某船MTU16V396型柴油機機油耗量過高故障原因分析及排除措施

伍建良

摘? ? 要：近年來隨著國家海洋維權意識的不斷增強，各類艦艇、公務船不斷建造入列服役，MTU系列柴油機在艦船領域應用也越來越廣。本文針對某船MTU16V396型柴油機機油耗量過高故障原因進行分析，并給出了相應的措施排除故障，對類似柴油機故障的排除具有借鑒意義。

關鍵詞：機油消耗量;燃燒室;磨損;冷卻水

中圖分類號：U664.121 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A

Abstract： In recent years， with the increasing awareness of national maritime rights protection， various types of naval vessels and official ships have been built and put into service. The MTU series of diesel engines are increasingly widely used in the field of naval vessels. This paper aims at analysis on the fault causes of excessive oil consumption of MTU16V396 diesel engine on a ship， finds the specific reasons through corresponding elimination measures， and finally solves the problem of excessive oil consumption. This has certain reference significance for the trouble elimination of marine diesel engine in use and repair.

Key words： Excessive oil consumption; Combustion chamber; Abrasion; Cooling water

1? ? 前言

1.1? 故障概況

某船采用4臺發(fā)電機組，動力為MTU16V396型柴油機，該柴油機額定轉速1 800 r/min、額定功率1 000 kW。按照該柴油機使用說明書，機油消耗量正常值為1.2～2.4 g/kW·h，最大不超過3.6 g/kW·h。但該船船員反映，2#發(fā)電柴油機機油消耗量過高、機油添加次數多，在50%額定功率下連續(xù)運行約12 h就要加一次機油，機油消耗量高達7g/kW·h。為此，船員檢查了機油管路、冷卻器、濾清器均無發(fā)現泄漏，說明常規(guī)檢查未發(fā)現故障原因。

1.2? 柴油機運行情況

在該船2#發(fā)電柴油機檢修前，對該柴油機從0～25%～50%～75%～100%額定負荷進行負荷試驗：發(fā)現排氣在0～25%額定負荷時呈白藍煙色，50%額定負荷時呈淡藍煙色，75%～100%額定負荷時呈淡灰煙色;檢查曲軸箱呼吸器出口，發(fā)現有白色煙霧排出;機體、管路未發(fā)現有機油滲漏現象。

該柴油機的技術參數在額定負荷時的標定值為：機油壓力3.5～6.5 bar;機油溫度80 ℃～90 ℃;冷卻水溫度75 ℃～85 ℃、報警87 ℃。試驗參數見表1，各試驗參數雖在標定值范圍內，但已接近或達到極限值，其中機油壓力偏低、機油溫度偏高、冷卻水溫度偏高。

2? ?故障原因分析

2.1? 柴油機潤滑系統

柴油機運行時，各運動部件均以一定的力作用在與其相配合的部件上，兩表面間必然受到摩擦阻礙并產生熱量，所以必須在兩個相對運動部件接觸面間添加機油予以潤滑，使運動部件之間磨損減輕、阻力減小;同時，機油還起到冷卻、清潔、防腐的作用，對于活塞與缸套間的油膜還可起到密封作用。因此，機油的正常供給是保證柴油機可靠運行的必要條件。

MTU16V396型柴油機為四沖程、16缸V型排列、廢氣渦輪增壓、帶中冷器、直噴式柴油機。該機采用濕式油底殼帶有進氣閥座潤滑的壓力循環(huán)潤滑系統。進氣閥座潤滑系統是利用機油計量泵定量地把機油供給中冷器空氣出口中的噴嘴，機油通過噴嘴與增壓空氣相混合后經進氣閥進入燃燒室，而空氣中的機油會吸附在進氣閥及閥座上對其進行潤滑以減少點蝕。

潤滑系統的組成及油路布置見圖1：機油泵將具有一定壓力的機油源源不斷地送往各部件接觸面，主要部件有曲軸、活塞連桿組件、配氣機構、高壓泵、增壓器等。

2.2? 機油耗量過高原因分析

由圖1可知，機油從油底殼經機油泵到各個潤滑部位后回油至油底殼，形成閉式循環(huán)。當某些因素造成機油在管路附件等處滲漏或潤滑部位消耗時，才會造成機油消耗量過高，而潤滑部位消耗主要是機油進燃燒室燒損。由此可知，引起機油消耗量過高的主要原因有以下幾個方面。

（1）潤滑系統管路或附件滲漏

機艙空氣溫度較高且含有大量的酸、堿、鹽等物質，惡劣的環(huán)境易使橡膠密封件老化、失效;同時，柴油機的振動易引起油管破裂、油封損壞、緊固螺栓松動，造成潤滑系統管路或密封件滲漏;另外，因正常工作時機油壓力大于冷卻水壓力，機油會進入冷卻水中，可通過冷卻水水質來判斷。該機型較為常見的泄漏部位是曲軸輸出端泄漏、管路連接處泄漏等。

（2）機油進入燃燒室燒損

機油在燃燒室燃燒后排氣中含有一定比率的直徑0.4μm以下的機油蒸汽顆粒，會形成藍色煙氣，一般可從排氣的煙色中判斷機油是否進入燃燒室燒損。機油進入燃燒室燒損的原因大致如下：

① 空氣濾清器、曲軸箱呼吸器堵塞：空氣濾清器堵塞導致進氣行程時由于氣缸壓力過低而使機油從缸壁或氣閥導管吸入燃燒室;曲軸箱呼吸器堵塞，會導致曲軸箱內壓力過高而把機油在進氣行程時從缸壁壓入燃燒室。

② 進氣閥座潤滑系統漏油：進氣閥座潤滑系統中的機油計量泵損壞時，會導致過多機油噴至進氣管，機油隨增壓空氣進入燃燒室。

③ 增壓器密封油環(huán)失效：當增壓器壓氣端的密封油環(huán)損壞而導致密封失效時，會造成機油泄漏至壓氣機進氣道，機油通過進氣管隨增壓空氣進入燃燒室;當增壓器渦輪端的密封油環(huán)損壞而導致密封失效時，會造成機油泄漏至渦輪機葉輪，機油會進入排氣管燒損或隨排氣管排除。

④ 氣閥桿與氣閥導管磨損或進氣閥導管密油封損壞：氣閥桿與氣閥導管磨損會造成間隙過大、進氣閥導管密油封損壞而密封不良，都會造成機油沿著氣閥桿與氣閥導管之間的間隙進入燃燒室。

⑤ 缸套、活塞連桿組件磨損：缸套與活塞磨損后間隙過大、缸套有拉痕、活塞環(huán)磨損或彈力不足、活塞環(huán)邊隙、開口間隙過大、活塞環(huán)卡死、裝反或對口，均會造成活塞環(huán)與缸套貼合不良導致密封失效，使機油進入燃燒室;此外，如連桿發(fā)生彎曲或扭曲，會引起活塞跑偏而導致氣缸單面磨損，同樣會造成活塞環(huán)與缸套貼合不良而使機油進入燃燒室;同時，缸套、活塞連桿組件磨損，也會引起燃燒室高壓燃氣從缸壁竄出，曲軸箱呼吸器伴隨有煙氣排出，因此可通過曲軸箱呼吸器是否有煙氣排出加以判斷。

通過對該船2#發(fā)電柴油機故障現象和機油消耗量過高原因分析，造成該機機油消耗量過高的原因可能是缸套、活塞連桿組件磨損。對此，在本次修理中對柴油機拆檢，發(fā)現異常部位如下：

① 拆出的16套活塞環(huán)外圓端面均有不同程度的磨損現象，部分活塞環(huán)開口間隙已接近或超出海軍修理標準要求，活塞環(huán)開口間隙較大的是A2、A8、B2、B7缸的活塞環(huán);

② 拆檢發(fā)現有10個氣缸套工作表面有局部光面和貫穿拉痕現象、6個氣缸套工作表面有局部拉痕。其中A2、A8、B2、B7缸最為嚴重，A3、B2缸在曲軸軸線方向兩側均有光面和貫穿拉痕，兩側光面寬度約為1/4圓周、拉痕寬度在0.1～0.3 mm之間、最大深度約0.1 mm（見圖2、圖3）;A8、B7缸排氣側有片狀拉痕，跨度約為1/4圓周、最大深度約0.08（見圖4、圖5）。氣缸套是燃燒室的重要組成部分，氣缸套如產生光面、貫穿拉痕，會在柴油機運行過程中造成活塞環(huán)與缸套貼合不良，使機油進入燃燒室而燒損;

③ 經過測量檢查缸套內徑，其中A2、A8、B2、B7缸套內徑超標;

④ 檢查中冷器發(fā)現，中冷器冷卻水道出水口側有較多水垢，會影響中冷器冷卻效果和冷卻水的通暢性;

⑤ 其他部件檢查無發(fā)現異常，如機油冷卻器、機油泵、機油計量泵、增壓器、氣閥與氣閥導管、連桿與連桿軸瓦、曲柄銷、高壓泵等。

（3）故障原因綜合分析

通過故障分析與檢查，2#發(fā)電柴油機中冷器冷卻水道出水口側有較多水垢導致缸套磨損是造成機油消耗量過高的主要原因。

這是因為中冷器冷卻水道出水口側的水垢堵塞會造成冷卻水流通不暢，從中冷器出來進入機油冷卻器的冷卻水溫變高，使機油溫度升高，從機油冷卻器出來后進入機體缸套冷卻水腔的冷卻水溫變高，勢必影響潤滑缸壁機油的溫度。機油溫度高會降低機油粘度，加快機油氧化變質速度，使?jié)櫥课坏挠湍ふ舭l(fā)，缸套與活塞之間的配合面網紋磨損或出現密集細小拉痕、燃燒室密封性受到破壞，導致過多機油進入燃燒室燒損，同時高壓燃氣會從缸套內壁的拉痕滲漏到曲軸箱，引起曲軸箱呼吸器出口有煙霧排出。如柴油機長時間在這種情況下運行，潤滑不良，會造成缸套網紋磨損或拉傷加劇。當機油在燃燒室燃燒，低負荷時蒸發(fā)較慢蒸汽顆粒較粗，易揮發(fā)性的物質先蒸發(fā)呈白藍色;中等負荷時燃氣溫度升高蒸發(fā)速度加快，難于蒸發(fā)的成份也蒸發(fā)了，蒸汽顆粒變細，呈淡藍煙色;高負荷時，燃氣溫度達到最高，足以把機油完全燃燒，故煙色呈淡灰色。

3? ? 故障處理措施及試驗結果

（1） 清洗中冷器：徹底清潔冷卻水道的水垢，確保中冷器冷卻水道的暢通性和冷卻效果;回裝前仔細檢查中冷器冷卻水道的暢通性，避免因墊片或其他異物堵塞引起冷卻水道不通暢;

（2） 針對拆檢修理過程中發(fā)現氣缸套有較深從上部貫穿缸套下部的拉痕或缸套內表面網紋磨損的缸套，對其進行珩磨處理或更換：①網紋粗糙度Ra3.5μm ～7.5μm;② 網紋切邊干凈和邊緣清晰;③ 珩磨夾角45°～60°磨出網紋;④ 珩磨缸套內徑尺寸需滿足海軍標準要求，并保證活塞環(huán)開口間隙要求;

（3） 柴油機在更換新活塞環(huán)、新缸套或缸套重新珩磨后，按照試驗要求進行磨合試驗：在柴油機磨合過程中密切關注各工況參數，觀察排氣煙色，如有參數異常及時排除并查明原因。

柴油機修理回裝后，該機按照試驗要求對各個工況進行磨合試驗。試驗結果各工況參數正常，曲軸箱呼吸器未發(fā)現煙霧，排氣煙色始終呈淡灰色，用內窺鏡檢查缸套內表面均無發(fā)現異常情況。經磨合試驗、系泊試驗、航行試驗、及日常運行中，機油消耗量正常，消耗率在1.2～2.4 g/kW·h范圍內，有效的排除了機油消耗量大的故障。

4? ?小結

MTU396柴油機已引進國內多年，運行穩(wěn)定，但在運行中應細心觀察各種參數的變化，若有異常情況應及時排除。柴油機結構、系統復雜，各結構、系統相互影響，若某部件或系統出現異常，勢必影響其它部件或系統，乃至影響整臺柴油機的運行，如本文中因中冷器堵塞引起的冷卻水溫度偏高，進而引發(fā)缸套潤滑不良而造成缸套磨損，最終導致機油消耗量過高的故障。

本文針對MTU396柴油機機油消耗量過高的原因進行了系統分析，找出直接原因提出了全面有效的排除方法，對排除此類故障具有一定的參考和借鑒意義。.

參考文獻

[1] MTU396系列柴油機使用說明書.海軍工程學院.

[2]黃少竹.船舶柴油機[M].大連海事大學出版社， 2005.

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