育鲲”轮主机燃油喷射系统的工作原理和故障分析

大连海事大学毕 业 论 文二 一 二 年 六 月“育鲲”轮主机燃油喷射系统的工作原理和故障分析专业班级： 轮机管理 14姓 名：孙 润 哲指导教师：轮机工程学院内容摘要摘要：“育鲲”轮上主机燃油喷射系统为 MAN B&W 6S35MC 型高压油泵及非冷却多孔式喷油器，在运转的过程中高压油泵出现供油量减少，喷油器启发压力低导致的喷油量增多故障，结合这些故障，介绍了燃油喷射系统结构和工作原理，进一步分析了喷射系统的故障原因，并根据理论分析和实际操作最终消除了故障,最后提出科学管理的建议和改进措施.关键词：燃油喷射系统 高压油泵 喷油器 故障分析 ABSRACT：The fuel oil injection system of M/E Yukun is equipped with MAN B&W 6S35MC jerk pump and no cooling orifice nozzle injector. During operations, the fuel oil supplied by jerk pump sometimes is reduced and the fuel injector valve often has a lower open pressure , which leads to malfunctions of an increased fuel oil injection . Combined with these malfunctions , the essay introduced the construction and working theory of the fuel injection system . Then I analyzed the reasons that caused the problems and how to solve them according to the theory analysis and practical operation .Finally I put forward some suggestions about scientific management and some improvement measures .Keywords ：the fuel oil injection system jerk pump fuel injector malfunction analysis目 录1 燃油喷射系统的故障现象 .12 燃油喷射系统 .12.1 柱塞式燃油喷射系统 .22.1.1 喷油泵 .52.1.2 喷油器 .62.2 “育鲲”轮主机燃油喷射系统 .62.2.1 主机喷油泵 .62.2.2 主机喷油器 .73 故障排除 .73.1 故障分析 .73.2 故障排除 .73.3 故障原因 .83.4 管理建议 .84 总结 .11“育鲲”轮燃油喷射系统的故障分析及电喷技术的浅析前言 柴油机是在气缸内部形成混合气，即在活塞接近上止点时，燃油喷射系统将燃油在极短的时间内以高压喷入气缸，喷入气缸内的燃油变成雾状，实现燃油与空气的混合和燃烧。因此，无论是在制造与调整精度，还是在与整机的匹配方面对燃油喷射系统的要求都十分严格。而且能保证柴油机在动力性、经济性、排放与噪声等方面达到优良的性能，并且能产生足够高的喷油压力，以保证燃料良好的雾化混合和燃烧，使燃油油束与柴油机燃烧室和气流运动相匹配，保证油气混合均匀；能较精确控制每循环喷入气缸的燃油量，且喷油量能随工况变化而自动变化；能保证喷油正时，在柴油机运转工况范围内，尽可能保持最佳的起始喷油时刻、喷油持续时间和喷油规律，以保证良好的燃烧并取得优良的综合性能。对燃油喷射系统的管理，是轮机管理中的重要环节，但往往由于对高压油泵日常维修保养不到位或燃油使用不当等原因，在船舶燃油喷射系统工作中，喷射系统常出现各种故障，例如，喷油量不正常，喷油正时不对等故障，如果不及时排除，就会影响主机的工作性能。1 燃油喷射系统的故障现象 “育鲲”轮上燃油喷射系统为 MAN B&W 6S35MC 型高压油泵及非冷却多孔式喷油器。2 月 19 号，我们打算从海南洋浦港启程前往锚地。但是当我们备车完毕，大管轮启动主机后，忽然发现 5 号缸的排烟温度异常低，大管初步判断是喷油量不足，于是马上派人将 5号缸的油门拉杆往里推,以图增加其喷油量，但一开始时有卡阻现象，随后发现其排烟温度上升，但是松开拉杆主机继续加负荷后发现温度还是低,这时候 2 号缸高压油泵又突然出现异常的敲击声，并且二号缸的排温低，大管轮这时将 2 号缸的示功阀打开，发现从示功阀内有火星冒出，就这样大管反复开关了几次示功阀后，逐渐发现 2 号缸的敲击声消失，但排温还是低，同时还发现 1 号缸的排烟温度在低负荷时高。2 燃油喷射系统的结构及工作原理2.1 柱塞泵式喷射系统2现代柴油机广泛采用柱塞泵式喷射系统，如图 1 所示。这种喷射系统基本组成是高压喷油泵、喷油器及高压油管，称之为泵管嘴系统。柴油机工作时，柱塞 3 由喷油泵凸轮1（又称燃油凸轮）经滚轮 2 驱动。凸轮 1 固定在凸轮轴上，凸轮轴的转动是由曲轴通过凸轮轴传动机构 (图上未示出)带动的。凸轮按一定时刻顶动滚轮，从而保证了喷射定时要求。柱塞 3 上行其上端面封闭孔 A 时，泵腔中的燃油受到压缩；当油压升高到克服弹簧 5 的弹力和高压油管中的残余压力时，出油阀 4 开启，压力油泵入出油阀空间 B，此为供油始点，即所谓喷油正时。高压燃油沿高压油管 6 传递至喷油器 8 端空间 C，当其油压大于喷油器弹簧 7 的预紧力时针阀向上跳起，高压燃油经喷孔 10 喷人气缸。当柱塞 3 下部的斜槽边缘开启油孔 A 时，泵腔高压燃经斜槽回油至进油空间，出油阀相继落座，此为供油终点。此后当空间 C 的油压 低于弹簧 7 预紧力时，针阀落座，喷油结 束。柱塞下行时泵腔内为充油过程。2.1.1 喷油泵船舶柴油机使用的喷射系统大多属于柱塞泵式直接喷射系统。其主要组成部件是喷油泵与图 1 典型的柱塞泵式喷射系统简图1-凸轮； 2-滚轮；3-柱塞；4- 出油阀；5- 出油阀弹簧；6-高压油管；7-喷油器弹簧；8-喷油器；9-针阀；10-喷油孔3喷油器。喷油泵为柱塞泵，它是喷射系统的核心部件。它的作用除了产生喷射高压外，还有对供油量的定时与定量。其定时供油由凸轮轴上的凸轮安装位置控制，凸轮轴与柴油机曲轴的传动相位确定了整机各喷油泵的供油定时；喷油泵的定量供油取决于柱塞上行时有效供油行程的大小。此有效行程的大小可在柱塞的上行行程中借助于调节机构使一部分燃油回油，流回低压空间加以调节。柱塞式喷油泵的基本组成部分有柱塞与套筒（称柱塞偶件） 、凸轮与滚轮、进油阀和出油阀以及调节机构等。根据调节机构的特点可分为回油孔调节式与回油阀调节式两种喷油泵。“育鲲”轮主副机油泵均采是回油孔调节式，本文只介绍回油孔调节式喷油泵。（1）工作原理回油孔调节式喷油泵柱塞与套筒组成一对偶件。柱塞在套筒内由凸轮顶动上下往复运动。当柱塞位于凸轮基圆时位置最低，此时套筒上部进（回）油孔开启，燃油进入泵腔，见图2（a） 。柱塞由凸轮顶动上行，在柱塞顶端未关闭回油孔时，泵腔内燃油经回油孔流回进油空间直到柱塞上部端面刚好关闭回油孔时，泵腔燃油开始受压缩，此即为几何供油始点，如图 2（b）所示。柱塞继续上行，当柱塞头部的斜槽打开回油孔时，柱塞上方的高压燃油经柱塞头部的直槽和环形槽与回油孔相通而流回进油空间，此即为几何供油终点，如图2（c）所示。从供油始点到供油终点柱塞上行的供油行程称为柱塞的有效行程。此后柱塞继续上行至最高位置，燃油一直流回进油空间。柱塞下行时泵腔经回油孔充油。图 2 柱塞泵工作原理图（2）循环供油量调节原理图 3 为循环供油量调节过程的原理图。当供油量调节机构的调节齿杆拉动柱塞转动时，柱塞上的螺旋槽与柱塞套油孔之间的相对位置发生变化，从而改变了柱塞的有效行程。当柱塞上的直槽对正柱塞套油孔时，柱塞有效行程为零，这时喷油泵不供油，见图 3（a） 。按照图中箭头所指示的方向拉动调节齿杆 6，则调节齿圈 11 按箭头方向转动，柱塞有效行程4增加，喷油泵循环供油量增多见图 3（b、c ） 。如果朝相反方向拉动调节齿杆，则柱塞有效行程减小，循环供油量减少。图 3 循环供油量的调节1-柱塞套；2-柱塞；3、5-柱塞套油孔；4-柱塞腔；6-调节齿杆；7-直槽；8- 螺旋槽；9-循环供油量容积； 10-控制套筒；11-调节齿圈；12-调节齿圈紧固螺钉2.1.2 喷油器喷油器的结构和参数决定着喷雾的质量。喷雾油束要与燃烧室形状匹配以利于形成可燃混合气。喷油器头部与高温燃气接触，工作条件极为苛刻。对喷油器的要求主要有：保证良好的雾化质量和合理的油束形状；喷油开始和结束应利落、无滴漏和二次喷射等异常喷射现象。喷油器中的主要部件是针阀偶件，它由针阀和针阀体组成。针阀由弹簧预紧。当作用在喷油器针阀承压锥面上的油压超过喷油器弹簧预紧力时，针阀开启，高压燃油从喷孔中喷入气缸雾化，此燃油压力称启阀压力。当作用在喷油器针阀承压锥面上的油压低于启阀压力时，针阀关闭。喷油器针阀密封座面以下的容积称之为压力室容积。喷油结束时，针阀座关闭，但压力室中存有燃油，且此部分燃油靠高温蒸发在无喷射状态下进入燃烧室内燃烧，燃烧不完全，使经济性、排放指针恶化。因此，压力室容积应尽量小。图 4 针阀结构示意图a）单孔式 b）多孔式 c）轴针式针阀结构如图 4 所示。图 4（a）为单孔式喷油器针阀，图 4（c）为单孔轴针式喷油器针阀。单孔式喷油器因雾化质量较差，油束分布不均，一般只用于对喷射质量要求不高的涡5流室式和分隔式燃烧室中。图 4（b）为多孔式喷油器针阀，所有开式燃烧室柴油机均采用多孔喷油器。对于强化程度较高的中、低速柴油机，大多使用冷却式喷油嘴。这种喷油嘴在针阀体内部布置有冷却液信道用以冷却，这种冷却方式称为内部冷却。冷却液通常采用淡水或燃油。淡水导热系数大，冷却效果好。用燃油冷却无需专门密封，系统较为简单。目前，新型大中型柴油机普遍采用燃油冷却。2.2 育鲲轮主机燃油喷射系统MAN B&W6S35 型柴油机燃油喷射系统如图 5 所示图 5 6S35 型柴油机燃油喷射系统图每个气缸安装一个高压油泵、两个喷油器。高压油泵从燃油进口管吸入燃油，通过高压油管向两个喷油器同时供油，喷油器向气缸喷入燃油，供主机燃烧。油泵和喷油器均带有回油管路，回油管均汇总到燃油出口管，出口管连接到燃油单元混油6桶。当单缸不工作或主机停止时，来自主机燃油单元的高压燃油流经油泵、喷油器，通过回油管回到燃油单元，能够实现燃油的不停流动循环。这样，当船舶进出港或停泊时，主机都不用换用轻油。燃油进口管及出口管之间，安装背压阀。通过调整背压阀的设定值，使燃油进口压力为 7-8bar。进口管末端，装有减震器，起到维持进机燃油压力稳定的作用。高压油泵头部有放残通道，如双层高压油管内部管壁破损漏油，燃油会通过放残管路流经主机漏油报警装置，进入燃油放残柜。2.2.1 主机高压油泵图 6 为 MAN B&W 6S35MC 型柴油机的高压油泵，其组成包括油泵本体、上盖、柱塞、套筒、吸油阀和泄压阀等。主机每个气缸安装一个油泵。油泵本体由螺栓紧固在凸轮轴箱上部，油泵上盖和油泵本体由螺栓紧固在一起。上盖上部安装有吸油阀、泄压阀和高压油管，下部和油泵套筒紧固在一起。这样，吸油阀、上盖、套筒和柱塞上平面形成燃油密封空间。油泵底角插在滚轮导套内，凸轮轴箱内的凸轮驱动滚轮导套，滚轮导套带动柱塞上下运动。套筒底部安装调节齿圈，齿圈与油门齿条啮合。油泵不工作时，来自油泵燃油进口管 8bar 压力的燃油克服吸油阀弹簧的压力，将吸油阀打开，进入油泵燃油空间。一部分燃油进入高压油管和喷油器，然后进入喷油器燃油回油管；一部分燃油通过套筒上的回油孔进入