解析主机电子VIT故障的排除

摘要：本文介绍的是在测量主机示功图时，发现各缸VIT齿条没有动作;通过分析主机电子VIT的工作原理，检查发现电子VIT的I/P转换器动作异常，排除主机电子VIT故障的过程和经验，供大家参考。
关键词：电子VIT I/P转换器 爆压 维护管理
某轮，主机型号MAN B&W 12K98MC，额定功率68640 kW，额定转速94 r/min， NABTESCO M-800-Ⅲ主机遥控系统和MG-800电子调速器系统，电子VIT（ Variable Injection Timing可变喷油定时）系统。
1 故障现象
某日，主机正车稳定运转在80 r/min，测量电子示功图时，发现各缸VIT齿条没有动作。进一步检查，发现机旁操纵台后面的I/P（电流/压力）转换器（主机遥控系统中的53号阀）没有气压信号输出。
2 电子VIT简介
目前，电子VIT广泛应用于船舶主机上，从而降低了主机部分负荷耗油率，提高了主机的经济性。
2.1 电子VIT作用和原理
电子VIT系统只有在主机正车运转时有效，它的主要作用是通过改变主机的喷油提前角使主机气缸内的最大爆发压力Pmax（简称爆压）处于相对较大值，从而达到节省燃油，提高主机运行的经济性。其工作原理是通过安装在主机扫气筒上的扫气压力传感器，采集主机的扫气压力信号P sc，并将采集到的扫气压力信号输入到电子调速器中，再结合调速器中的转速信号以及调速器执行器的位置信号，由电子调速器进行计算、比较后对外输出一个在4～20mA之间变化的电流信号I，这个电流信号被送到安装在主机机旁操纵台后面的I/P转换器，通过转换器将输入的电流信号转变为0.5～5.0bar气压信号P，再通过空气压力的变化控制各缸VIT执行机构来改变各缸高压油泵VIT齿条的大小，来控制高压油泵供油提前角，从而达到控制爆压和节约燃油的目的。
2.2 电子VIT的相关参数
电子调速器内部有许多相关VIT的参数，摘录部分相关参数，见表1。
表1
地址码 用途 符号 解 ?释 单位 调节范围 设定值
021 监视 计算的压缩压力 bar
025 监视 计算的爆压与压缩压力的差值 bar
026 监视 I 电子调速器输出没有过滤的VIT信号 mA
040 监视 VIT工作曲线 （曲线1～5）
041 监视 I 电子调速器输出VIT信号 mA
042 监视 主机转速的相对值
043 监视 高压油泵刻度的相对值
044 监视 扫气压力绝对值 |bar|
045 监视 VIT控制（）的假想负荷 %
097 VIT 燃油质量不同时的爆压补偿值 bar -99.9～100.0 -5.0
235 VIT 气缸内的最大爆压 |bar| 100～250 141
236 VIT 从压缩压力到爆压的最大差值 bar 0～50 35
237 VIT 压缩压力与扫气压力的比值 |bar|/
|bar| 25.0～50.0 33.74
238 VIT 转折点的负荷（相对值 ） 0.50～0.95 0.88
239 VIT 曲线Ⅲ的最小负荷（相对值） 0.00～0.60 0.40
240 VIT 转折点压缩压力与爆压的差值 bar 10.0～50.0 31.0
241 VIT MCR点压缩压力与爆压的差值 bar 0.0～25.0 15.0
242 VIT 压缩压力与爆压的最小差值 bar -50.0～50.0 11.0
243 VIT 与控制电流I（4～20mA）的换算因数 mA/bar 0.00～2.00 0.36
244 VIT 可控范围内压缩压力与爆压的最大值
（防止扫气压力传感器故障时爆压太大） bar 0.0～20.0 15.0
248 SYS. 额定转速 rpm 20.0～999.9 94.0
249 VIT 手动取消VIT功能（输入1取消） 0～3 0
注：设定值为试航时按照主机的实际工况进行设定。使用的燃油比重为973.0kg/m?。如果把地址码TK-200更改为“1”，则地址码TK-020～TK-045用来监视VIT的控制。
2.3 电子VIT的参数调整
电子VIT的调整是船舶主机性能调整的一个重要组成，它可分为静态调整与动态调整两个部分。静态调整在主机磨合阶段前必须完成，是动态调整的基础，主要包括两个内容：一是对I/P转换器的线性关系进行调整，通过调整使I/P转换器的输入电流与输出空气压力满足一定的线性关系;二是对VIT齿条行程与空气压力的线性关系调整，通过对控制VIT齿条的气缸进行调整使气缸的输入空气压力与气缸所控制的VIT齿条行程满足一定的线性关系。动态调整指主机在按推进特性运行过程中，根据所测得的参数对电子调速器内部用来控制VIT的部分参数 （KC、KⅠ、Poffset）进行调整，从而保证柴油机在转折点及转折点以上负荷运行时爆压保持不变，这是电子VIT调整最终所要达到的主机运行状态。说明书上有具体的参数调整过程，这里就不在叙述。
2.4 电子VIT的特性曲线图
电子VIT共用五个工作特性曲线（见图1），正常情况下工作在四个特性曲线上，下面分别进行阐述。
（1）曲线Ⅰ
爆压Pmax与压缩压力Pcomp的差值是个变量，它随着扫气压力的变化而变化。主机在高负荷运转时，压缩压力与扫气压力Psc，abs的比值是一个常数KC。
ΔPⅠ=Pmax-Pcomp=Pmax-Kc×Psc，abs
由以上公式和曲线Ⅰ可知，此时爆压为最大设定值，只与扫气压力有关，且与扫气压力成反比。
（2）曲线Ⅱ
ΔPⅡ=ΔPmax.till
曲线Ⅱ是爆压和压缩压力允许的最大差值，只有曲线Ⅰ和曲线Ⅲ相交叉且爆压与压缩压力的差值超过允许值时，才会出现曲线Ⅱ。曲线Ⅱ又分为高的扫气压力和低的扫气压力两种情况：
① 高的扫气压力
如果扫气压力较高，则气缸内的压缩压力也较高，爆压与压缩压力的差值就较小，没有达到最大允许值，转折点将位于左侧，见图示，曲线Ⅰ和曲线Ⅲ的交叉点（A点）位于曲线Ⅱ的下方，ΔPⅡ也就不起作用。
② 高的扫气压力
如果扫气压力较低，则气缸内的压缩压力也较低，爆压与压缩压力的差值就较大，超过了最大允许值，转折点将位于右侧（见图2），曲线Ⅰ和曲线Ⅲ的交叉点（B点）位于曲线Ⅱ的上方，ΔPⅡ也就起作用，ΔPⅡ=ΔPmax.till。
（3）曲线Ⅲ
曲线Ⅲ是爆压与压缩压力的差值ΔPⅢ与主机的负荷成正比例，它由主机的转速和高压油泵的刻度来决定。
ΔPⅢ=（ ΔPk-ΔPmin ? ）（Nr×Ir-Pmin）
由以上公式可知，只有Nr和Ir是变量，其他参数可以从表一中查出。
（4）曲线Ⅳ
ΔPⅣ=ΔPmin
主机在机动操纵时，为了避免各缸VIT频繁动作，爆压与压缩压力的差值固定在。
（5）曲线Ⅴ
如果扫气压力传感器故障，为了防止主机爆压过高，通过曲线Ⅴ来进行限制。如果曲线Ⅴ起作用，将有警报发出。
ΔPv=（ ΔPk-ΔPMCR ）（1-Nr×Ir）+ΔPMCR+Pmax，control
2.5 电子调速器选择VIT曲线
以上5个曲线时刻不停地在计算，电子调速器将按照下面的关系来选择哪一个曲线：
ΔP=min（ΔPⅠ，ΔPⅢ，ΔPv，max（ΔPⅢ，ΔPⅣ））
可通过地址码TK-40查看电子VIT运行在那一个曲线上。
电子调速器输出到I/P转换器的电流信号为：
Ⅰ=KⅠ（ΔP+Poffset）+4（mA）
可通过地址码TK-41查看电子调速器输出的电流信号I。
3 故障排查
（1）检查主机各缸VIT控制的阀件
主机运行状态或操纵模式的不同，各缸VIT执行器52受控的气压也不同。
主机停车或倒车时，三位两通电磁阀40得电，工作于左位，7bar的空气经调压阀59和阀40，到达各缸的VIT，使VIT执行器的阀受控，7bar空气进入气缸内推动活塞带动VIT齿条动作，压力表51将显示固定的气压信号;
主机转换到机旁操纵时，7bar的空气使两位三通阀54受控，工作于下位，控制空气经调压阀45和阀54，此时阀40断电，工作于右位，控制空气经此阀到达各缸的VIT执行器，压力表51将显示固定的气压信号;
主机遥控正车运行时，阀40断电，工作于右位。从机旁操纵来的空气压力为0，使阀54不受控，工作于上位。此时，电子调速器输出的电流I信号到达I/P转换器53，电流信号转换为气压信号，使7bar的空气经53、54和40到达各缸的VIT执行器。
通过检查试验阀40、阀54和压力表51工作正常。主机正车运转时I/P转换器53没有气压信号输出。
（2）检查主机电子调速器内部VIT的参数
从集控室的电子调速器操作面板上检查内部有关电子VIT的参数，与出厂设定值一样。
（3）检查主机电子调速器内扫气压力传感器信号
主机正车运转时，通过地址码TK-12查看主机扫气压力数值，与现场压力表数值相同;主机停车时，TK-12显示为0。说明扫气压力传感器正常。
（4）检查主机电子调速器输出电流I
主机完车状态下，设置地址码TK-249为1，取消VIT功能。切断三位两通电磁阀40的电源。设置TK-234为4mA ，检查TK-41是不是显示4mA，如果不是，可通过调节TK-209使TK-41为4mA，检查I/P转换器输出气压是不是0.5bar;设置TK-234为20mA ，检查TK-41是不是显示20mA，如果不是，可通过调节TK-210使TK-41为20mA，检查I/P转换器输出气压是不是5.0bar。通过以上试验，I/P转换器53没有气压信号输出。进一步检查，至I/P转换器前的电流I与电子调速器TK-41输出的电流一致，证实了I/P转换器存在故障。
（5）检查I/P转换器
I/P转换器（见图4实物）是把直流电信号转换为气压信号，内部有电磁线圈来控制阀开度的大小。解体清洁I/P转换器内部的小孔，部件有少量磨损，修理后安装。经试验，I/P转换器暂时能够使用。同时，申请备件。
4 维护管理
4.1 电子VIT根据燃油质量不同进行调节
电子调速器内部有一个参数TK-097（Poffset），通过调节此数值，可以使喷油定时与所用的燃油质量相匹配。目前，船舶使用的重燃油（HFO）的发火特性与其他燃油不同。在相同的喷油始点，发火特性差的燃油将导致较低的燃烧压力，较长的发火延迟，爆压将降低，增加了燃油的消耗。在使用劣质燃油或主机低负荷运转时，可以适当增大参数TK-097（Poffset）的数值。Ⅰ=KⅠ（ΔP+Poffset）+4（mA）。按照上面的公式，TK-097变大，电子调速器输出的电流I变大，I/P转换器输出的气压变大，VIT齿条变大，喷油提前，提高了爆压。这样能起到节能减排的目的。
4.2 日常维护管理
电子VIT能够明显提高主机的效率和经济性。为了确保电子VIT工况良好，在日常工作和管理中应注意以下几点：
按照说明书的要求定期解体高压油泵，更换密封圈，防止高压油泵套筒卡死后VIT不起作用。每天检查各缸VIT齿条并进行加油润滑;
检查保养控制空气干燥器，确保工况良好，定期清洗空气滤器并对控制空气进行放残。I/P转换器的机械部分属于精密部件，如果控制空气中水分或杂质过多，必然会引起I/P转换器的失灵;
不能随意修改电子调速器内的各种参数;
主机运转过程中，检查I/P转换器后面的压力表显示是否正常;
定期检查扫气压力传感器是否正常。
4.3 电子VIT故障后的应急措施
如果主机较高负荷运转时电子VIT出现故障不起作用，可以按下三位两通电磁阀40的手动按钮并锁定，强制让阀40工作于左位，手动调节减压阀59，使其输出固定的气压信号。然后，测量主机各缸的示功图，检查各缸的爆压，如果爆压过高，调小减压阀的输出压力。
5 结束语
电子VIT对主机在高负荷降低燃油消耗非常重要。因此，平时认真研读说明书的每一句话，说明书是最好的老师。对于出现的各种异常现象应认真对待，找出故障的所在。