危险故障（critical failure）警报，并指明故障的曲柄角度传感器号码；危险故障（critical failure）警报，主机SLOW DOWN或自动停车。

3.曲柄角度传感器报警的处理

★报警复位，确认不是误报警； 

★主机SLOW DOWN，可不做处理，到港后检修； 

★主机 SLOW DOWN，可拔掉故障传感器的插头维持运行； 

★若危险故障（critical failure）警报，则是两个传感器都有故障，主机自动停车，需检修故障的曲柄角度传感器，必要时还需在辅助控制单元修正TDC传感器的补偿值。 

故障的直接原因，通常是角度传感器的传动皮带松弛致其啮合齿错位，或者角度传感器的轴承损坏（导致角度传感器咬死或传动皮带打滑。 

故障的管理原因，可能是安装时传动皮带张紧力太大，或运行中轴承润滑不良。 

检查方法是： 

★盘车至第一缸活塞在上止点，检查角度传感器上和固定支架上的两条标志红线，若未对齐，表明传动皮带松弛致其啮合齿错位；

★角度传感器的轴承，只需打开角度传感器端盖即可看到是否损坏。 

防范措施： 

安装角度传感器时，必须检查确认第一缸活塞在上止点、传动皮带拉紧力3.5~4.5 kg、两条标记红线对齐，才可上紧角度传感器的固紧螺栓。 

运行中，巡回检查定时检查角度传感器端盖外的滑油管是否发热，正常时为主滑油温度45℃，如果用手触摸管壁发凉，一定是滑油管上的节流孔堵塞，需停车清通。

定期打开角度传感器端盖检查内部，包括传动皮带张紧度和轴承润滑情况。

四

结语

电控柴油机与传统柴油机有较大不同，轮机管理人员不仅必须了解其结构和原理方面的特点，更要了解其控制系统，日常才能做好维修、运行管理，及时发现故障苗子，以防范故障；遇到故障时才能迅速、准确地找到原因，及时采取得当的应对措施。

本文原创作者系：

浙江国际海运职业技术学院 徐惠华

中波轮船股份公司    杨成才

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