本文以某轮Wartsila RT-FLEX型主机启动失败为例，阐述其工作原理，分析其故障原因、分享其问题解决方法，以期对同类型主机的日常管理工作有所帮助。船舶主机是船舶唯一的动力推进装置，保持其良好的机动性是航行安全的重要保证，特别是在靠泊、离港等关键性操作中，主机灵活机动、车令反应迅速至关重要。相对于常规的MC机型，RT-FLEX柴油机采用集中供油（燃油和伺服油）单元，燃油共轨和伺服油共轨，喷油控制单元（ICU）和排气阀控制单元（VCU）,以及WECS-9520控制系统等取代了传统的高压油泵、排气阀驱动油泵、凸轮轴及空气分配器等，其主要部件包括共轨单元、曲轴转角传感器、E-95\E-90控制箱等。WECS-9520控制系统就是传统的凸轮轴和空气分配器的电子替代品（其基本功能是控制喷油定时、排气阀定时、气缸启动阀定时等），控制器就是大脑，各种传感器就是眼睛和耳朵，各种执行器比如启动阀等就是手和脚。各部件各司其责、协调配合，最终实现主机的各种操作。主机的启动原理为：车钟给出命令，控制系统根据曲轴转角度的判断，通过电磁阀打开相应气缸的启动阀，使高压空气进入气缸，达到启动转速后燃油喷射燃烧，使主机得以启动运转。某轮，主机型号为5RT-flex50-D型柴油机，由青岛海西船舶柴油机公司（QMD）生产，额定功率6132KW，额定转速100rpm、活塞冲程2050mm，发火顺序1-4-3-2-5-1；主机遥控系统为KONGSBERG，型号为Auto Chief 600。本文以该轮几次机动用车时偶尔不来车问题为例，分享其故障排除过程。一、主机近几次机动用车时启动失败现象1.2022年1月17日在意大利某锚地抛锚备车时，正倒车试验一切正常，但在其后用车时却出现正倒车启动失败现象（连续启动失败、超时）；转入集控室手动控制启动仍然无反应，没有启动空气进入气缸（能听到各缸启动电磁阀的电流声，但缸头启动阀未打开，启动空气压力也不下降）。倒车启动成功，但是启动空气消耗量大。后来，手动控制操作均正常。2.2022年1月18日在意大利某港进港备车时，冲/活车、机旁和驾驶台控制试验都正常，后来驾驶台操作却失败，只好转入集控室手动操车进港。在集控室操作的过程中启动反应慢，达到启动转速时耗气量大、耗时长。二、故障原因分析1.怀疑是某一气缸控制模块出了问题智能电喷主机的核心是控制模块FCM-20(FLEX CONTROL MODULE-20)，其功能是处理曲柄转角、扫气压力、转速等输入信号，从而控制燃油喷射、排气阀控制、启动程序、伺服油和燃油共轨的压力控制等。如图1所示，当WECS控制系统元件发生故障时，FCM-20控制板FAIL LED会显示红灯闪现，并在Two-Digit Display显示故障代码。
图1 FCM-20模块LED和FAILURE ID状态示意图船上检查WECS-9520控制系统，并无报警现象。为了验证判断，又检查了五个缸的气缸控制单元E-95箱FCM-20状态，各LED显示状态和FAIL LED显示状态正常，无故障代码。据此，排除了控制模块的问题。2.排查气缸条件因素经查，燃油共轨压力、伺服油压力参数在启动时显示正常；根据排烟温度、气缸压力、燃油喷射质量等参数，可以确定喷油器的工况没有问题。主机靠泊后，船上第一时间通过扫气口检查了燃烧室部件和活塞令、缸套状况，一切正常，没有出现拉缸、断令情况，盘车机电流也无增大异常。3.检查启动空气系统如图2所示，启动空气系统主要包括主启动阀和驱动电磁阀、缸头启动阀和启动电磁先导阀等部件。
图2 主机启动空气系统原理图
首先检查试验主启动开关动作是否正常。其实，在机动用车的过程中听声（有气流声和阀件动作的撞击声）就能简单地作出判断；在停车的状态下，也可以手动试验。如图3所示，30bar的高压空气（图中红色线条）进入主启动阀座通道、阀座两端，由于阀座两端所受气压面积不同，在两端压差和弹簧力的作用下，位于左侧的阀芯保持关闭状态。当打开泄压阀2.06或者二位阀2.05（由Common StartV、V7013c和7014c控制）处于右位泄放状态时，启动阀阀座两端的压力平衡打破，阀座向右侧移动，从而打开主启动阀。
图3 主启动空气阀工作原理图经过前期的系列检查试验，目标锁定在各缸缸头启动部件。虽然导向明确，但是面对五个缸的启动阀件，还需进一步精确研判、确定。根据空气启动原理：每个气缸以合适的曲柄转角进入高压空气，驱使主机运转，进而达到发火的转速。只要能找出每缸单独进气的曲柄转角，并在此角度下启动试验，就能准确判断出故障的气缸。本机型的气缸发火顺序为1-4-3-2-5-1，当NO.1缸处于上死点时，曲柄转角位0゜。由于是五缸机，所以相邻发火气缸转角相差72゜。其实，主机空气启动的程序就是高压空气进入气缸代替了燃烧膨胀冲程。因此，根据说明书给出的如图4所示的工作定时圆图就可以得出：活塞在TDC(上止点)时开始进入高压空气，在AO位置（排气阀打开）时停止进气，共持续曲柄转角度120゜。
图4 气缸工作定时圆图
以曲柄角度0゜（NO.1缸TDC）为例，根据主机发火顺序，把各缸曲柄转角在一个如图5所示的定时原图上标出就能推断出启动时各缸进入高压空气的转角度数范围，进而推导各缸单独进高压空气的度数范围（如下表所示）。缸号进入高压空气曲柄度数理论范围单缸进气度数有效范围
NO.10゜～120゜48゜～72゜
NO.472゜～192゜120゜～144゜
NO.3144゜～264゜192゜～216゜
NO.2216゜～336゜264゜～288゜
NO.5288゜～48゜336゜～360゜
备注：此推导，在理论上，活塞上死点开始进入高压空气，排气阀打开停止进入高压空气，推算出的单缸单独进气的曲柄度数有效范围更窄，精准度更高，不影响试验效果。
图5 各缸曲柄转角示意图根据推算出的结果，靠泊期间船上对不同曲柄转角度数作了启动试验，结果如下：
根据试验结果，启动执行趋势（Performance Trend）曲线图：燃油共轨压力正常，伺服油压力正常，排除了燃油部件的磨损内漏和伺服油系统失效（印证了前面关于燃油喷射的判断）的因素，可以基本锁定NO.5缸启动阀件故障。4.明确启动失败原因经过前期的分析、判断、试验，明确启动失败的原因是NO.5缸没有启动空气进入或者进气量少，没有足够的压力推动活塞达到一定的转速。为了再次验证故障原因，船上对主机进行短时间冲车，并在机旁近距离听声、观察NO.5缸和其他缸的冲出气流，结果明显感到NO.5缸冲车的气流较弱。冲车完成后，主空气管路中的高压空气需从各缸的启动阀杆间隙泄压。NO.5缸和其他缸一样，泄压时的气流声很大，说明启动空气已经达到缸头处等待，只是缸头启动阀无法开启使高压空气进入气缸，这也排除了热气阻焰器脏堵的可能性。此时，病灶聚焦到缸头启动阀和启动电磁先导阀上。于是直接在机旁监听NO.5缸电磁先导阀的电流声和感应阀体泄气孔道的气流，以判断电磁阀是否动作。但因机旁环境不佳、噪音大，受气流扰动等因素的影响，不能有效地判断。后采取了更为直观的方法，即和别的缸（NO.1缸）电磁先导阀整体对调。调换后，按照各缸对应曲柄转角启动试验，结果NO.5缸一次启动成功，NO.1缸启动失败，从而确认电磁阀故障。船上进一步解体故障电磁阀，却并没有发现明显缺陷，如图6所示，只是内部黑泥灰较多、脏污，局部聚集较多油脂。究其原因，大概是一个月前在修船厂，厂家服务商在对其保养更换修理包时润滑油脂使用多了，脏污后导致阀芯密封不严、活动受阻，甚至孔道堵塞，造成电磁阀功能失效。对电磁阀清洁后装复，试车正常。
图6 电磁先导阀端盖三、经验总结小小的保养疏忽，造成潜在的重大安全隐患。为此，管理者要特别注意启动空气系统的维护与保养，并做好以下几点事项：1.定期检查清洁缸头启动电磁阀、缸头启动阀，并检查密封工况。2.定期检查清通缸头启动管路的热气阻延器，防止烟灰或者有杂质堵塞。3.经常试验主启动阀功能，轮流试验两个启动电磁阀的作用。4.对空气系统进行有效放残，并保持清洁、干燥，确保证空气干燥器的功能良好；停泊时要保持主启动管路、主启动阀放残通道常开。5.机动用车时，停车最好记住曲柄转角读数。如果再次启动失败，就能判断某一缸可能出现故障，从而为解决问题节约时间。在紧急情况下，可以反向启动改变曲轴转角，然后再按照要求车令启动。来源：中远海运安全
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