船用柴油機(jī)汽缸注油器發(fā)展及故障分析

張德福，李雷斌，沈國華，周 翀

(1.天津理工大學(xué)海運(yùn)學(xué)院，天津 300384;2.中海油油建渤海裝備技術(shù)服務(wù)分公司，天津 300450)

1 船用柴油機(jī)汽缸注油器的類型和工作特點(diǎn)

隨著船用柴油機(jī)強(qiáng)化程度的不斷提高，大功率中速和低速柴油機(jī)的汽缸潤滑普遍采用缸壁注油方式，汽缸注油器是實(shí)現(xiàn)這一潤滑方式的核心設(shè)備。目前，汽缸注油器主要分為機(jī)械式汽缸注油器和電控式汽缸注油器兩大類。兩者在注油壓力的建立，注油率、注油量以及注油定時調(diào)節(jié)方面具有各自的特點(diǎn)。

機(jī)械式注油器工作原理與燃油噴油泵相似，采用組合式柱塞泵將所需滑油按照一定的時間間隔和注油數(shù)量以一定的壓力輸送到缸壁進(jìn)行潤滑。注油壓力的建立是依靠泵油柱塞，注油間隔亦即注油頻率通常為每30～40個活塞行程注油一次，且注油頻率只隨柴油機(jī)轉(zhuǎn)速變化而線形變化，無法人工調(diào)節(jié)。注油壓力通常為0.2 MPa左右，單位時間注油總量可通過調(diào)節(jié)注油器內(nèi)泵油柱塞的行程進(jìn)行調(diào)整。理論注油定時在運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)是固定的，一般選擇活塞運(yùn)行到上止點(diǎn)附近時，活塞第1道環(huán)和第2道環(huán)之間與注油接頭相對的時刻進(jìn)行注油。實(shí)際注油開始時刻是在缸內(nèi)壓力小于注油壓力時才真正開始。影響實(shí)際注油定時的因素除了與注油器本身有關(guān)，還與柴油機(jī)類型和運(yùn)轉(zhuǎn)工況有關(guān)，因此，實(shí)際注油定時的控制精度無法保證，實(shí)船管理上只能做到理論注油定時盡量正確。

隨著電子控制技術(shù)的發(fā)展，特別是電控共軌式燃油噴射系統(tǒng)在實(shí)船上的成功應(yīng)用，電控汽缸注油器開始研制并在船上使用，典型的包括丹麥漢斯延森注油器系統(tǒng)公司 (Hans Jensen Lubricators)旋流式注油器和日本三井公司ALPHA ACC注油器，二者在汽缸油注入狀態(tài)上有所區(qū)別，但基本工作原理是相似的［1-2］。電控注油系統(tǒng)的原理圖見圖1。

圖1 電控注油系統(tǒng)原理圖

圖1中，依靠電動油泵將汽缸油加壓到4～5 MPa并輸送到供油單元 (共軌管)，由電控單元(ECU)控制注油器的電磁閥在合適的時刻啟閉，執(zhí)行汽缸注油。為了實(shí)現(xiàn)注油定時的精確控制，電控單元需要采集柴油機(jī)的兩個信號，即柴油機(jī)第一缸上死點(diǎn)信號也稱為同步信號，此信號對應(yīng)曲軸每轉(zhuǎn)一圈輸出一個脈沖信號。另一個是曲軸轉(zhuǎn)角信號，即曲軸每轉(zhuǎn)動1°曲軸轉(zhuǎn)角，輸出一個數(shù)字脈沖信號。兩個信號均由曲柄轉(zhuǎn)角標(biāo)碼器提供。電控單元通過采集同步信號作為觸發(fā)電控單元計(jì)數(shù)工作的開始點(diǎn)，同時通過電控單元內(nèi)另一計(jì)數(shù)器對曲軸轉(zhuǎn)角信號采集計(jì)數(shù)，在達(dá)到對應(yīng)注油定時所對應(yīng)的預(yù)設(shè)計(jì)數(shù)值后，計(jì)數(shù)器產(chǎn)生溢出中斷，電控單元輸出一個控制信號，經(jīng)信號放大后驅(qū)動圖1中的電磁閥開啟，定時向缸內(nèi)以高壓霧化狀態(tài)注入滑油實(shí)現(xiàn)潤滑。目前，電控汽缸注油器的理論注油定時基本不變 (注油定時通常設(shè)定在活塞壓縮沖程時，注油接頭靠近活塞環(huán)周圍噴入)，但為滿足今后更高標(biāo)準(zhǔn)的注油定時控制，預(yù)計(jì)今后必將出現(xiàn)隨柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷變化對注油定時進(jìn)行隨時在線調(diào)節(jié)。此外，與機(jī)械式注油器不同，電控注油器的每次注油量是固定的，而單位時間內(nèi)的注油總量的調(diào)整是通過注油器的注油頻率來實(shí)現(xiàn)［3］。電控注油器的注油頻率通常是以缸內(nèi)平均指示壓力或機(jī)器轉(zhuǎn)速等運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)為依據(jù)進(jìn)行調(diào)節(jié)的。

綜上可見，機(jī)械式與電控式注油器的區(qū)別在于，前者油量調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)油泵柱塞的行程方式實(shí)現(xiàn)的，注油頻率只與機(jī)器轉(zhuǎn)速有關(guān);電控式則通過調(diào)節(jié)注油頻率實(shí)現(xiàn)油量調(diào)節(jié)，油泵柱塞的行程注油量是固定的。二者共同點(diǎn)是現(xiàn)階段的注油定時都是固定的，需要停車后才能調(diào)整。本文以某輪機(jī)械式注油器故障實(shí)例，說明注油定時的重要性以及注油器注油定時的檢查、調(diào)整方法。

2 故障現(xiàn)象與分析

某輪主機(jī)機(jī)型:MAN-B＆W MCE50，各缸缸套采用機(jī)械式注油潤滑，其組成見圖2。

圖2 機(jī)械式注油器

由圖2可見，該機(jī)各缸注油器為單體式，各缸注油器以串聯(lián)方式連接，注油器油泵的動力驅(qū)動來自主機(jī)動力輸出端鏈輪。

航行期間，主機(jī)1#、2#兩缸先后出現(xiàn)排氣溫度和缸套冷卻水溫度異常升高，并伴隨輕微拉缸聲音，降速停車后打開檢查孔盤車發(fā)現(xiàn)，1#、2#缸活塞頭部側(cè)面有拉痕，活塞頭部周圍及活塞頂有較多積碳。由此判斷可能由于拉缸引起。引起拉缸的原因通常主要存在于缸套潤滑方面如滑油質(zhì)量、注油參數(shù)等，在柴油機(jī)方面主要涉及到燃燒室運(yùn)動件配合間隙、負(fù)荷工況等。鑒于該機(jī)進(jìn)入正常磨損期只有3 000 h，且無超負(fù)荷現(xiàn)象發(fā)生過，柴油機(jī)工況和配合間隙的可能可以排除。由于其他各缸潤滑狀態(tài)良好，可以判斷滑油質(zhì)量沒有問題，因此重點(diǎn)放在檢查各缸注油定時和注油量上。經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)1#、2#缸的注油定時比其他缸提前了20°CA，意味著注油開始時活塞頭部還未越過注油噴嘴的高度，因此壓力滑油部分噴射到活塞頂和第1道環(huán)上部空間，引起過多滑油進(jìn)入燃燒室被燒掉，沒有完全燒掉的汽缸油形成油泥積存在第1道環(huán)槽內(nèi)導(dǎo)致第1道環(huán)粘滯、卡阻，引起拉缸。而引起1#、2#缸注油定時變化的原因在事后翻看輪機(jī)日志時發(fā)現(xiàn)，是由于在更換3#缸注油器后，沒有及時修正1#、2#兩缸的注油定時，造成這兩缸注油定時出現(xiàn)偏差。

3 故障處理

注油定時測量使用原廠專配的測量樣板，測量樣板及注油器上的測量標(biāo)記分別如圖3和圖4所示。

圖3 測量樣板定時標(biāo)記

圖4 機(jī)械式注油器注油定時標(biāo)記

由圖3可見，測量樣板左側(cè)“A”表示A面，數(shù)字6、1、5，表示可以用來測量第6#、1#和5#汽缸。數(shù)字旁邊的短線為測量標(biāo)記線。同理，測量樣板背面標(biāo)記“B”表示B面，B面可測量2#、4#、3#汽缸。測量樣板上有定位孔4個，對不同型號的注油器，可利用其中的2個孔將測量樣板安裝和固定到注油器的驅(qū)動軸端面。

測量注油定時前，先將1#缸活塞盤到上止點(diǎn)位置作為測量基準(zhǔn)。如要測量1#缸注油定時，則將測量樣板放到該缸注油器的驅(qū)動軸端面，并用定位銷子將測量樣板固定到注油器端面殼體上。檢查測量樣板A面數(shù)字1處的標(biāo)記與注油器驅(qū)動軸上的標(biāo)記A(見圖4)是否對齊，如果樣板上的標(biāo)記線與驅(qū)動軸上標(biāo)記線 (A處)能夠?qū)R，則表明該缸注油定時正確。否則，兩者在旋轉(zhuǎn)平面上的角度差即為該缸注油定時的偏差角度。參考主機(jī)正車時注油器驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)方向，通過判斷兩個標(biāo)記線的前后位置，可判斷注油定時偏差是處于超前還是滯后。本例故障中注油器驅(qū)動軸為順時針旋轉(zhuǎn)，測量發(fā)現(xiàn)注油器驅(qū)動軸上的標(biāo)記在順時針方向上超前測量樣板對應(yīng)的標(biāo)記，為此，松開注油器驅(qū)動軸上的聯(lián)軸節(jié)，手動沿逆時針方向盤車注油器驅(qū)動軸，直至與測量樣板上1#缸的標(biāo)記對齊，再重新將驅(qū)動軸聯(lián)軸節(jié)緊固。同理將2#缸注油器進(jìn)行定時調(diào)整。通過主機(jī)試車，1#缸和2#缸注油定時恢復(fù)正常。

4 結(jié)束語

汽缸注油潤滑的質(zhì)量對維護(hù)船用柴油機(jī)可靠運(yùn)轉(zhuǎn)至關(guān)重要，為了在獲得缸套良好潤滑質(zhì)量的同時盡量降低汽缸油消耗量，提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，需要輪機(jī)員掌握柴油機(jī)和注油器的匹配關(guān)系，并充分重視汽缸注油定時的檢查與調(diào)整。

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