RT-Flex48T-D型柴油機ICU的結構原理及運行管理

范懷谷*

（福建省海運集團有限責任公司，福建福州，350009）

RT-Flex48T-D型柴油機ICU的結構原理及運行管理

范懷谷*

（福建省海運集團有限責任公司，福建福州，350009）

本文以RT-Flex48T-D型柴油機為例來分析其ICU為例介紹瓦錫蘭RT-Flex系列柴油機的ICU結構原理和管理要點，剖析其工作過程，說明其管理要點，對常見故障的診斷和排除提供了指導意見，給相關的使用人員提供參考。

共軌閥; 噴射控制; ICU; 滯后時間

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系列柴油機重要的組成部件，在高壓環境下，各組件進行高速反復的動作，故障率較高，因此在設計制造時，對材質、精度、間隙等要求非常高。ICU出現故障的概率很高，船上說明書對ICU的介紹卻很少。讓柴油機管理人員增加對ICU的了解，加強日常管理，減少故障的產生，對船舶的安全運營和節省備件維修費用有十分重要的意義。下面就以RT-Flex48T-D型柴油機為例來分析其ICU的結構原理和運行管理，其他RT-Flex系列機型也可從中借鑒參考。

1 ICU的結構組成

圖1 RT-Flex48T-D型柴油機的ICU結構圖

如圖1，RT-Flex48T-D型柴油機的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)和相關管路通道組成。噴射控制活塞缸位于ICU本體內，噴射控制活塞在缸內運動的時候，活塞桿的運動量會被燃油量傳感器檢測到。燃油量傳感器把活塞運動0～50mm的位移信號轉變成4～20mA的電信號并反饋到WECS-9520系統。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。

本體的兩側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，通過閥芯的動作給相應的油頭提供燃油。

共軌閥是由超快的電液電磁閥，考慮到很高的動作電流以及電池鐵芯的熱負荷，所閥芯動作很快，大約為1毫秒，最多不超過4.5毫秒。為了動作迅速到位，行程也是很短的，大約為0.3毫米位移量。這個共軌閥是雙穩態的，即動作到一個位置之后，這個位置會一直保持，直到接到下一個動作指令。在安裝或更換這個雙穩態電磁閥之后，其閥的位置是不知道的，為了確保主機停車時，閥一直處于安全位置，WECS-9520系統會間隔一段時間送出一個復位信號格共軌閥。

2 ICU的工作原理

基本原理如圖2，在沒有噴油信號的時候，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，為噴油作準備。需要噴油時，首先系統給共軌閥一個噴油脈沖信號，使共軌閥工作在上位，伺服油推動噴射控制閥閥芯，使其工作在上位，共軌燃油推動噴射控制活塞左移，將活塞左邊的燃油壓如噴油器進行噴油。燃油量傳感器通過測量活塞的位移量來判斷噴油量，并把測量結果提供給FCM-20模塊，當噴油量達到時，FCM-20模塊給共軌閥提供一個復位信號，使其工作在下位，為下一次噴油作準備。

所有的噴射閥，都對應著該缸的噴射共軌閥，是分別單獨控制的，但卻是通過一個共用的噴油量反饋信號進行地。通常情況下各個噴油器是同時動作的，在一個單行程中將燃油噴入。在特殊情況下，可僅僅使用一個噴油器將燃油噴入，或者實行噴霧中斷方式（多次噴入模式）。為了改善低負荷情況下燃油霧化質量，在低負荷運行時將會有一個噴油器自動切斷。同時為平均熱負荷，兩只噴油器會定期交替使用。

3 ICU噴射過程的控制

在實際的噴油過程中，無論是噴油只有還是噴油結束后的“返回”指令，在指令下達到實際執行都會有一小段延時。這個時間稱為滯后時間（deadtime），會在WECS-9520內部進行補償。

如圖3，紅色的曲線是一根簡化的噴油曲線，這根曲線是在一個噴油周期里，通過燃油量傳感器得到的。藍色的曲線顯示的是command timeframe，顯示了提供給共軌閥閥芯由噴油到返回的動作命令過程。在燃油量傳感器增加4%就被認為是噴油動作開始，在噴油指令發出到這一點之間的時間被稱為begin deadtime。在得到返回指令之后以及return deadtime結束之前，燃油量傳感器還是繼續噴油動作的。這里的最大噴油量被用來給WECS-9520來提供實際的燃油指令。Injection return overshoot是用來補償外部系統的速度調速器，使其調節燃油指令直到達到理想轉速。

噴油始點由曲柄轉角和可調噴油定時（VIT）通過計算得到，有效噴油始點是根據“噴射控制活塞”移動位置判定的，通過噴射控制活塞行程的大小，測定實際的噴油量。再將測到的噴油量與速度控制器發出的燃油指令信號經行比較，計算出噴射終點。根據這次噴油測量到的噴油始點滯后時間，計算出下一次噴油循環的始點滯后時間。噴油量和時間的測量都有靠燃油量傳感器實現，如果遇到故障的燃油量傳感器，相應的FCM-20會用一個固定的deadtime來計算噴油提前角和一個人工的斜坡信號來控制噴油量，這樣會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

日常的管理對于延長ICU各組件的使用壽命，減少故障發生，做好事故預防，及時消除隱患，保障設備安全有十分重要的意義。作為船東或船舶設備管理人員，主要可以從以下幾個方面著手：

（1）保證燃油質量。燃油在提煉的過程中會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。這些顆粒進入ICU后會對噴射控制閥和噴射控制活塞造成嚴重的磨損，大的顆粒還有可能直接造成噴射控制活塞和控制閥卡死。瓦錫蘭廠家推薦進機燃油的鋁+硅含量不超過15mm/kg。很多廠家提供的燃油都達不到這一標準，這就要求一方面在燃油采購環節進行控制，另一方面要厲害好船上自身的凈化設備。

（2）保持燃油溫度穩定。在日常管理中，共軌燃油的溫度要保持在要求的范圍內，共軌管的伴熱加熱要保持良好，防止伴溫不好導致的油溫變化出現熱脹冷縮現象。伴溫效果差會導致燃油粘度變大，影響活塞運動。通常情況下柴油機持續使用重油，如確實需要更換輕油，溫度變化不宜過快。瓦錫蘭公司推薦重油轉換成輕油在小于50%合同最大功率情況下進行。

（3）利用Flex Viewer軟件監控柴油機狀態，及時發現問題隱患。在FlexView9520的檢測界面，可以實時監測燃油量傳感器傳回來的電流，響應時間，噴射時間等參數，可以進行比對，及時發現問題。故障時里面的報警功能會顯示問題所在，為主管人員的判斷提供最直接的依據。在Flex View界面的adjust子菜單下調整ICU的inject begin offset(噴油角度補償)，即調整噴油提前角，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，及時更換易老化的密封件。ICU泄漏分幾個方面，第一種是外漏，只要保持共軌箱的清潔，就容易發現，如有外漏，拆檢相關部位，更換相關密封圈即可。第二種是噴射控制閥內部泄漏，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，出現報警時要注意排查。平時應經常檢查泄油管的溫度和溢油艙的油位，及時發現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發生泄漏，這種泄漏不易觀察，但燃油既然傳感器腔內，會在腔室內形成積碳，使活塞桿移動偏移，導致測量故障。

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

（6）經常檢查電氣線路的連接點。柴油機在運行的過程中會產生一定的振動，這些振動時間長了會影響電子控制單元、電磁閥、傳感器等接線點的松動，引發故障，所以需要降低機艙的振動源并經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，不然容易出現流量活塞卡在末端問題等報警，解除報警后進行各缸功率的平衡操作，運行一段時間后可恢復正常。另外盡量不要一次更換2個以上的ICU，如果2個缸試車時同時出現不動作或不發火，會使主機功率嚴重不平衡，轉速出現很大波動。

5 故障診斷與排除

ICU的故障在RT-Flex系列柴油機中是比較常見的，當出現WECS-9520有關警報，某個缸燃油自動切斷，主機自動降速，燃油泄漏報警等故障現象時，都應該檢查確認是否是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方面：

（1）燃油量傳感器故障。當某個燃油量傳感器出現故障時，系統發出“ME injection quantity sensor #nn meas.Fail.”報警，但是主機不停車，不降速。我們前面提過，傳感器故障只會是這個缸的噴油量變少。燃油量傳感器的更換同樣不需要停車，只要松開相應的固定螺栓，就可以直接更換。

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

（3）共軌電磁閥故障。RT-Flex48T-D型柴油機每缸有2個共軌電磁閥，如果有一個電磁閥故障，在低負荷是照樣運轉，隨著負荷的增高，與別的缸排溫就會出現較大偏差，所以一旦有機會，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。本體的破裂只會引起漏油，通常會出現漏油報警。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，松開相關連接管路進行更換即可。

（5）噴射控制閥故障。由于劣質燃油的使用，噴射控制閥ICV出現的概率相對較高。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引起主機起動困難，由于ICU泄漏管連到溢油艙，當發現溢油艙油位上升較快時，可松開各缸ICU泄漏接頭，找出哪一缸漏油嚴重。如果是閥芯卡阻，會使該缸在共軌電磁閥歸位后繼續噴油，引起嚴重后燃，可以從排溫和煙色加以判斷。當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應的，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缸兩只噴射控制閥同時更換。

6 結束語

ICU組件是RT-Flex系列重要的組成部分，也是最容易出現的部件之一。輪機人員都應掌握其結構特點和工作原理，熟練使用監控軟件和有效進行日常管理，預防故障的發生，延長各組件的使用壽命。當故障發生時能及時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型柴油機燃油控制單元故障分析[J].航海技術,2015(2),50-52.

[4]王濤.W(a)rtsil(a)RT-flex智能柴油機ICU技術分析和故障探討[J].中國水運,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ICU的結構原理及運行管理[J].數碼設計,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，福建省海運集團有限責任公司，輪機長。E-mail:fanshipping@163.com