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摘 要：首先，通过对文献的阅读深入了解VCU的工作原理以及工作的过程，做出VCU的工作原理图并用文字进行解说;其次，了解何为电喷主机，区别电喷主机与寻常主机的不同，以及了解电喷主机特点和优点;再次，了解主机的排气阀的作用和其工作的环境，必须深入地了解其出现故障的原因;最后，将学到的VCU工作原理运用到实际中，找出并解决电喷主机的排气阀故障。
关键词：VCU的工作原理;电喷主机;排气阀
中图分类号：U644 文獻标识码：A 文章编号：1006—7973（2021）03-0058-04
1研究目的和意义
主要研究目的是了解VCU的原理并用来排除电喷主机排气阀存在的故障，保证排气阀的正常开启和关闭，防止主机因排气阀不能正常作业而致使主机无法正常启动的事件发生，保证船舶运行以及船员人身的安全。让进行航运的船员们了解到主机的排气阀仍有可能存在着一些难以检查明白的故障，特别是在一般的情况下排气阀其中一部分的节流元件，起到祛除排气阀驱动油腔中混入的空气、排气阀关闭时阻尼缓冲作用、防止阀件过度交变敲击等作用，由于节流元件滑油的流失，供给油管路会变得堵脏，当排气阀节流元件运行时，制动管润滑油的一部分的损失，无法给予正常的补偿，制动管路中的仍有空气存在，致使排气阀无法正常工作[1]。当这种情况发生时，运用VCU的工作原理来分析并处理，便可以排解掉排气阀脏堵的故障并使其恢复正常。
2 VCU工作原理
VCU是VALVE CONTROL UNIT的简写，即阀控单元。以WARTSILA6RT-FLEX-50主机的VCU的工作原理为例（见图1）。当主机开始启动运转的时候，此主机的油压就会保持在120bar-200bar之间，此时排气阀的开关由WECS9520-CONTROL单元控制。每次排气阀打开的时候（见图2），共轨阀的上部电磁阀就会因为其电磁线圈通电，由于电磁的作用于共轨阀，打开上部导通，而与之连通的滑动阀芯上部也跟着导通，从主机上获得高压液压的伺服滑油就会驱动工作活塞往上运行，液压油中的高压会驱动排气阀油腔来打开排气阀。相反地，当排气阀关闭，共轨阀的下部电磁阀得电时，排气阀驱动油腔通过伺服油管放油，排气阀就会在空气弹簧的作用力下进入关闭的状态[1回油管有大概2bar-3bar的背压（见图1，共轨阀的节流元件会起背压缓冲的作用），而还有另一路则有主伺服油通过止回阀，来供到VCU的执行活塞排气阀液压油腔，补偿每当液压油驱动排气阀开启时通过排气阀上部节流孔溢流的润滑油。
3 故障主要因素
3.1排气阀的工作条件
排气阀是组成燃烧室的运动部件之一，由于其与燃烧产物直接接触，因此排气阀是在高温高压的状态下工作的。特别是当排气阀开启时，其还要承受着高温流动气体的腐蚀，其中包括着高温腐蚀和低温腐蚀。因而在主机运行期间排气阀的都处于高温状态，而高温有可能会降低金属材料的机械性能，改变材料的形状;如若排气阀的阀面密封不严时则会导致高温高压的燃气从漏气处剧烈摩擦排气阀使其温度升高，从而导致漏气加重，形成恶性循环。严重时会导致主机停机;排气阀开启是电子控制单元通过液压系统进行控制，阀座弹簧的作用力则是用来关闭排气阀的，因此，在排气阀不断的启闭的时候密封面锥面还承受着巨大的冲击性交变载荷。当排气阀的密封面出现烧损时会造成密封面的接触面积变小，使得密封面受力加大，导致接触面的所承受冲击性交变载荷急剧的增大。而早这种冲击性交变载荷撞击下，排气阀的密封面由于受力不均匀容易使接触面产生变形和严重的磨损。
由于当今的油价不断上涨，船东为了保证其利益，就会购买更加劣质的燃油，使得排气阀的工作环境变得更加恶劣，加快着排气阀的磨损和烧损;再加上轮机管理人员在日常管理上的一些不良的习惯让排气阀的寿命变得更短。因此，保证日常规范的管理以也成为了确保主机正常运行的重要因素之一，
3.2排气阀烧损
气阀的阀盘锥面烧损是排气阀常见故障之一。主要原因是由于气阀锥面密封不严密导致燃油燃烧时高温高压燃烧产物从密封不严的地方泄漏到排气管路中，而因为燃油燃烧产生高温高压燃烧产物不停的从漏气的地方溢出，使阀盘的漏泄处的温度不断的升高，当温度达到一定的程度的时候，就会容易造成金属材料被烧熔的现象。下面我们来分析造成排气阀密封不良的原因有哪些：⑴由于阀盘不制造得不够均匀以及材料的传热性能不良好等，还有排气阀各个面的受热面受热和散热的条件各不相同，使得排气阀的阀盘出现热应力，当热应力达到一定程度时就会改变排气阀阀盘的形状甚至出现裂纹，影响排气阀的密封性。⑵由于船舶主机燃用的燃油一般都是劣质的燃油，燃烧产物中会含有一定的颗粒，而排气阀密封锥面在工作温度下硬度会有所降低，当燃烧产物中的颗粒沉积密封锥面的时候，在气阀的启闭会产生冲击性的交变负荷的撞击下，使得密封面出现凹坑并贯穿阀面时，就会形成漏气。
3.3 排气阀高温腐蚀
为了航行时候的经济性，船东在购买燃油的时候一般都会选择廉价的劣质燃油，然而劣质燃油中一般都会含有一定量的钒、硫等元素。当劣质燃油在燃烧室燃烧产物就会含有钒和硫等氧化物，这些氧化物彼此之间接触后就会发生化学反应，而且这些氧化物还会和滑油中的钙元素反应，形成硫酸钙等，在形成的这些氧化物中，由于硫酸钙和钒酸盐的熔点都比较低，而且具有强烈的腐蚀性。当这些具有强烈腐蚀性的盐类随着主机的排气过程经过排气阀阀盘和阀盘锥面时，由于排气阀的阀盘真处于高温状态，这些盐类在接触到怕发阀盘和阀盘锥面时就会熔化并附着在上面，造成排气阀的腐蚀形成蜂窝状的凹痕。当这些凹痕联通的时候就会造成排气阀密封不严而漏气。上述腐蚀是高温条件下产生的，所以称之为高温腐蚀。这种高温腐蚀有害元素中以钒的危害性为最大。 3.4阀盘与阀杆断裂
在阀盘与阀杆的过渡圆角处和阀杆装设卡块的凹槽处，这些部位是应力相对集中部位。当应力集中时，就会容易发生疲劳断裂破坏[2]。造成断裂的原因有：阀杆与导管的间隙过大;阀盘与阀座的变形使局部受力过大;气阀间隙过大，敲击严重疲劳破坏;气阀机构的振动[2]。
3.5气阀卡死
气阀卡死主要是因为气阀的阀杆和导管之间因为间隙过小，当受热膨胀后二者间隙消失发生卡死现象。另一方面，当阀杆发生弯曲变形时也会使阀杆卡死在导管中[2]。
3.6气阀弹簧断裂
气阀弹簧本身的制作材料不好、结构设计不合理，制造时有缺陷，未按规定的要求正确的使用导致弹簧扭曲变形或达到疲劳极限均会导致断裂。气阀弹簧断裂直接破坏柴油机正常工作，严重时，气阀可能坠入汽缸[3]。
4 如何利用VCU的工作原理解决排气阀故障
4.1分析故障现象
以某DOOSAN WARTSILA 7RT-flex680（非定速）柴油机为主机的新船在其试航工程中，主机以低于6%额定负荷时运行出现的故障。 有时候主机中的其中一个气缸的排气阀出现不能正常关闭而报警，导致主机转速降低的现象。主机停车一段时间（大概30s左右），然后按下故障的复位按钮再启动主机，则故障就会消失;如果船舶正正处于风浪中航行，主机不能停车，则等到船舶可以停车时再做处理。船舶正常航行时没有其故障。
4.2分析排气阀的结构
排气阀主要由缓冲器、双头活塞、测量锥块、位置传感器等组成。采用双头活塞不仅可以减少伺服油的容量，迅速打开排气阀，能够让废气排得更干净，而且可以减缓排气阀关闭向下的速度而降低排气阀锥面与底座的交变性冲击负荷，使排气阀的维修周期变长。采用位置传感器能够远程控制排气阀的启闭，为了工作的可靠性以及延长使用寿命一般都会设置两个位置传感器，留一个备用。空气弹簧采用蝶形弹簧组件来做为阻尼元件。采用这种弹簧组件能够防止在排气阀的开启的液压作用力和关闭的弹簧作用力不平衡时排气阀受损。
4.3分析故障点
首先了解此排气阀动作原理，然后在根据其工作原理来分析故障点可能在的地方。
第一种猜测故障是排气阀的阀杆及导管发生卡阻。而据故障现象“主机停车一段时间（大概30s左右），然后再次启动主机，则故障就会消失，”即未对排气阀进行任何的检修但其可以自动恢复正常，所以这个猜测不成立。当拆检排气阀使并未见到气阀的阀杆及导管发生卡阻。
第二种猜测的故障是由于空气弹簧已损坏，导致排气阀不能够及时关闭。据故障现象“主机停车一段时间（大概30s左右），然后再启动主机，则故障就会消失”，即未对排气阀进行任何的检修但其可以自动恢复正常，所以这个猜测也不成立。再后来拆检排气阀时空气弹簧正常。
第三种猜测是由于补偿油太多了，而回油节流孔太小来不及把全部的补偿油完全进行泄放掉，即驱动排气阀的高压油不能全部泄压，阻碍排气阀关闭。这可以从故障现象“主机停车一段时间（大概30s左右），然后再启动主机，则故障就会消失”得到证实。主机停车一段时间后，节流孔会保持打开状态而多余的补偿油就可以通过开启状态的泄放孔泄放掉，控制开启排气阀的液压油的压力降低下来，排气阀上部的空气弹簧拥有足够的弹力克服液压油的向上的压力完成关闭排气阀的动作。由此确认故障点是由于补偿油油量过多，泄放孔不能够及时的泄放多余的补偿油而导致的。
4.4分析故障机理
做好拆解排气阀VCU的准备工作，然后对其进行拆解，发现补偿油有两条管路可以进行补偿（见图4）。认真的分析VCU的工作原理，可发现伺服油是经节流（见图4左节流头）进人伺服机构的。在查看主滑油系统的管路，发现主滑油经单向阀滑油系统。
5总结
通过运用VCU的工作原理以及排气阀结构的了解，通过VCU的工作原理认真分析排气阀故障并且找出发生故障的原因，排除故障，让排气阀恢复正常。而且于此事项为例，专门负责排气阀管理的轮机人员要注意防止排气阀再次出现此类故障。本文首先了解何为VCU、电喷主机和排气阀，并通过对VCU的工作原理、电喷主机的运行原理和其优缺方面以及排气阀的常见故障及其原因进行浅释，简单了解VCU的工作原理，深入了解电喷主机排气阀的常见故障以及故障的原因，学会初步运用VCU的工作原理进行排除电喷主机排气阀故障，确保不会因为排气阀故障而影响主机的正常运作。
参考文献：
[1]王文优. 利用VCU工作原理查找电喷主机排气阀故障案例分析[J]. 航海，2014，02：55-56.
[2]姜世勛，孙玉涛. 船舶柴油机排气阀常见故障的预防及处理[J]. 天津航海，2013，01：24-25.
[3]陈善能，冯玉海. MAN-B&W 6L50 MC型主机排气阀敲击故障分析[J]. 天津航海，2010，02：21-22.
关键词：VCU的工作原理;电喷主机;排气阀
中图分类号：U644 文獻标识码：A 文章编号：1006—7973（2021）03-0058-04
1研究目的和意义
主要研究目的是了解VCU的原理并用来排除电喷主机排气阀存在的故障，保证排气阀的正常开启和关闭，防止主机因排气阀不能正常作业而致使主机无法正常启动的事件发生，保证船舶运行以及船员人身的安全。让进行航运的船员们了解到主机的排气阀仍有可能存在着一些难以检查明白的故障，特别是在一般的情况下排气阀其中一部分的节流元件，起到祛除排气阀驱动油腔中混入的空气、排气阀关闭时阻尼缓冲作用、防止阀件过度交变敲击等作用，由于节流元件滑油的流失，供给油管路会变得堵脏，当排气阀节流元件运行时，制动管润滑油的一部分的损失，无法给予正常的补偿，制动管路中的仍有空气存在，致使排气阀无法正常工作[1]。当这种情况发生时，运用VCU的工作原理来分析并处理，便可以排解掉排气阀脏堵的故障并使其恢复正常。
2 VCU工作原理
VCU是VALVE CONTROL UNIT的简写，即阀控单元。以WARTSILA6RT-FLEX-50主机的VCU的工作原理为例（见图1）。当主机开始启动运转的时候，此主机的油压就会保持在120bar-200bar之间，此时排气阀的开关由WECS9520-CONTROL单元控制。每次排气阀打开的时候（见图2），共轨阀的上部电磁阀就会因为其电磁线圈通电，由于电磁的作用于共轨阀，打开上部导通，而与之连通的滑动阀芯上部也跟着导通，从主机上获得高压液压的伺服滑油就会驱动工作活塞往上运行，液压油中的高压会驱动排气阀油腔来打开排气阀。相反地，当排气阀关闭，共轨阀的下部电磁阀得电时，排气阀驱动油腔通过伺服油管放油，排气阀就会在空气弹簧的作用力下进入关闭的状态[1回油管有大概2bar-3bar的背压（见图1，共轨阀的节流元件会起背压缓冲的作用），而还有另一路则有主伺服油通过止回阀，来供到VCU的执行活塞排气阀液压油腔，补偿每当液压油驱动排气阀开启时通过排气阀上部节流孔溢流的润滑油。
3 故障主要因素
3.1排气阀的工作条件
排气阀是组成燃烧室的运动部件之一，由于其与燃烧产物直接接触，因此排气阀是在高温高压的状态下工作的。特别是当排气阀开启时，其还要承受着高温流动气体的腐蚀，其中包括着高温腐蚀和低温腐蚀。因而在主机运行期间排气阀的都处于高温状态，而高温有可能会降低金属材料的机械性能，改变材料的形状;如若排气阀的阀面密封不严时则会导致高温高压的燃气从漏气处剧烈摩擦排气阀使其温度升高，从而导致漏气加重，形成恶性循环。严重时会导致主机停机;排气阀开启是电子控制单元通过液压系统进行控制，阀座弹簧的作用力则是用来关闭排气阀的，因此，在排气阀不断的启闭的时候密封面锥面还承受着巨大的冲击性交变载荷。当排气阀的密封面出现烧损时会造成密封面的接触面积变小，使得密封面受力加大，导致接触面的所承受冲击性交变载荷急剧的增大。而早这种冲击性交变载荷撞击下，排气阀的密封面由于受力不均匀容易使接触面产生变形和严重的磨损。
由于当今的油价不断上涨，船东为了保证其利益，就会购买更加劣质的燃油，使得排气阀的工作环境变得更加恶劣，加快着排气阀的磨损和烧损;再加上轮机管理人员在日常管理上的一些不良的习惯让排气阀的寿命变得更短。因此，保证日常规范的管理以也成为了确保主机正常运行的重要因素之一，
3.2排气阀烧损
气阀的阀盘锥面烧损是排气阀常见故障之一。主要原因是由于气阀锥面密封不严密导致燃油燃烧时高温高压燃烧产物从密封不严的地方泄漏到排气管路中，而因为燃油燃烧产生高温高压燃烧产物不停的从漏气的地方溢出，使阀盘的漏泄处的温度不断的升高，当温度达到一定的程度的时候，就会容易造成金属材料被烧熔的现象。下面我们来分析造成排气阀密封不良的原因有哪些：⑴由于阀盘不制造得不够均匀以及材料的传热性能不良好等，还有排气阀各个面的受热面受热和散热的条件各不相同，使得排气阀的阀盘出现热应力，当热应力达到一定程度时就会改变排气阀阀盘的形状甚至出现裂纹，影响排气阀的密封性。⑵由于船舶主机燃用的燃油一般都是劣质的燃油，燃烧产物中会含有一定的颗粒，而排气阀密封锥面在工作温度下硬度会有所降低，当燃烧产物中的颗粒沉积密封锥面的时候，在气阀的启闭会产生冲击性的交变负荷的撞击下，使得密封面出现凹坑并贯穿阀面时，就会形成漏气。
3.3 排气阀高温腐蚀
为了航行时候的经济性，船东在购买燃油的时候一般都会选择廉价的劣质燃油，然而劣质燃油中一般都会含有一定量的钒、硫等元素。当劣质燃油在燃烧室燃烧产物就会含有钒和硫等氧化物，这些氧化物彼此之间接触后就会发生化学反应，而且这些氧化物还会和滑油中的钙元素反应，形成硫酸钙等，在形成的这些氧化物中，由于硫酸钙和钒酸盐的熔点都比较低，而且具有强烈的腐蚀性。当这些具有强烈腐蚀性的盐类随着主机的排气过程经过排气阀阀盘和阀盘锥面时，由于排气阀的阀盘真处于高温状态，这些盐类在接触到怕发阀盘和阀盘锥面时就会熔化并附着在上面，造成排气阀的腐蚀形成蜂窝状的凹痕。当这些凹痕联通的时候就会造成排气阀密封不严而漏气。上述腐蚀是高温条件下产生的，所以称之为高温腐蚀。这种高温腐蚀有害元素中以钒的危害性为最大。 3.4阀盘与阀杆断裂
在阀盘与阀杆的过渡圆角处和阀杆装设卡块的凹槽处，这些部位是应力相对集中部位。当应力集中时，就会容易发生疲劳断裂破坏[2]。造成断裂的原因有：阀杆与导管的间隙过大;阀盘与阀座的变形使局部受力过大;气阀间隙过大，敲击严重疲劳破坏;气阀机构的振动[2]。
3.5气阀卡死
气阀卡死主要是因为气阀的阀杆和导管之间因为间隙过小，当受热膨胀后二者间隙消失发生卡死现象。另一方面，当阀杆发生弯曲变形时也会使阀杆卡死在导管中[2]。
3.6气阀弹簧断裂
气阀弹簧本身的制作材料不好、结构设计不合理，制造时有缺陷，未按规定的要求正确的使用导致弹簧扭曲变形或达到疲劳极限均会导致断裂。气阀弹簧断裂直接破坏柴油机正常工作，严重时，气阀可能坠入汽缸[3]。
4 如何利用VCU的工作原理解决排气阀故障
4.1分析故障现象
以某DOOSAN WARTSILA 7RT-flex680（非定速）柴油机为主机的新船在其试航工程中，主机以低于6%额定负荷时运行出现的故障。 有时候主机中的其中一个气缸的排气阀出现不能正常关闭而报警，导致主机转速降低的现象。主机停车一段时间（大概30s左右），然后按下故障的复位按钮再启动主机，则故障就会消失;如果船舶正正处于风浪中航行，主机不能停车，则等到船舶可以停车时再做处理。船舶正常航行时没有其故障。
4.2分析排气阀的结构
排气阀主要由缓冲器、双头活塞、测量锥块、位置传感器等组成。采用双头活塞不仅可以减少伺服油的容量，迅速打开排气阀，能够让废气排得更干净，而且可以减缓排气阀关闭向下的速度而降低排气阀锥面与底座的交变性冲击负荷，使排气阀的维修周期变长。采用位置传感器能够远程控制排气阀的启闭，为了工作的可靠性以及延长使用寿命一般都会设置两个位置传感器，留一个备用。空气弹簧采用蝶形弹簧组件来做为阻尼元件。采用这种弹簧组件能够防止在排气阀的开启的液压作用力和关闭的弹簧作用力不平衡时排气阀受损。
4.3分析故障点
首先了解此排气阀动作原理，然后在根据其工作原理来分析故障点可能在的地方。
第一种猜测故障是排气阀的阀杆及导管发生卡阻。而据故障现象“主机停车一段时间（大概30s左右），然后再次启动主机，则故障就会消失，”即未对排气阀进行任何的检修但其可以自动恢复正常，所以这个猜测不成立。当拆检排气阀使并未见到气阀的阀杆及导管发生卡阻。
第二种猜测的故障是由于空气弹簧已损坏，导致排气阀不能够及时关闭。据故障现象“主机停车一段时间（大概30s左右），然后再启动主机，则故障就会消失”，即未对排气阀进行任何的检修但其可以自动恢复正常，所以这个猜测也不成立。再后来拆检排气阀时空气弹簧正常。
第三种猜测是由于补偿油太多了，而回油节流孔太小来不及把全部的补偿油完全进行泄放掉，即驱动排气阀的高压油不能全部泄压，阻碍排气阀关闭。这可以从故障现象“主机停车一段时间（大概30s左右），然后再启动主机，则故障就会消失”得到证实。主机停车一段时间后，节流孔会保持打开状态而多余的补偿油就可以通过开启状态的泄放孔泄放掉，控制开启排气阀的液压油的压力降低下来，排气阀上部的空气弹簧拥有足够的弹力克服液压油的向上的压力完成关闭排气阀的动作。由此确认故障点是由于补偿油油量过多，泄放孔不能够及时的泄放多余的补偿油而导致的。
4.4分析故障机理
做好拆解排气阀VCU的准备工作，然后对其进行拆解，发现补偿油有两条管路可以进行补偿（见图4）。认真的分析VCU的工作原理，可发现伺服油是经节流（见图4左节流头）进人伺服机构的。在查看主滑油系统的管路，发现主滑油经单向阀滑油系统。
5总结
通过运用VCU的工作原理以及排气阀结构的了解，通过VCU的工作原理认真分析排气阀故障并且找出发生故障的原因，排除故障，让排气阀恢复正常。而且于此事项为例，专门负责排气阀管理的轮机人员要注意防止排气阀再次出现此类故障。本文首先了解何为VCU、电喷主机和排气阀，并通过对VCU的工作原理、电喷主机的运行原理和其优缺方面以及排气阀的常见故障及其原因进行浅释，简单了解VCU的工作原理，深入了解电喷主机排气阀的常见故障以及故障的原因，学会初步运用VCU的工作原理进行排除电喷主机排气阀故障，确保不会因为排气阀故障而影响主机的正常运作。
参考文献：
[1]王文优. 利用VCU工作原理查找电喷主机排气阀故障案例分析[J]. 航海，2014，02：55-56.
[2]姜世勛，孙玉涛. 船舶柴油机排气阀常见故障的预防及处理[J]. 天津航海，2013，01：24-25.
[3]陈善能，冯玉海. MAN-B&W 6L50 MC型主机排气阀敲击故障分析[J]. 天津航海，2010，02：21-22.