在船老轨谈ME-C电喷机

编制按：本文是江苏远洋的一名轮机长（朱晓亮）撰写的文章。作为一线的轮机长，对ME-C电喷主机能从10个方面对常见的问题做初步的分析探讨，的确不易。由于文稿篇幅过长，经过上海船舶机务技术联合会（STSA）秘书处对要点编辑和局部修，作为STSA在9月13日大讲堂的专题之十一。

一、ME-C电喷主机的控制基本原理

1.1  基本控制原理

MAN ME-C全电子控制式柴油机的燃油喷射、排气阀启闭、缸头启动阀的开与关、气缸油的喷射均采用计算机控制。由于取消了燃油与排气凸轮，液压动力单元（HPS）引用约10%的系统滑油通过过滤精度为6u的自冲洗式滤器，经过液压油泵升压和系统油压控制的调压单元，输出200-300BAR的伺服油，作为驱动燃油增压泵、排气阀启闭执行机构、气缸油注油器动力。柴油机控制系统（ECU）根据遥控系统的命令，结合曲柄角度译码器和测速系统的信息，通过各种功能模块控制各种电磁阀的通断，让高压伺服液压油在合适的时间来驱动执行机构。

1.2 ME-C主机控制系统与功能模块

柴油机控制系统ECS由多种功能不同的控制模块组成（见图1），各个模块的名称及功能如下：

图1 ME-C主机控制系统

EICU:主机信息控制单元，接收驾驶台、集控室（MOP）的操作信息；与外部系统（电源、车钟、遥控、安保、报警系统）通信。

ECU：柴油机控制单元（核心），控制三个ACU及六个CCU单元；具有换向、启动、停车、调速功能；接收现场传感器送来的信号；机旁操作板的操作指令；直接控制备用泵的启停。

CCU：气缸控制单元，接收曲柄角度译码器信号，计算活塞位置、工作进程状态。控制FIVA阀、启动空气电磁阀、气缸注油器。

ACU：辅助控制单元，控制伺服油泵、辅助风机启停（手/自模式）。

MOP：对整个ECS进行界面显示、操作、参数修改设定、报警、与PMI&COCOS-EDS通信，可以通过网线直接和各个功能模块通信。它是一台普通PC机，只是在其主板的PCI扩展槽内安装了特制的板子，当然这些离不开软件的支持。系统配有二台电脑，MPC板需要的软件就存放在MOP电脑的硬盘中，其操作系统为Win XP。

多功能控制板MPC(Multi-purpose controller)

图2  MPC板原理

MPC板从其原理图上可以看出，它可以直接接收来自现场接触器的信号、0-10V和4-20mA的模拟信号、曲柄角度译码器、测速系统的脉冲信号等。同样，它也可以直接输出各种开关量和模拟量信号给现场设备。在MAN B&WME-C柴油机控制系统中的EICU\ECU\CCU\ACU模块单元的控制板就是多功能控制板MPC，其物理结构（如图3）都是一样的，只是各个板子的应用软件不同。正常情况下，所有的应用软件都存储在MOPA(B)的PC硬盘中，系统会根据各个MPC板上的地址锁（KEY-PLUG）识别各自的IP地址，自动下载所需的软件到MPC的只读存储器（EPROM）中。

1.4 曲柄角度译码器系统(Angle encoder- System)和 测速系统（TACHOsys）

图3  曲柄角度译码器原理

曲柄角度译码器系统

译码器分A&B两组，A组紧靠机器端，B组在外端。每组4个磁感应探头，整个系统共8只（见图3）。B组的探头与A组对应的探头相差相位角45°。每个探头都有对应的名称，MMA(B):markermaster A(B),表示A或B组的主标识；MSA(B)：markerslave A(B)，表示A或B组的从标识；Q1（2）A(B):quadratur1A(B)，表示A或B组的转象差探头，分1号和2号。MMA(B)与MSA(B)探头感应磁性半圆环的位置，得到脉冲信号0或1。Q1（2）A(B)探头感应外圈齿轮的脉冲信号，为方向判断和计数提供脉冲信号。为了保证译码器采集的信号准确，防止其整体沿圆周方向转动时不能识别，在飞轮处也设计了磁性半圆环，其物理位置与译码器上的半圆环一致，并装有一个参考磁性探头，其物理位置与MSA是一致的。接线时，译码器上的MSA空着，接飞轮边上的参考探头。该设计可以通过比较两处的脉冲信号（参考探头的位置是固定的），从而保证整个译码器系统的信号准确。如果出现飞轮处参考探头故障可以将译码器上的MSA的线接上，继续使用。译码器采集的曲柄位置信号直接连接到CCU的J40-J47的8个通道。

测速系统（TACHOsys）

在MAN ME-C系统中测速系统是曲柄角度译码器加上位于飞轮上的上止点脉冲传感器相结合而得到的信号，这个信号通过双冗余网线传给ECU和CCU模块。转速信号用于主机速度显示和给系统调速提供速度真值。

二、MAN ME-C电控主机常见的10个故障和注意事项

虽然说电子控制的可靠性非常高，但是当这些设备工作在伴有振动、高温、易腐蚀的环境中时，其出现故障的概率定会加大，笔者从10个方面简单分析电控主机常见的故障。

2.1曲柄角度译码器方面的故障

曲柄角度译码器安装在主机自由端，振动与微动磨损使其发生故障的概率增大，当出现接线、探头、空心轴、减震波纹管等松动或脱开时，会引起主机工况不稳直到“死机”。定期检查和测试曲柄角度译码器的“0”位和装配螺丝的紧固情况很重要。译码器常见的故障有：1）固定支架松动；2）译码器锁紧环松动，使得译码器的空心轴与传动轴的相对位置改变；3）轴承磨损；4）探头接线松动；5）信号放大器故障。

轮机人员要经常对曲柄角度译码器进行检查，这种检查包括其紧固螺丝的检查和A/B系统的“00/450”位确认检查。当对译码器进行过机械调整之后，需要通过软件修正，具体方法在MOP中maintenance/functiontest界面，按提示进行操作。

2.2高压共轨系统泄漏

为了监控液压系统是否正常，系统通过如下设计：

冗余的压力传感器（3只）检测液压油泵吸入压力，送到ECU模块，当三只传感器压力值均小于设定值时会产生SHUTDOWN。

对HCU\HPS单元发生漏油的监控方式：

HCU单元的外漏采用漏油报警装置，当发生液压油泄漏时，泄漏的液压油会通过机架上的泄漏孔流到报警装置引起报警，主机自动减速，因此要特别注意泄漏孔保持畅通。

设有Hydraulicpressure decay time检测回路，主要用来检测伺服油泵停止后，油压降至蓄压器（accumulators）相应的压力附近（约140-160bar）所用的时间，并与设定好的参数相比较，以直观的梳型柱图表现出来，可以保存最近的十次。如果压力下降时间太快会产生报警，提醒轮机人员系统某处存在泄漏。

2.3 蓄压器内氮气泄漏

图4  氮气罐压力充注

蓄压器的内部结构简单，在一个刚体内用特制的膜片将氮气和液压油分开。日常管理中，定期（4-6月）对氮气罐内压力的检查并记录。如果蓄压器氮气压力下降甚至为0，会出现如下故障现象：

1）伺服油泵停止后，共轨系统内的油压会快速降为0，可以从Hydraulicpressure decay time界面看出，并有报警产生；

2）高压油管出现脉冲不稳定，引起该气缸燃油喷射、气阀启闭不正常，工况不稳定；

3）FIVA阀易损坏；

4）氮气罐内膜片损坏。

检查时蓄压器内氮气压力时必须在主机停止且液压系统压力为0时进行。氮气压力值与氮气罐的温度有关系，经验公式:p=[124+(t-0)*0.6]bar，充入氮气后需等待一些时间，待内部气体温度稳定后再确认压力值。正常情况下，氮气压力的缓慢减少(0.5bar/6months)是可以接受的，但是压力减少到一定程度时要及时补。

需要注意的是：船舶备用氮气瓶，因质检要求，一般氮气厂家只供应压力为120bar(正常室温)的氮气瓶，这不能满足ME主机氮气罐的充注，MAN厂家车间使用的氮气瓶压力达200bar(特供)。

2.4   FIVA阀故障

1）高速电磁阀FIVA阀有三个主要任务

通过主阀芯的轴向移动，将伺服油引入燃油增压器（booster）下方，驱动燃油升压器伺服活塞给燃油升压，以实现燃油喷射；

根据主机负荷精确控制各缸燃油供给量并进行反馈，燃油量通过控制伺服油流量大小实现；

将伺服油引入排气阀驱动执行机构下方，驱动排气阀执行机构伺服活塞。

2）FIVA控制原理

图5：FIVA阀内部结构

FIVA基本控制原理(见图5)：CCU模块通过模拟量输出通道给导阀的线圈提供4-20mA的电流，线圈产生的电磁力与下方的弹簧力相比较，推动其阀芯作上下移动，从而改变进入左控制室内液压油的流量与方向，利用主阀芯左右两侧活塞面积差引起的轴向推力之差，从而改变主阀芯轴向移动的方向，以实现伺服液压油分别在不同的时间进入燃油升压器或排气阀执行机构下方。当电流值为5-11mA时，导阀工作在下位，主阀芯向左端移动，给排气阀执行机构供油；当电流值为13-20mA时，导阀工作在上位，主阀芯向右端移动，给燃油升压器供油；当电流值为12mA时，主阀芯处于中位。主阀芯向右移动的位移量，就是主阀芯的开度，这个开度决定了液压油进入燃油升压器下方油量的多少，也决定了燃油升压器柱塞向上行程的高度，该缸的供油量因此而确定。油量反馈装置是一根与主轴芯相连的金属杆，通过磁感应变化以电流的形式反馈到CCU。

3）FIVA常见故障分析

主阀芯或导阀由于滑油不洁引起偏磨，密封性能降低，伺服油流量不受控，最终阀芯卡死而出现单缸不发火。滑油系统初期窜油不充分和后期管理不善，使得这样的故障成为FIVA阀的多发故障。

导阀的线圈烧坏、线圈电磁力下降或回中弹簧断裂、弹力减小。导阀线圈电磁力降低，主阀芯偏左，排气阀开启时间偏长，燃油供给量少。弹簧弹力不足，主阀芯偏右，排气阀开启时间偏短，燃油供给量变大。

HCU/HPS单元拆检保养之后，没有彻底将气体驱尽，驱动FIVA的液压油存在气体时会使阀芯移动延迟，工况不稳定。

2.5 MPC板的故障

MPC包括：电源滤波板POWERFILTER BOARD；中央处理器CPUBOARD；输入输出控制板CONTROL MAIN I/O BOARD；模拟、数字输出子板  AO/DO DAUGHTER BOARD 四块子板子，它们通过配有间距块的螺丝固定。日常管理要特别注意MPC的温度情况，板子上元件由于振动易发生松动而产生接触电阻，会引起过高的电流而发热，轻者使得主机的工况不稳定，重者会使MPC板损坏。板子上有多组保险丝，用来保护通道不受大电流冲击。当保险丝损坏时，在电脑中有报警显示什么保险丝出现故障；也有的保险丝故障后不会显示具体保险丝故障，但会产生与其相关的故障点报警，这需要通过测量来发现。MPC常见的故障现象：

通道保险丝烧坏；

板子高温，引起主机工况不稳定；

软件方面故障或船员无法识别的故障，此时只能更换备用板子，并正确下载所用软件。

2.6 系统滑油的管理

伺服液压油引用10%的主机系统滑油，经过过滤精度6的过滤器，进入液压动力单元。因此要特别加强滑油的管理，一旦主机系统滑油产生变质，液压元件易损坏，严重时，会造成主机无法正常工作。轮机管理者注意如下方面：

主机滑油系统在台架试验前的“窜油”要求等级更高，标准为：NASCODE 7。如“窜油”工作没有达到标准，在船舶营运期间会带来很多麻烦。

6u的过滤器的维护保养要当心，最好有一套备用。定期检查滤器是否完好，需要人工清洗时，可用煤油或除碳剂，清洁时切不可污染滤器干净的内表面。

HPS或HCU单元的某元件拆检后，要根据说明书进行冲洗与空气排除。

加强分油机管理。

加强排气阀、透平、填料函的维护保养，谨防由于高温或积碳污染主机系统滑油。

2.7 电气绝缘的管理

电控系统绝缘的维护很重要，一旦系统的绝缘下降，会影响其正常工作。为了监测控制系统的绝缘，稳压电源系统设有绝缘检测与报警装置。要保持机舱清洁、减少灰尘入侵和油气产生，控制箱门密封要好，定期检查接线情况，发现有油污的接头要及时用电器清洁剂清洗。

2.8   MPC板及MOP应用软件的管理

MPC的管理要做好两个方面的事情，一是做好板子的防振、防潮、防灰尘等硬件方面的管理；二是软件的管理。

1）经常检查MPC板控制箱是否有振动；控制箱内摆放合适的干燥剂有助于防止板子受潮，在停泊期间，如果外界空气潮湿时，尽可能关闭其所在位置的风机或风筒；控制箱保证密封，不让灰尘进入。MPC板就象我们日常使用的电脑主板一般，需要定期除尘保养，延长使用寿命。

2）如果某功能模块出现故障，需要更换MPC时，先要给板子断电之后方可进行接线拆除与板子拆下。新安装的PMC内需要使用的软件储存在MOP电脑的硬盘中，软件根据需要可以进行覆盖下载或强制下载。

覆盖下载：板子断电，所有插口做好标识后拔出，去除板子固定螺丝。更换板子，所有接线连接好后通电，系统会通过KEY-PLUG识别ID地址，从MOP存储器中自动下载并安装所需软件到新的MPC里。

强制下载：在不清楚板子的来源时，为防止系统错乱，采用强制下载的方法。此时，新板子只需先连接网线，KEY-PLUG,将MPC板侧面的DIP Switch黄色开关放置ON,合上电源，系统将先对板子存放软件的存储器格式化，再重新从MOP提取需要的软件安装。过程稍长，直到LED指示灯闪烁2红3绿时表示软件下载完成。然后，再断电，复位黄色DIP开关，重新接线，通电完成软件下载任务。

3）MOP的数据在使用USB接口输入输出时，要注意防止误操作和防病毒入侵。建议船舶在文件传送方面，尽可能使用船舶的局域网进行。如万一发生系统故障，MOP不能操作，轮机人员也可以自行恢复。厂家在出厂时，提供了MOP应用软件的恢复U盘；但是是否提供电脑操作系统恢复盘不确定。

数据恢复

（1）  在MOP电脑界面按“ctrl” +“esc”进入windows界面，在界面内的操作路径如下：

（2）  选择MPC，键入“archive=》update=》E=》backup date=》”；

（3）  选择最新的恢复文件（镜像文件），键入“=》open=》”回到update界面；

（4）  选择“updatesystem=》”，全选所有的“EICU和CCU=》”，等待系统完成（约需要几分钟）；

（5）  键入“=》restartadd=》”，系统将提示恢复成功。

参数改变后，备份数据方法

（1）  在MOP电脑界面按“ctrl” +“esc”进入windows界面，在界面内的操作路径如下：

（2）  选择MPC，键人“archive=》backup=》E=》”；

（3）  制定新的备份文件名称，或以系统自动的时间记录文件名，键入“=》”；

（4）  全选所有的“EICU和CCU=》”，按backup，等待系统完成，在/E/backup/里显示当时的镜像文件。

将数据下载至外设的方法

（1）  在MOP电脑界面按“ctrl”+“esc”，进入windows界面，在界面内的操作路径如下：

（2）  选择MPC，“MPCarchive/update tool

（3）  选择archive/archivesystem；

（4）  选择saveas,找到要保存的目标地址。

电脑操作系统发生故障或硬盘损坏的恢复方法

（1）  船舶出厂时，船舶要留有操作系统光盘或做成镜像文件的U盘系统恢复盘；

（2）  利用系统恢复盘将电脑操作系统恢复；（也可以利用PE工具将硬盘中的相关数据导出，当然这需要对电脑知识有一定的基础。

（3）  利用厂家提供的MOP应用软件安装MOP操作系统；

（4）  恢复前期备份的数据。

（5）  由于船舶振动的频率较高，硬盘损坏的可能性还是有的，尽管系统是冗余设计，但是如果发生全部损坏怎么办？只能重新更换硬盘，重装操作系统，重装ECS应用软件，恢复前期备份的数据。

2.9   网络方面的管理

六缸的ME-C主机控制系统共有MOP主机电脑板2块和MPC板13块，（其中2块EICU，2块ECU，6块CCU，3块ACU）。这些板子之间是用网络线连接的。A网是从MOPB开始，ECU B终止；B网从MOPA开始，ECU A终止。在MPC上J65通道接A网，J66通道接B网，网络的始终端都装有终端电阻（120欧），其作用是吸收信号反射及回波。如发现网络故障，可以从如下几点考虑：

1）某点的接线卡子松了；

2）终端电阻损坏或接线松；

3）模块网卡故障；

4）高电压线的噪声干扰。

2.10 MOP估算功率与PMI测量功率

MOP中估算功率根据转速和油门的大小，按照：功率的%=转速%*油门% 自动计算得到。PMI测量功率应和MOP的估算功率比较，二者的差异应控制在2%内。若MOP的估算功率和PMI测量功率的误差过大，对主机有什么影响呢？

（1）随着主机工作时间的延长，燃油增压器，油头的磨损，特别是使用劣质燃油或燃油的密度变化很大时，主机的油门就会变大，MOP的估算功率就会比PMI测量功率大。或者说MOP的估算功率是虚的。这就会导致主机的气缸油注油量增大；

（2）伺服油压力设定值和MOP的估算功率相关，一般是功率高，压力设定也高；

（3）对带有AUTOTUNNING功能的电喷机，ECU会根据MOP的估算功率结合SHOPTEST数据，自行设定一个理想的PMAX以及PCOM和压缩比值，和实际PMI值比较，自动调整主机的燃烧工况参数。因此，MOP的估算功率变差过大，就或导致自动调节是偏离的，不准确的！

（4） 因此，当换用不同品种的燃油后，需要对FQA界面的参数重新输入，ECU会自动计算FQA的设定值。但若还是MOP和PMI的功率偏差大于2%时，就需要对FQA手动调整。但每次修改的参数不能太多。