某V型柴油機因調(diào)速器的部件技術(shù)狀態(tài)惡化引起的故障案例

荀向紅 徐韜 王歡 宋志皓

摘要：針對某V型柴油機出現(xiàn)的轉(zhuǎn)速下降、起動失敗和游車等故障，介紹了調(diào)速器電液轉(zhuǎn)速設(shè)定機構(gòu)、起動原理和緩沖補償單元的工作原理，結(jié)合電液比例電磁閥、停車裝置和緩沖活塞組件對故障原因進行了分析，取得初步判斷后再進行相應的檢查、分析和故障位置的確定，并進行了相關(guān)的驗證試驗。

Abstract： The electro-hydraulic speed setting mechanism and starting of governor are introduced in view of the failure of speed decline， starting failure and traveling of a V-type diesel engine.Combined with electro-hydraulic proportional solenoid valve， stopping device and buffer piston assembly， the fault reason is analyzed.After obtaining the preliminary judgment， the corresponding inspection， analysis and determination of the fault location are carried out， and the relevant verification tests are carried out.

關(guān)鍵詞：電液比例電磁閥;停車裝置;緩沖活塞組件;分析、排查和確定;驗證

Key words： electro-hydraulic proportional solenoid valve;parking device;buffer piston assembly;analysis， troubleshooting and determination;validation

中圖分類號：TK429? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）11-0086-03

0? 引言

某V型柴油機的調(diào)速器采用電液方式的轉(zhuǎn)速設(shè)定機構(gòu)，原理圖如圖1所示，依靠裝在膜片上滑油供給管路上的電液比例電磁閥來實現(xiàn)，通過膜片彈簧、推力桿、叉型搖臂、挺桿，推動轉(zhuǎn)速設(shè)定滑閥。柴油機監(jiān)控系統(tǒng)通過改變電液比例電磁閥輸入的電流信號控制操作該閥。若要增加柴油機轉(zhuǎn)速，加大輸入電流驅(qū)動該閥使壓力油流入膜片;若要降低柴油機轉(zhuǎn)速，則減小輸入電流驅(qū)動該閥時作用在膜片上的滑油壓力降低。

1? 故障一：柴油機空車、進一、進二工況在車鐘穩(wěn)定后轉(zhuǎn)速緩慢下降

1.1 故障現(xiàn)象

柴油機接排運行時，空車、進一、進二、進三這四個工況柴油機轉(zhuǎn)速均為750轉(zhuǎn)/分。該船離碼頭過程中，柴油機在空車、進一、進二工況運行時在車鐘穩(wěn)定后均出現(xiàn)轉(zhuǎn)速由750轉(zhuǎn)/分逐步降至約620轉(zhuǎn)/分的過程，隨后又自動恢復到750轉(zhuǎn)/分的現(xiàn)象。

1.2 電液比例電磁閥

首先拆解、檢查了膜片1和推力桿4，膜片外觀完好且推力桿滑動靈活，由此判斷為故障點可能是在轉(zhuǎn)速設(shè)定的電液比例電磁閥，如圖2所示，該閥是一個按比例控制的電動壓力調(diào)節(jié)閥，它調(diào)節(jié)至調(diào)速器膜片的控制滑油出口的油壓，與進口的來自滑油系統(tǒng)的油壓無關(guān)，但與輸入的電流成比例。該閥法蘭上裝有一個電磁線圈，電磁線圈的銜鐵在存在的電流作用下將活塞沿彈簧力相反方向向下壓，而來自滑油系統(tǒng)的滑油進入后，油壓作用在閥芯底部產(chǎn)生向上的推力。當設(shè)定的電流大小確定后，當來自滑油系統(tǒng)的滑油壓力增大時，活塞上行，自動減小入口通道的開度;當來自滑油系統(tǒng)的滑油壓力減小時，活塞下行，自動加大入口的通道的開度，從而使控制滑油的出口壓力保持穩(wěn)定。

1.3 分析、排查和確定

拆下該閥，進行分解、清洗和檢查。檢查時發(fā)現(xiàn)來自滑油系統(tǒng)的滑油進口上部的○型密封圈在擠壓作用下已發(fā)生明顯變形，且失去彈性。該柴油機調(diào)速器已累計運行約7750小時，初步判斷為該○型密封圈因老化變形，密封不良出現(xiàn)滲漏，造成來自滑油系統(tǒng)的滑油壓力進入活塞底部的實際油壓逐步降低，活塞底部向上的推力減小，活塞下行，控制滑油出口壓力減小，轉(zhuǎn)速也隨之緩慢下降。當控制滑油油壓降至一定程度后，隨著系統(tǒng)滑油通道入口逐步增大，進入的滑油壓力也隨之增大，當活塞底部油壓上升到足夠的壓力，活塞重新上升至正常位置，轉(zhuǎn)速也隨之恢復正常。隨著該密封圈持續(xù)的泄漏，在空車、進一、進二工況重復出現(xiàn)轉(zhuǎn)速下降的現(xiàn)象。當車鐘越過進三轉(zhuǎn)至進四、進五、進六工況時由于轉(zhuǎn)速設(shè)定電流顯著增大，轉(zhuǎn)速大幅上升，銜鐵的向下推力增大，密封圈泄漏造成的向上推力減小的影響程度也隨之逐步減輕，故在進四、進五、進六工況未出現(xiàn)轉(zhuǎn)速下降的現(xiàn)象。

1.4 故障處理和驗證

更換該處○型密封圈后，經(jīng)過碼頭空車工況試驗和出海航行驗證，車鐘穩(wěn)定后空車、進一、進二工況后柴油機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，未再出現(xiàn)轉(zhuǎn)速下降的現(xiàn)象。

2? 故障二：柴油機連續(xù)三次啟動，轉(zhuǎn)速僅為90轉(zhuǎn)/分左右，各氣缸不發(fā)火，啟動失敗

2.1 故障現(xiàn)象

按下啟動按鈕，柴油機轉(zhuǎn)速在90轉(zhuǎn)/分左右徘徊，各氣缸不發(fā)火，隨后停車。停車后又進行了兩次起動，轉(zhuǎn)速依舊在90轉(zhuǎn)/分左右，啟動失敗。

2.2 調(diào)速器起動原理圖

圖3為調(diào)速器起動原理圖，柴油機起動時，啟動預供滑油泵，調(diào)速器內(nèi)全部工作油腔充滿了油壓為0.5bar左右的柴油機系統(tǒng)滑油。借助外部系統(tǒng)，一部分增壓后的滑油經(jīng)停車滑閥⑤至動力活塞底部，推動動力活塞將齒條移到起動的燃油噴射位置。

為了保證柴油機不在最大燃油噴射位置時起動，從預供滑油泵來的壓力油使燃油限制滑閥③克服彈簧力，移動到切斷限制活塞的末端位置。這樣，限制活塞②底部泄壓后在彈簧力作用下移到較低的底部。安裝在限制活塞上的連接桿，將動力活塞強制拉下來，使起動時高壓油泵的最大供油齒條格數(shù)限制在26～28格之間。

2.3 調(diào)速器停車裝置

圖4為調(diào)速器停車裝置，結(jié)合圖3可知，當停車電磁閥6得電，電磁閥內(nèi)的挺桿下行，推動停車杠桿4轉(zhuǎn)動，停車杠桿再驅(qū)動圖3所示的停車滑閥⑤向上移動到頂部，滑閥移動使動力活塞底部滑油泄壓，動力活塞下行切斷了燃油供給，柴油機停車。

2.4分析、排查和確定

檢查柴油機的運行記錄，發(fā)現(xiàn)該機三次起動過程中調(diào)速器供油的最大齒條位置均僅為8格左右，而正常起動時通常能達到26～28格，顯然調(diào)速器沒有供給起動所需足夠的供油量。進一步檢查，停車裝置的停車手柄3的位置不在水平狀態(tài)，目測向下偏轉(zhuǎn)了約15°，而正常狀態(tài)下是應處于水平狀態(tài)的。

隨后，在柴油機靜態(tài)，對停車電磁閥進行試驗。按下停車按鈕，停車電磁閥得電，停車電磁閥內(nèi)的挺桿能夠正常伸出至最低點位置，達到停車所需行程;但松開按鈕失電后，挺桿在自身所帶的回復彈簧的作用力下不能自動回復到最高點位置，而是停滯在接近最高點途中。試驗說明停車電磁閥能夠正常停車，但挺桿不能正常回復到最高點位置，造成停車手柄回復不到水平狀態(tài)，回程存在卡滯現(xiàn)象。

柴油機起動失敗的原因基本可以確定為因停車電磁閥回復過程存在卡滯現(xiàn)象，停車滑閥上行的行程不足，未能完全封閉動力活塞的泄壓油道，造成調(diào)速器起動過程動力活塞底部油壓欠壓，動力活塞行程不足，柴油機起動時實際供油量嚴重不足。

2.5 故障處理和驗證

更換了新的停車電磁閥后進行起動試驗，連續(xù)進行多次起動，柴油機均起動順利。

3? 故障三：柴油機怠速運行時存在游車現(xiàn)象

3.1 故障現(xiàn)象

柴油機怠速運行時存在游車現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速在604～636rpm之間波動，加載后游車現(xiàn)象明顯減輕并消除。

檢查燃油控制桿和高壓油泵齒條驅(qū)動轉(zhuǎn)盤未發(fā)現(xiàn)有卡滯現(xiàn)象;通過調(diào)整補償針閥，故障現(xiàn)象仍無明顯改善，之后排查方向轉(zhuǎn)向調(diào)速器的補償緩沖系統(tǒng)。

3.2 調(diào)速器緩沖、補償單元

圖5為緩沖補償單元，通過對調(diào)速器滑閥動作的阻尼作用，其保證調(diào)速器動作的穩(wěn)定性。液壓補償主要由補償活塞④、兩端面受彈簧作用的緩沖活塞⑤、⑨和與調(diào)速器油池連通的處于補償系統(tǒng)油路上的可調(diào)針閥⑩組成。補償活塞④由動力活塞通過杠桿驅(qū)動，并使調(diào)速器滑閥的柱塞承受內(nèi)部油路的滑油壓力。柴油機負荷改變引起發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化，并使調(diào)速器飛塊和調(diào)速器滑閥朝變更燃油噴射量的方向移動，其移動方向與補償力方向相反。當動力活塞朝加油或減油方向移動時，因調(diào)速器滑閥的移動而產(chǎn)生的油壓分別推動補償緩沖活塞⑤和⑨排出補償室內(nèi)相應容積的滑油。補償緩沖活塞⑨被排出的滑油不是自由的進出補償室，必須經(jīng)過到油池去的補償油路上的補償針閥⑩流出。一旦緩沖活塞處于原始位置，滑油壓力即減小到零，也就是說，全部排出的滑油已通過針閥瀉出。

3.3 分析、排查和確定

拆下圖5所示的低轉(zhuǎn)速補償緩沖活塞⑤，進行分解、清洗和檢查，目測檢查緩沖活塞外圓和襯套內(nèi)孔表面只有輕微摩擦痕跡，未發(fā)現(xiàn)有劃傷的線條。隨后拆解、檢查并清洗了蓄壓器活塞、彈簧，蓄壓器活塞表面無劃傷現(xiàn)象，并對腔室內(nèi)部的油污進行了認真的清理。

拆下圖6所示補償油路上的進、回油螺塞1、彈簧2和鋼球3，并對其油道進行了清洗。拆下圖6所示密封圈5、緩沖活塞6、襯套7、彈簧座4、9等進行檢查，發(fā)現(xiàn)活塞外圓和襯套內(nèi)孔表面局部有劃傷的痕跡，活塞外圓上的線條有略有手感，自由狀態(tài)下進行滑落試驗有阻滯現(xiàn)象。由此判斷故障原因是二者表面的劃痕造成緩沖活塞滑動受阻，不能靈活運動造成緩沖補償作用受到影響。

3.4 故障處理和驗證

更換了新的緩沖活塞和襯套后進行動車驗證，怠速運行過程中進行了排氣和針閥重新調(diào)整，最終轉(zhuǎn)速變化穩(wěn)定在8轉(zhuǎn)/分以內(nèi)，游車故障得到排除。

4? 結(jié)束語

以上介紹了某V型柴油機因調(diào)速器相關(guān)的部件技術(shù)狀態(tài)惡化而引發(fā)的三個故障案例，均結(jié)合系統(tǒng)原理圖和部件的功能展開分析和判斷，為該機型診斷與調(diào)速器相關(guān)的相關(guān)故障積累了經(jīng)驗。

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