船舶电控柴油机的典型故障统计分析

随着船舶柴油机技术的发展和全球环境保护的日益加强，越来越多的远洋船舶采用电控型柴油机，目前主要有MAN B&W公司的ME和WARTSILA公司的FLEX等2种机型电控柴油机。由于采用了高度智能化的控制单元，电控柴油主机具有高度灵活的控制功能，可实现很高的喷射压力，达到极佳的燃油雾化效果，并实现灵活精确的喷油定时控制和理想喷油过程的压力控制，达到各个工况下最佳经济性或最低有害排放，还可实现对液压排气阀、气缸注油器以及起动和换向的灵活控制。电控柴油机采用电控单元取代传统的凸轮轴驱动机构，使柴油机的运行可靠性有了很大的提高，同时也表现出与常规柴油机不同的运行特征和管理特点[1,2,3,4]。

本文收集了近十年来发生的船舶电控柴油机典型机损案例101件，从故障类型、事故原因和故障部位等方面对机损案例进行统计分析，揭示远洋船舶电控柴油机的工作运行和维护管理特点，为今后维护管理提供参考。

1 典型机损案例

某船主机型号为HYUNDAI-MAN B&W 12K98 ME7,额定功率为72 240 kW,转速为94 r/min。2015 年11月5 日，该船从欧洲返航拟靠泊上海洋山港，引航员登船前主机正倒车试验均为正常。船舶航行至泊位前，驾驶台发出1 个倒车车令，主机No.10 缸突然发出FIVA 阀反馈信号故障警报，主机安保系统启动，自动减速，无法加车。轮机人员立即对No.10 缸进行复位操作，警报消除并复位。主机正常运转时未出现该警报，但启动时又会偶尔出现。因此，将No.10 缸FIVA 阀隔离，封缸运行，确保主机正常运转，使船舶安全靠妥码头。

经理论分析，可能导致FIVA 阀反馈信号故障报警的原因有：FIVA 引导阀故障、FIVA 阀反馈探头故障、CCU-10 板输出信号异常和FIVA 阀反馈信号电缆故障。为了确定故障的具体位置，按以下步骤逐一进行了排查。

1)检查FIVA阀反馈信号电缆线路和接头是否松脱或接触不良，切断电源，拔出CCU-10 板上的插头检查线路是否存在绝缘不良等现象，均未发现明显异常。

2)将FIVA先导阀换新，并在MOP上进行HCU功能测试，测试未能通过，故障未被消除。

3)将FIVA阀整体换新，再进行上述测试，试验值在参考范围内，认为故障可消除，但当船舶离港时，该故障再次出现。

4)船舶到达天津港后，将该缸CCU-10板换新并进行HCU功能测试，试验值在参考范围内，但当船舶离港时，该故障依然存在。

经分析比对，将故障目标锁定在CCU-10板至接线盒处的电缆线上。该FIVA 阀反馈信号电缆线和接头以及绝缘等情况均为正常，但可能受到其他线路的电磁信号干扰，导致No.10缸FIVA阀反馈信号超出范围而报警，使主机自动减速。为证实该故障因素，临时采用1根4 芯屏蔽线从No.10 缸CCU-10 板接至接线盒处，且不与其他线路固定在一起的方式处理，此后，在船舶数次进出港时，主机再未出现报警，故障消除。后经仔细检查，在隐蔽处发现该缸FIVA阀反馈线路与另一电缆束垂直交叉紧靠在一起，2组电缆交叉相碰发生磨损，外部绝缘层和金属屏蔽层由于船舶振动而磨破，但导线绝缘层尚未磨穿，因此绝缘值测试量为正常，但却导致No.10 缸FIVA 阀反馈信号受到其他线路的电磁干扰。这种情况在传统的二冲程柴油机上很少发生。

近几年，船舶电控柴油机得到越来越多的应用，大大改善了船舶油耗和排放情况，但其事故的表现和处理与传统柴油机相比却有不同的特点[5,6,7,8,9]。本文通过收集整理的101个船舶电控柴油机机损案例，对各个事故的发生现象、故障部件、故障类型、发生原因、机型、故障部位和排除措施等进行了详细分析，找出与常规二冲程柴油机不同的故障特征。部分案例分析见表1。

2 机损案例分析

在101个机损案例中，ME机型71个，FLEX机型30个。由于ME机型装船量明显多于FLEX机型，因此，并不能说明ME机型的故障率高于FLEX机型。以下做具体分析[10]。

表1 部分船舶电控柴油机的机损案例和故障分析 

序号	事故现象	故障部件	故障类型	发生原因	机型	故障部位	排除措施
1	FIVA阀反馈信号故障报警，主机自动降速	FIVA 阀反馈线外部绝缘层及金属屏蔽层	电磁干扰	安装不正确	ME	FIVA阀	更换反馈线
2	FIVA阀位置信号报警，主机自动降速	HUC-JB接线盒	断路或 接线错误	安装不正确	ME	FIVA阀	重新接线
3	高排温偏差报警，机旁有异常声音	FIVA阀接线	松动或脱落	日常维护不到位	ME	FIVA阀	重新接线
4	燃油柱塞行程过高信号报警	喷油器高压油管接头	松动或脱落	金属疲劳	ME	燃油柱塞	更换油头
5	燃油升压器柱塞行程太高报警	液压柱塞套筒上部2道密封环	油水气泄漏	日常维护不到位	ME	燃油柱塞	更换燃油升压器和3个喷油器
6	柱塞行程异常报警	防油罩与柱塞连接螺纹	松动或脱落	日常维护不到位	ME	燃油柱塞	焊补修复
7	排气阀敲击，主机减速时自动消失	阀杆与导套处密封圈	磨损或破裂	设计不合理	ME	排气阀	将节流孔直径扩大到0.7 mm
8	排气阀异常敲击	排气阀顶部阻尼活塞	脏堵或脏污	金属疲劳	ME	阻尼活塞	更换No.2 缸排气阀
9	排气阀关闭过快报警	驱动油泵进油单向阀	异常关闭	设计不合理	ME	驱动油泵	停车复位
10	排气阀行程短	排气阀位置探头传感器接线	电磁干扰	安装不正确	ME	控制线路	停机更换整段线路
11	排气阀关闭时间长	卡簧	磨损或破裂	安装不正确	ME	排气阀	更换卡簧
12	排气阀打开行程低，阀关闭位置改变	空气弹簧密封件	磨损或破裂	日常维护不到位	ME	空气弹簧	更换与空气弹簧密封有关的密封件
13	正常启动失败，倒车启动成功	缸头启动空气引导阀线圈	电磁干扰	安装不正确	ME	控制线路	整体更换缸头，启动空气引导阀
14	微速进，驾控慢转启动失败	曲轴角度编码器A固定螺栓	松动或脱落	日常维护不到位	ME	角度编码器	调整角度编码器A的紧固螺栓
15	正车3次启动失败	空气管路	锈蚀或咬着	日常维护不到位	ME	电磁阀	反向启动，向电磁阀铁芯喷入清洁剂进行疏通
16	机带液压泵控制失败故障	比例阀、液压泵位置反馈传感器	油水气泄漏	日常维护不到位	ME	机带液压泵	更换比例阀、液压泵位置反馈传感器
17	主机控制系统绝缘低报警	飞轮端转速探头接线	电磁干扰	安装不正确	ME	控制线路	逐个插拔MPC相应通道插头
18	MOP“电噪声干扰”报警	FIVA 5#接线盒	电磁干扰	安装不正确	ME	控制线路	紧固处理
19	气缸注油器断油	气缸注油器反馈探头	磨损或破裂	金属疲劳	ME	气缸注油器	更换反馈探头
20	单缸敲缸	MPC板端口的接线处	短路或烧损	安装不正确	ME	控制线路	重新接线
21	排气关闭行程低报警	排气阀促动器缓冲活塞	锈蚀或咬着	日常维护不到位	ME	排气阀	用细砂布进行打磨
22	网络故障	MOP处网络插头	电磁干扰	安装不正确	ME	控制线路	将MOP插头A网的外壳拆除

续表1 导出到EXCEL

序号	事故现象	故障部件	故障类型	发生原因	机型	故障部位	排除措施
23	主机单缸或多缸不发火	遥控系统11号阀端盖密封垫床	脏堵或脏污	安装不正确	ME	遥控系统	更换新的密封件
24	主机自动减速，气缸注油器故障警报	注油器传动活塞和注油柱塞机械机构	脏堵或脏污	异物卡塞	ME	气缸注油器	对注油器输油管进行彻底清洗并吹净
25	单缸排温高，单缸温差警报	ICU滤器	磨损或破裂	安装不正确	FLEX	滤器	更换滤器
26	喷射时间过长报警，触发主机降速	油量活塞杆	卡阻	操作不当	FLEX	油量活塞	清洁活塞杆
27	喷油量活塞卡在最大位置	油量活塞	卡阻	操作不当	FLEX	油量活塞	清理活塞
28	单缸排温低，温差报警	高压油管	油水气泄漏	安装不正确	FLEX	高压油管	重新上紧螺母
29	燃油共轨压力极低，主机自动停车	ICU	油水气泄漏	维修过失	FLEX	ICU	更换ICU 模块
30	排气阀关闭停滞时间过长	空气弹簧补气单向阀中心节流孔	孔径不同	加工不良	FLEX	空气弹簧	扩孔
31	排气阀延迟/未关闭	控制滑阀	锈蚀	日常维护不到位	FLEX	控制滑阀	更换滑阀
32	排气阀延迟/未关闭	空气弹簧	油量过多	设计不合理	FLEX	空气弹簧	增加闷头
33	排气阀故障	滑油反冲洗滤器	堵塞	日常维护不到位	FLEX	滤器	清洁滤筒
34	排气阀故障，机组停止点火	共轨阀接头	松动	管理失误	FLEX	排气阀	紧固线路，接头连接
35	伺服油压高	绝缘层	磨损或破裂	操作不当	FLEX	伺服油系统	更换比例阀接线绝缘层
36	滑油压力下降，黏度下降，液位不变	燃油喷射控制阀	油水气泄漏	操作不当	FLEX	伺服油系统	更换燃油控制阀
37	主机超速停车	转速探头	失效或失灵	日常维护不到位	FLEX	传感器	更换探头
38	喷油时间过长报警	油头喷孔	堵塞	日常维护不到位	FLEX	喷油器	拆检油头，清通喷孔

2.1 故障类型

从机损事故的故障类型来看，脏堵或脏污14例、油水气泄漏8例、异常关闭2例、锈蚀或咬着4例、松动或脱落12例、失效或失灵4例、设置错误或其他3例、磨损或破裂20例、孔径不同2例、卡阻12例、断路或接线错误2例、短路或烧损3例、堵塞5例和电磁干扰10例(见图1)。可见，磨损或破裂故障发生率最高，加之松动或脱落、卡阻、锈蚀或咬着等共71例，与传统柴油机故障类型非常相似。由于船舶设备的工作环境十分恶劣，长期处于高温、高压、强腐蚀和强振动等不良条件下，才会出现较为频繁的金属疲劳事故。

要提高船舶设备的运行可靠性，必须加强设备状态检测和故障诊断技术的推广应用，尽早发现故障，避免引发重大机损事故。此外，脏堵或脏污、油气水泄漏和堵塞的故障率也较高，共29例，表明设备日常维护的重要性。因此，应做好定期检测并加强维护，确保高压管件的密封和油水气通道的通畅。另外，还发现断路或接线错误、短路或烧损和电磁干扰故障18例，这在传统柴油机故障中很少有，也体现出电控柴油机的故障特征。由于电控柴油机控制线路多，处于船舶振动环境中，易造成线路松动、接触不良、屏蔽层磨损和电磁干扰等故障。因此，日常应加强控制线路检查和维护，以确保电控柴油机的正常工作。

图1 机损事故的不同故障类型 

2.2 故障原因

从故障发生原因看，异物卡塞7例、橡胶老化2例、未知24例、维修过失1例、设计不合理4例、日常维护不到位22例、其他5例、金属疲劳4例、加工不良3例、管理失误7例、操作不当5例、材质不佳2例和安装不正确16例(见图2)。

图2 机损事故的不同故障原因 

除不明原因之外，由于设计不合理、日常维护不到位、加工不良、管理失误、操作不当或安装不正确等造成的机损案例共58例，占整个机损案例一半以上，再次证明人因失误是船舶机损事故的主要原因。因此，加强轮机人员的技术技能培训，提高日常维护和操作管理水平，是减少船舶机损事故的有效措施之一。

2.3 故障部位

从机损事故的故障部位来看，阻尼或油量活塞4例、油路1例、遥控系统3例、伺服油系统5例、扫气道1例、软件1例、蓄压器1例、燃油喷射泵5例、气缸注油器4例、起动阀2例、喷油器3例、排气阀9例、滤器3例、流量控制阀2例、控制线路8例、角度编码器4例、机带液压泵2例、高压油管1例、电源系统1例、电磁阀4例、传感器3例、MPC板6例、MOP1例、ME-V阀及活塞3例、ICU1例、HCU3例和FIVA阀10例(见图3)。

由图3可见，在所有的机损事故中FIVA阀、排气阀和控制线路的故障率最高，其次伺服油系统、燃油喷射泵、MPC板、阻尼或油量活塞、气缸注油器、角度编码器和电磁阀的故障也较高，这与传统柴油机的故障特征有很大的不同。尽管电控柴油机取消了常规的凸轮轴驱动机构，使柴油机的启动、换向故障大大减少，但电控单元和线路故障则有所增加，如FIVA阀、MPC板、角度编码器和控制线路等部位易发故障。如果将阻尼或油量活塞、角度编码器都作为传感器的话，则传感器故障高达14例，说明控制模块的故障率较高，因此应确保关键器件有足够的备件。同时，机械故障，特别是液压排气阀、燃油喷射泵和伺服油系统等故障也较多，应对机械部件维护保持足够的重视。

图3 机损事故的不同故障部位 

总之，船舶电控柴油机在经济性、排放物低害性和可靠性等方面优于常规二冲程柴油机，但由于其在实船应用时间不长，仍需长期应用经验的积累。一方面轮机人员应不断提高电控柴油机的操作和维护管理技能，不断丰富实践经验，充分利用电控系统提供的丰富信息，迅速查找和排除各类电气故障；另一方面应设法进一步提高电控柴油机的运行可靠性，如设计更加友好的人机界面，加固线路的接头连接和屏蔽保护，采取状态监测和故障诊断等手段及时发现故障，避免事故进一步扩大，以保障船舶柴油主机的运行安全。

3 结束语

船舶电控柴油机具有与常规船舶柴油机不同的故障易发部件和机损特征，因此提出了不同的管理要求。除了传统的机械故障外，还应注意断路、接线错误、短路或烧损以及电磁干扰等电气故障。在船舶机舱的日常运行管理中，除了观察常规的“跑、冒、滴、漏”现象外，还要特别注意电气线路的接线、短路和电磁干扰等现象，以保障电控柴油机的运行安全。

参考文献：

[1]胡以怀,高雨颀,郭磊等.船舶电控柴油机的典型故障统计分析[J].航海技术,2023,No.260(02):44-48.