柴油机喷油系统的故障分析

柴油机喷油系统的故障分析

影响柴油性能的因素man-b.ws60me收割机是一艘称重的电动汽车，也称为智能收割机。将电子设备及软件应用于船用柴油机,能够有效地实现柴油机在各种负荷下的性能最优化,从而达到在满足最新排放要求下,提高其经济性、可靠性、操纵灵活性和延长使用寿命。喷油器作为燃油喷射系统的核心部件之一,其工作状态对柴油机的燃烧过程是否完善有着极其重要的影响,进而影响柴油机的各项性能。电控柴油机近几年才开始投入应用,轮机人员操作使用太少,管理经验缺乏,所以需要轮机人员和机务管理人员在运行中不断学习与探索。1喷油机的介绍1.1燃油压力升温控制5S60ME柴油机燃油喷射系统如图1所示,低压的系统滑油经过机带液压泵升压后成为225-300bar的高压伺服液压油,作为驱动燃油升压器液压活塞的动力油。电控燃油喷射定量阀ELFI(aproportionalElectronicFuelInjectioncontrolvalve)控制喷油定时和供油量,比传统的带有滚柱、导轮、可变喷油定时机构(VIT)和楔形槽的燃油泵简单得多。ELFI阀从柴油机控制系统ECS接收信号使阀开启,伺服油进入燃油压力升压器的下方,从而推动燃油压力升压器中的活塞上行压缩低压燃油使之产生60~100MPa的高压,经高压油管进入喷油器喷入气缸。燃油升压器只起到升压作用,没有出油阀和安全阀,结构简单。ELFI阀由电脑控制,非常灵活,它通过定量阀控制通往燃油压力升压器的伺服油压,使其在不同负荷时开启的时刻及持续时间不同,适应各种负荷工况。1.2喷油泵控制燃油5S60ME柴油机每个缸有两个喷油器,在排气阀前后两侧对称布置,结构和MC机型相似,也是一种非冷却多孔式喷油器,如图2所示。喷油器由喷油嘴1和喷油器本体2组成。在喷油器的上部还设有止回阀组件,主要由止回阀体6、止推弹簧9、止回阀8及止推座12组成。燃油由喷油器顶部进入。当燃油压力小于1MPa时,止回阀在止推弹簧的作用下关闭,即止回阀8封闭燃油下行通道,同时止推座12下部的旁通孔14开启,燃油经旁通孔在喷油器体内循环后排出,如图2(a)所示。当喷油泵供油期间油压升高(大于1MPa时),止回阀8克服止推弹簧9的作用而上升,打开止回阀使燃油向下进入针阀3的油腔内,同时将旁通孔14关闭,如图2(b)所示。旁通孔14关闭后燃油压力急剧升高达到启阀压力后,克服弹簧5的弹力将针阀4抬起,于是燃油经针阀阀座和喷油孔喷入气缸,如图2(c)所示。当喷油泵供油结束,油管中的压力降低,当压力降低到1Mpa以下时,止回阀8又在弹簧9的作用下关闭,燃油循环油路重新接通。这样,燃油循环在柴油机备车期间可对喷油器进行预热,在运转期间对喷油器冷却并兼有驱气作用。2主要失败现象和分析2.1在集油器面和压浓时,主某轮主机型号5S60ME-C7,额定功率8833kW,额定转速105rpm,常用功率7950kW,常用转速101.4rpm。某日航行中,06:00主机燃油单元集油筒低油位报警,拆开自动放气阀后接头有气冒出,说明放气阀工作正常。采取临时措施人工放气,报警消除,但四个小时后报警再次发生,又人工放气后,报警消除。分析原因应该是集油筒内空气较多,自动放气阀来不及放气,空气占用了燃油空间,导致油位过低。轮机人员首先怀疑压缩空气进入燃油系统,而与压缩空气连接燃油部件只有自清滤器。拆检燃油自清滤器的气动活塞,胶圈未见损坏,所以压缩空气不会进入燃油管路,排除压缩空气的原因。随后报警间隔越来越短,后来一个多小时就要人工放气一次。晚上20:00主机NO.2缸突然排温低报警,主机自动减速,从101rpm降为46rpm。停主机更换备用喷油器,在安装喷油器时发现缸盖上喷油器孔锥形接触面有两道深约1mm的沟槽,用专用工具研磨后换新油头。主机起动后运行正常。检查换下的喷油器发现前部喷油器壳体密封锥面有裂纹,如图3所示,压磅试验时超过38MPa还不喷油(说明书要求启阀压力30~38MPa)。解体发现针阀在关闭位置卡死在针阀体中,针阀体外表粘附油泥和颗粒状碳渣。油泥是冷态的燃油,碳渣则是燃烧产物。因此,可以确定气缸内的高压高温燃气穿过喷油器壳体裂纹进入低压燃油中,随回油进入集油筒中导致集油筒中空气多而油位低引发报警。刚开始发生时,裂纹较小,燃气泄露少,报警间隔长;后来随着裂纹的扩大,漏气量增大,报警频繁,同时高温燃气引起针阀过热,最终卡死在针阀体内,使主机该缸喷油量减少,排温降低,继而主机降速。缸盖锥形接触面上的沟槽是由于高温高压燃气泄露中冲刷造成的。本次故障的根本原因是喷油器体锥面的裂纹引起,后来了解到原喷油器是国内某柴油机厂的产品。但轮机人员早期一直怀疑压缩空气原因,直到主机降速才确定真正原因,如果及时确认由于燃气造成的报警,就可以及早查找主机燃油系统的原因,通过拆开回油管接头是可以判断出哪一个喷油器故障的,因此就不会造成缸盖的破坏,以致产生更大的经济损失。2.2止推座柱塞部位断裂某日航行中,主机NO.4缸排气温度低,排温偏差迅速超过60℃,主机安保装置自动发出报警并自动降速。慢车运转一段时间后停车,更换该缸两个喷油器,恢复航行。将两个喷油器解体后,发现前部喷油器止回阀止推座断裂,如图4所示。本类型主机中止回阀的功用是可使燃油进入喷油器内循环,正常情况下,油压低时止回阀关闭旁通孔打开,少量燃油从旁通孔回流;压力大于1MPa时,止回阀打开旁通孔关闭,压力大于喷油器启阀压力后喷油。当止推座端部柱塞部位断裂时,燃油从断裂处大量流出,经回油管至除气筒,油压不能建立,打不开针阀,喷油器停止喷油,同时另外一只喷油器也因油压低不能喷油,进而造成主机单缸熄火。断裂处位于止推座柱塞根部退刀槽处,见图2旁通孔14上方止推座形状变化处。正常情况下,止推座不会轻易折断,断裂的原因可能是零件材料本身的问题,也有可能是承受侧推力造成。船上无法对材料做出检验,只能考虑机械方面的原因。到港后重新检查了前部喷油器的紧固螺母,发现两个蝶形弹簧总成中弹簧片数量不一样,一个为12片,另一个为11片,蝶形弹簧总成的结构如图5所示。根据说明书要求螺母上紧后,压紧块和弹簧座上平面要对齐,这样才能保证两螺帽上紧力度一致。原喷油器是按照说明书上紧的,但没有注意到蝶形弹簧总成中弹簧片数量不同,所以造成上紧力度不均,继而使喷油器内部部件中心线偏斜,使止推座承受较大侧推力。更换蝶形弹簧总成后没有出现止推座断裂的事故。2.3喷孔周边裂纹长某次在锚地常规拆检主机NO.6缸喷油器,解体后部喷油器发现针阀体外表粘附碳渣,是燃气进入喷油器所致;喷油嘴喷孔附近有结碳,结碳清除后发现喷孔附近裂纹长约4mm。喷孔裂纹使缸内高压高温燃气进入喷油器会导致喷油器过热而损坏。幸亏发现及时,避免了在航行中停车更换。用原厂改进型喷油器更换,使用之后未发生故障。从以上事故案例可以看出故障的主要原因是喷油器质量问题,当然也有管理经验不足的原因。如果柴油机燃烧工况不正常时,大部分情况下是由于喷油器引起的,所以首先要对喷油器做仔细拆检,然后再查找其他设备。3错误处理对策3.1喷油器的安装注意事项针对上述故障,机舱和机务管理人员主要应从以下几个方面进行避免:1)应尽量保持柴油机在较高负荷的工况下运行,避免长时间低负荷运转,此时喷油量小,雾化质量差,从而造成油嘴积炭,喷孔堵塞。2)应注意喷油器回油的工作状况,保证喷油器回油管路的止回阀正常开关,确保燃油经过喷油器循环对其冷却,防止过热。3)维持燃油净化设备正常运行,保证油质清洁,防止燃油中的固体颗粒造成止回阀和针阀运动阻力增大甚至卡死。4)拆装时要严格按照说明书要求,对于该型号喷油器,需要注意以下几点:第一,安装喷油器时,上紧螺母时应使压紧块顶面与弹簧座顶面齐平,偏差不大于0.2mm,如图6所示。因为蝶形弹簧的弹力决定了喷油器与气缸盖间的正确压紧以及喷油器内部部件的正确压紧。第二,注意蝶形弹簧总成中弹簧片的数量和朝向。弹簧片12块,分为四组排列,每组三块弹簧片为同一朝向,上面一组与压块为外接触。正确的装配才能保证喷油器有合适的预紧力。第三,彻底清洁气缸盖上的喷油器孔,仔细检查孔座有否伤痕,必要时使用渗透探伤。如果有伤痕必须修复。5)针对上述故障主要出在同种型号的国内生产的船舶柴油机,国内材料质量和技术相对落后,船东在船舶建造时可以考虑要求采用同种型号国外产柴油机或国产机配国外喷油机备件,从而降低故障发生的概率。3.2喷油器的选择原则该喷油机的故障主要是材料的裂纹和断裂造成的,因此也可以从设计的角度进行改进,从而避免或减少故障的发生。1)喷油器在缸盖安装后,与缸盖接触部位承受较大的机械应力,该处形状变化大,应力比较集中;同时位置靠近燃烧室,温度较高,承受较大的热应力和热负荷。因此在选用喷油器体的材料时要采用具有较好的机械性能和耐高温性能的材料。2)优化喷油器部件的结构,改善其冷却效果和工作性能,比如最新型喷油器喷油嘴采用燃油切断杆的形状,减少燃油的滴漏,可避免喷油嘴过热。3)喷油器针阀和止回阀属于精密偶件,要保证良好的加工精度和合适的表面处理,以保证其耐磨性、耐蚀性和尺寸稳定性。4喷油器的运行注意事项ME柴油机喷油器喷射压力较高,工作条