淺談DF7型內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)燃油系統(tǒng)的穴蝕危害和措施

萬學(xué)一

（太原鐵路安全監(jiān)督管理辦公室駐湖東電力機(jī)務(wù)段驗(yàn)收室（大同分室），山西 大同 037005）

1 燃油系統(tǒng)中的穴蝕及其危害

燃油系統(tǒng)中穴蝕在高壓油泵，高壓油管和噴油器等各處均可能產(chǎn)生。如：穴蝕造成高壓油泵泵體穿透，造成柱塞偶件滑動(dòng)性能變差或卡帶。穴蝕造成高壓油管孔徑改變或油管斷裂。進(jìn)一步影響油量改變。穴蝕還造成噴油器針閥偶件的霧化不良，滴油甚至根本不霧化。其原因之一是所用的金屬材料硬度較低。在燃油系統(tǒng)中較硬的元件如噴油器針閥偶件上出現(xiàn)穴蝕的情況相對(duì)少一些。但在某些場(chǎng)合中穴蝕也可能使噴油器針閥偶件在運(yùn)行幾十小時(shí)后損壞。而噴油器針閥閥線的穴蝕會(huì)破壞噴油器針閥偶件的密封性能，造成霧化不良滴油甚至不霧化，從而使柴油機(jī)燃燒狀態(tài)惡化，油耗量增加，嚴(yán)重的影響柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，可靠性和耐久性?？傊加拖到y(tǒng)的穴蝕直接影響到柴油機(jī)的工作狀況。

2 穴蝕原因

穴蝕破壞是物理效應(yīng)和化學(xué)效應(yīng)的綜合結(jié)果。但是主要還是物理效應(yīng)。柴油機(jī)在工作時(shí)，高壓油泵的瞬時(shí)供油量和油壓都是在變化的。其變化規(guī)律取決于供油凸輪的型線。我們知道燃油是有可壓縮性的，由于燃油的可壓縮性，高壓油泵柱塞產(chǎn)生的壓力是通過高壓管并且以壓力波的形式在高壓油泵柱塞偶件和噴油器針閥偶件之間傳播的。若此時(shí)，壓力波不足以使噴油器針閥偶件的針閥升起時(shí)，所產(chǎn)生的壓力波便全部反射回高壓油管的內(nèi)部，并且與高壓油泵新產(chǎn)生的壓力波疊加后重新向噴油器的針閥偶件傳播。如此往復(fù)傳播，直到針閥開啟，噴油終了為止。因此在噴油過程中，高壓油管內(nèi)各斷面的油壓是隨著時(shí)間的變化而變化的。當(dāng)燃油系統(tǒng)中任何一點(diǎn)的壓力下降到等于或低于該溫度下的燃油蒸汽壓力時(shí)便形成氣泡。隨后由于氣泡外邊的燃油壓力高，氣泡周圍燃油表面張力低，氣泡外面的燃油就有向氣泡中心加速前進(jìn)的趨勢(shì)，并且有一定的動(dòng)能，氣泡在正壓力波作用下就破裂。破裂時(shí)被壓縮的氣泡凝結(jié)成少量的燃油，同時(shí)產(chǎn)生非常高的壓力，使金屬表面造成脫落形成麻點(diǎn)，即出現(xiàn)穴蝕。隨后形成不規(guī)則的凹槽。這樣周而復(fù)始，就會(huì)使金屬表面遭受破壞。

3 影響穴蝕的因素

燃油噴射系統(tǒng)中的穴蝕程度主要由液力參數(shù)決定。其次還與零件表面的質(zhì)量，材料的特性，材料靜態(tài)的應(yīng)力狀態(tài)，燃油品種和使用溫度等因素有關(guān)。

3.1 液力參數(shù)根據(jù)有關(guān)科研設(shè)計(jì)單位的實(shí)驗(yàn)和測(cè)算，對(duì)波動(dòng)穴蝕的破壞強(qiáng)度正比于氣泡形成時(shí)期周圍壓力。對(duì)流動(dòng)穴蝕，穴蝕的破壞強(qiáng)度正比于流速。

3.2 材料的表面狀態(tài)材料內(nèi)表面質(zhì)量好，抗穴蝕能力就強(qiáng)，在多年的檢修工作中可以證明，原東風(fēng)7型內(nèi)燃機(jī)車高壓油泵長期使用內(nèi)表面存在缺陷的對(duì)打孔的油管，結(jié)果在使用過程中，一個(gè)輔修可造成整臺(tái)機(jī)車噴油器工作狀態(tài)極差，霧化不良。而改變油管的狀態(tài)后，使用內(nèi)表面良好的高壓油管，長期使用后噴油漆的工作狀態(tài)仍然良好，改善了工作狀況。兩外材料表面硬度較高也能減少穴蝕破壞。

3.3 材料特性大量的實(shí)驗(yàn)證明選用合金鋼制造的高壓油管或度陶瓷的柱塞等，都可提高使用效果。

3.4 材料的靜動(dòng)態(tài)應(yīng)力機(jī)械應(yīng)力的疊加會(huì)對(duì)穴蝕損壞起助長作用。在對(duì)柴油機(jī)長期觀察發(fā)現(xiàn)，有關(guān)頭部較油管其他部位更為嚴(yán)重。這是因?yàn)橛凸茴^部在彎曲力矩作用下震動(dòng)所致。

3.5 燃油品種和燃油使用溫度不同品種燃油在不同的溫度下，其蒸汽壓力，聲速，粘度和表面張力各不相同。零件表面抗穴蝕能力也會(huì)有所差異。

4 防止穴蝕破壞的措施

由于燃油噴射系統(tǒng)的參數(shù)關(guān)系復(fù)雜，引起穴蝕的因素很多。所以防止穴蝕必須從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，材質(zhì)，熱處理，加工精度，燃油噴射系統(tǒng)匹配及使用部門的維護(hù)保養(yǎng)和檢修等方面來綜合考慮采取措施。

4.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改進(jìn)。

4.2 供油凸輪型面的優(yōu)化設(shè)計(jì)合理設(shè)計(jì)供油凸輪型面，使之適應(yīng)瞬時(shí)間供油量和油壓的變化規(guī)律。

4.3 采用高強(qiáng)度合金材料在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)上采用高強(qiáng)度合金材料，防止對(duì)配件產(chǎn)生穴蝕。

4.4 采用工藝堵當(dāng)前在一些高壓油泵的泵體上采用工藝堵來抗穴蝕，延長高壓油泵的使用壽命。

4.5 采用緩沖型出油閥緩沖型出油閥是在原下置等容卸載結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的。出油閥座面的下部增加了直徑6毫米的阻尼圓柱，出油閥落座之前，卸載凸緣進(jìn)入導(dǎo)向中孔之后，閥體內(nèi)的燃油處于某種程度的密封狀態(tài)，燃油的排泄只能通過6毫米和14毫米兩處的配合間隙。利用燃油的阻尼作用，減緩出油閥落座速度，降低供油終了后的系統(tǒng)內(nèi)回油速度。同時(shí)還可收到減少壓力波震蕩的幅度，減輕二次噴射的效果。使噴油器針閥偶件穴蝕減輕。目前DF4機(jī)車才用的就是這種出油閥偶件。

4.6 采用壓力卸載式出油閥。目前東風(fēng)4D型內(nèi)燃機(jī)車使用的就是這種出油閥。它是用看來控制兩次噴射之間泵體所保存的系統(tǒng)壓力，防止在噴射后燃油從噴油器逆流。出油閥設(shè)有順流閥和逆流閥各一個(gè)。它能保證在柴油機(jī)全部工況下高壓燃油管內(nèi)的剩余壓力保持恒定。不受柴油機(jī)的負(fù)荷及轉(zhuǎn)速的影響，可以改善部分負(fù)荷時(shí)的柴油機(jī)性能，改善噴油器的使用壽命。

4.7 噴油器偶件材料的選擇隨著柴油機(jī)功率等級(jí)和強(qiáng)化程度的提高，噴油器偶件的材料選擇成為一個(gè)重要課題。因?yàn)檎骈y體的選材與其在柴油機(jī)中的工作溫度有及為密切的關(guān)系。以上這些是有關(guān)設(shè)計(jì)部門和生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)配件時(shí)采取的防穴蝕的必要措施。

4.8 使用部門的措施使用部門的細(xì)心維護(hù)和精心保養(yǎng)與嚴(yán)格的檢修也是保證減少穴蝕的必不可少的條件。

結(jié)束語

大功率高強(qiáng)化柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)所出現(xiàn)的穴蝕，2次噴射以及噴油器針閥斷裂等一系列問題，將嚴(yán)重影響柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性能，可靠性和耐久性。通過對(duì)高強(qiáng)化柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)出現(xiàn)的穴蝕顯現(xiàn)，穴蝕類型，穴蝕原因等進(jìn)行的系統(tǒng)分析中可以看到，防止燃油噴射系統(tǒng)的穴蝕可通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改變，材料，熱處理，制造精度和使用單位的檢修和維護(hù)保養(yǎng)等五個(gè)方面綜合治理來提高燃油系統(tǒng)性能，經(jīng)濟(jì)性，可靠性和耐久性。特別是使用單位在檢修過程中的工藝范圍的落實(shí)，檢修質(zhì)量的保證和提高將起到關(guān)鍵的作用。

[1]鐵道部北京二七機(jī)車廠.東風(fēng)7型內(nèi)燃機(jī)車的運(yùn)用與維修[M].北京：中國鐵道出版社，1994.

[2]鮑維千.內(nèi)燃機(jī)車總體及機(jī)車走行部[M].北京：中國鐵道出版社，1995.