柴油機(jī)噴油系統(tǒng)的故障分析

影響柴油性能的因素man-b.ws60me收割機(jī)是一艘稱重的電動(dòng)汽車，也稱為智能收割機(jī)。將電子設(shè)備及軟件應(yīng)用于船用柴油機(jī),能夠有效地實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)在各種負(fù)荷下的性能最優(yōu)化,從而達(dá)到在滿足最新排放要求下,提高其經(jīng)濟(jì)性、可靠性、操縱靈活性和延長使用壽命。噴油器作為燃油噴射系統(tǒng)的核心部件之一,其工作狀態(tài)對(duì)柴油機(jī)的燃燒過程是否完善有著極其重要的影響,進(jìn)而影響柴油機(jī)的各項(xiàng)性能。電控柴油機(jī)近幾年才開始投入應(yīng)用,輪機(jī)人員操作使用太少,管理經(jīng)驗(yàn)缺乏,所以需要輪機(jī)人員和機(jī)務(wù)管理人員在運(yùn)行中不斷學(xué)習(xí)與探索。1噴油機(jī)的介紹1.1燃油壓力升溫控制5S60ME柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)如圖1所示,低壓的系統(tǒng)滑油經(jīng)過機(jī)帶液壓泵升壓后成為225-300bar的高壓伺服液壓油,作為驅(qū)動(dòng)燃油升壓器液壓活塞的動(dòng)力油。電控燃油噴射定量閥ELFI(aproportionalElectronicFuelInjectioncontrolvalve)控制噴油定時(shí)和供油量,比傳統(tǒng)的帶有滾柱、導(dǎo)輪、可變噴油定時(shí)機(jī)構(gòu)(VIT)和楔形槽的燃油泵簡單得多。ELFI閥從柴油機(jī)控制系統(tǒng)ECS接收信號(hào)使閥開啟,伺服油進(jìn)入燃油壓力升壓器的下方,從而推動(dòng)燃油壓力升壓器中的活塞上行壓縮低壓燃油使之產(chǎn)生60~100MPa的高壓,經(jīng)高壓油管進(jìn)入噴油器噴入氣缸。燃油升壓器只起到升壓作用,沒有出油閥和安全閥,結(jié)構(gòu)簡單。ELFI閥由電腦控制,非常靈活,它通過定量閥控制通往燃油壓力升壓器的伺服油壓,使其在不同負(fù)荷時(shí)開啟的時(shí)刻及持續(xù)時(shí)間不同,適應(yīng)各種負(fù)荷工況。1.2噴油泵控制燃油5S60ME柴油機(jī)每個(gè)缸有兩個(gè)噴油器,在排氣閥前后兩側(cè)對(duì)稱布置,結(jié)構(gòu)和MC機(jī)型相似,也是一種非冷卻多孔式噴油器,如圖2所示。噴油器由噴油嘴1和噴油器本體2組成。在噴油器的上部還設(shè)有止回閥組件,主要由止回閥體6、止推彈簧9、止回閥8及止推座12組成。燃油由噴油器頂部進(jìn)入。當(dāng)燃油壓力小于1MPa時(shí),止回閥在止推彈簧的作用下關(guān)閉,即止回閥8封閉燃油下行通道,同時(shí)止推座12下部的旁通孔14開啟,燃油經(jīng)旁通孔在噴油器體內(nèi)循環(huán)后排出,如圖2(a)所示。當(dāng)噴油泵供油期間油壓升高(大于1MPa時(shí)),止回閥8克服止推彈簧9的作用而上升,打開止回閥使燃油向下進(jìn)入針閥3的油腔內(nèi),同時(shí)將旁通孔14關(guān)閉,如圖2(b)所示。旁通孔14關(guān)閉后燃油壓力急劇升高達(dá)到啟閥壓力后,克服彈簧5的彈力將針閥4抬起,于是燃油經(jīng)針閥閥座和噴油孔噴入氣缸,如圖2(c)所示。當(dāng)噴油泵供油結(jié)束,油管中的壓力降低,當(dāng)壓力降低到1Mpa以下時(shí),止回閥8又在彈簧9的作用下關(guān)閉,燃油循環(huán)油路重新接通。這樣,燃油循環(huán)在柴油機(jī)備車期間可對(duì)噴油器進(jìn)行預(yù)熱,在運(yùn)轉(zhuǎn)期間對(duì)噴油器冷卻并兼有驅(qū)氣作用。2主要失敗現(xiàn)象和分析2.1在集油器面和壓濃時(shí),主某輪主機(jī)型號(hào)5S60ME-C7,額定功率8833kW,額定轉(zhuǎn)速105rpm,常用功率7950kW,常用轉(zhuǎn)速101.4rpm。某日航行中,06:00主機(jī)燃油單元集油筒低油位報(bào)警,拆開自動(dòng)放氣閥后接頭有氣冒出,說明放氣閥工作正常。采取臨時(shí)措施人工放氣,報(bào)警消除,但四個(gè)小時(shí)后報(bào)警再次發(fā)生,又人工放氣后,報(bào)警消除。分析原因應(yīng)該是集油筒內(nèi)空氣較多,自動(dòng)放氣閥來不及放氣,空氣占用了燃油空間,導(dǎo)致油位過低。輪機(jī)人員首先懷疑壓縮空氣進(jìn)入燃油系統(tǒng),而與壓縮空氣連接燃油部件只有自清濾器。拆檢燃油自清濾器的氣動(dòng)活塞,膠圈未見損壞,所以壓縮空氣不會(huì)進(jìn)入燃油管路,排除壓縮空氣的原因。隨后報(bào)警間隔越來越短,后來一個(gè)多小時(shí)就要人工放氣一次。晚上20:00主機(jī)NO.2缸突然排溫低報(bào)警,主機(jī)自動(dòng)減速,從101rpm降為46rpm。停主機(jī)更換備用噴油器,在安裝噴油器時(shí)發(fā)現(xiàn)缸蓋上噴油器孔錐形接觸面有兩道深約1mm的溝槽,用專用工具研磨后換新油頭。主機(jī)起動(dòng)后運(yùn)行正常。檢查換下的噴油器發(fā)現(xiàn)前部噴油器殼體密封錐面有裂紋,如圖3所示,壓磅試驗(yàn)時(shí)超過38MPa還不噴油(說明書要求啟閥壓力30~38MPa)。解體發(fā)現(xiàn)針閥在關(guān)閉位置卡死在針閥體中,針閥體外表粘附油泥和顆粒狀碳渣。油泥是冷態(tài)的燃油,碳渣則是燃燒產(chǎn)物。因此,可以確定氣缸內(nèi)的高壓高溫燃?xì)獯┻^噴油器殼體裂紋進(jìn)入低壓燃油中,隨回油進(jìn)入集油筒中導(dǎo)致集油筒中空氣多而油位低引發(fā)報(bào)警。剛開始發(fā)生時(shí),裂紋較小,燃?xì)庑孤渡?報(bào)警間隔長;后來隨著裂紋的擴(kuò)大,漏氣量增大,報(bào)警頻繁,同時(shí)高溫燃?xì)庖疳橀y過熱,最終卡死在針閥體內(nèi),使主機(jī)該缸噴油量減少,排溫降低,繼而主機(jī)降速。缸蓋錐形接觸面上的溝槽是由于高溫高壓燃?xì)庑孤吨袥_刷造成的。本次故障的根本原因是噴油器體錐面的裂紋引起,后來了解到原噴油器是國內(nèi)某柴油機(jī)廠的產(chǎn)品。但輪機(jī)人員早期一直懷疑壓縮空氣原因,直到主機(jī)降速才確定真正原因,如果及時(shí)確認(rèn)由于燃?xì)庠斐傻膱?bào)警,就可以及早查找主機(jī)燃油系統(tǒng)的原因,通過拆開回油管接頭是可以判斷出哪一個(gè)噴油器故障的,因此就不會(huì)造成缸蓋的破壞,以致產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)損失。2.2止推座柱塞部位斷裂某日航行中,主機(jī)NO.4缸排氣溫度低,排溫偏差迅速超過60℃,主機(jī)安保裝置自動(dòng)發(fā)出報(bào)警并自動(dòng)降速。慢車運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后停車,更換該缸兩個(gè)噴油器,恢復(fù)航行。將兩個(gè)噴油器解體后,發(fā)現(xiàn)前部噴油器止回閥止推座斷裂,如圖4所示。本類型主機(jī)中止回閥的功用是可使燃油進(jìn)入噴油器內(nèi)循環(huán),正常情況下,油壓低時(shí)止回閥關(guān)閉旁通孔打開,少量燃油從旁通孔回流;壓力大于1MPa時(shí),止回閥打開旁通孔關(guān)閉,壓力大于噴油器啟閥壓力后噴油。當(dāng)止推座端部柱塞部位斷裂時(shí),燃油從斷裂處大量流出,經(jīng)回油管至除氣筒,油壓不能建立,打不開針閥,噴油器停止噴油,同時(shí)另外一只噴油器也因油壓低不能噴油,進(jìn)而造成主機(jī)單缸熄火。斷裂處位于止推座柱塞根部退刀槽處,見圖2旁通孔14上方止推座形狀變化處。正常情況下,止推座不會(huì)輕易折斷,斷裂的原因可能是零件材料本身的問題,也有可能是承受側(cè)推力造成。船上無法對(duì)材料做出檢驗(yàn),只能考慮機(jī)械方面的原因。到港后重新檢查了前部噴油器的緊固螺母,發(fā)現(xiàn)兩個(gè)蝶形彈簧總成中彈簧片數(shù)量不一樣,一個(gè)為12片,另一個(gè)為11片,蝶形彈簧總成的結(jié)構(gòu)如圖5所示。根據(jù)說明書要求螺母上緊后,壓緊塊和彈簧座上平面要對(duì)齊,這樣才能保證兩螺帽上緊力度一致。原噴油器是按照說明書上緊的,但沒有注意到蝶形彈簧總成中彈簧片數(shù)量不同,所以造成上緊力度不均,繼而使噴油器內(nèi)部部件中心線偏斜,使止推座承受較大側(cè)推力。更換蝶形彈簧總成后沒有出現(xiàn)止推座斷裂的事故。2.3噴孔周邊裂紋長某次在錨地常規(guī)拆檢主機(jī)NO.6缸噴油器,解體后部噴油器發(fā)現(xiàn)針閥體外表粘附碳渣,是燃?xì)膺M(jìn)入噴油器所致;噴油嘴噴孔附近有結(jié)碳,結(jié)碳清除后發(fā)現(xiàn)噴孔附近裂紋長約4mm。噴孔裂紋使缸內(nèi)高壓高溫燃?xì)膺M(jìn)入噴油器會(huì)導(dǎo)致噴油器過熱而損壞。幸虧發(fā)現(xiàn)及時(shí),避免了在航行中停車更換。用原廠改進(jìn)型噴油器更換,使用之后未發(fā)生故障。從以上事故案例可以看出故障的主要原因是噴油器質(zhì)量問題,當(dāng)然也有管理經(jīng)驗(yàn)不足的原因。如果柴油機(jī)燃燒工況不正常時(shí),大部分情況下是由于噴油器引起的,所以首先要對(duì)噴油器做仔細(xì)拆檢,然后再查找其他設(shè)備。3錯(cuò)誤處理對(duì)策3.1噴油器的安裝注意事項(xiàng)針對(duì)上述故障,機(jī)艙和機(jī)務(wù)管理人員主要應(yīng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行避免:1)應(yīng)盡量保持柴油機(jī)在較高負(fù)荷的工況下運(yùn)行,避免長時(shí)間低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn),此時(shí)噴油量小,霧化質(zhì)量差,從而造成油嘴積炭,噴孔堵塞。2)應(yīng)注意噴油器回油的工作狀況,保證噴油器回油管路的止回閥正常開關(guān),確保燃油經(jīng)過噴油器循環(huán)對(duì)其冷卻,防止過熱。3)維持燃油凈化設(shè)備正常運(yùn)行,保證油質(zhì)清潔,防止燃油中的固體顆粒造成止回閥和針閥運(yùn)動(dòng)阻力增大甚至卡死。4)拆裝時(shí)要嚴(yán)格按照說明書要求,對(duì)于該型號(hào)噴油器,需要注意以下幾點(diǎn):第一,安裝噴油器時(shí),上緊螺母時(shí)應(yīng)使壓緊塊頂面與彈簧座頂面齊平,偏差不大于0.2mm,如圖6所示。因?yàn)榈螐椈傻膹椓Q定了噴油器與氣缸蓋間的正確壓緊以及噴油器內(nèi)部部件的正確壓緊。第二,注意蝶形彈簧總成中彈簧片的數(shù)量和朝向。彈簧片12塊,分為四組排列,每組三塊彈簧片為同一朝向,上面一組與壓塊為外接觸。正確的裝配才能保證噴油器有合適的預(yù)緊力。第三,徹底清潔氣缸蓋上的噴油器孔,仔細(xì)檢查孔座有否傷痕,必要時(shí)使用滲透探傷。如果有傷痕必須修復(fù)。5)針對(duì)上述故障主要出在同種型號(hào)的國內(nèi)生產(chǎn)的船舶柴油機(jī),國內(nèi)材料質(zhì)量和技術(shù)相對(duì)落后,船東在船舶建造時(shí)可以考慮要求采用同種型號(hào)國外產(chǎn)柴油機(jī)或國產(chǎn)機(jī)配國外噴油機(jī)備件,從而降低故障發(fā)生的概率。3.2噴油器的選擇原則該噴油機(jī)的故障主要是材料的裂紋和斷裂造成的,因此也可以從設(shè)計(jì)的角度進(jìn)行改進(jìn),從而避免或減少故障的發(fā)生。1)噴油器在缸蓋安裝后,與缸蓋接觸部位承受較大的機(jī)械應(yīng)力,該處形狀變化大,應(yīng)力比較集中;同時(shí)位置靠近燃燒室,溫度較高,承受較大的熱應(yīng)力和熱負(fù)荷。因此在選用噴油器體的材料時(shí)要采用具有較好的機(jī)械性能和耐高溫性能的材料。2)優(yōu)化噴油器部件的結(jié)構(gòu),改善其冷卻效果和工作性能,比如最新型噴油器噴油嘴采用燃油切斷桿的形狀,減少燃油的滴漏,可避免噴油嘴過熱。3)噴油器針閥和止回閥屬于精密偶件,要保證良好的加工精度和合適的表面處理,以保證其耐磨性、耐蝕性和尺寸穩(wěn)定性。4噴油器的運(yùn)行注意事項(xiàng)ME柴油機(jī)噴油器噴射壓力較高,工作條