6S35MC和6L32柴油机燃油喷射系统的对比

MANB&W和WARTSILA是世界船用柴油机的两大著名品牌。在世界船用低速机市场，MANB&W品牌的占有率高达80％，WARTSILA品牌约占16％；在世界船用中速机市场，WARTSILA品牌的占有率约38％，MANB&W品牌约占27％。[1]其中，MANB&W的S-MC系列和WARTSILA的L系列柴油机分别是低速和中速机的典型代表，在船舶中得到了广泛应用。有文献介绍过两种柴油机喷油泵和喷油器的结构特点，但一直少有文献对两大柴油品牌的燃油喷射系统进行综合对比分析，尤其是各自的燃油凸轮与喷油泵的匹配问题值得探讨。本文分别以MANB&W6S35MC和WARTSILA6L32柴油机为例，介绍两种典型的柴油机燃油喷射系统的结构特点，并进行相应对比，希望能为轮机管理人员的日常操作和维护管理工作提供一些借鉴。一、燃油凸轮图1、图2分别为6S35MC和6L32柴油机的燃油凸轮轮廓图。前者为鸡心凸轮，其特点是基圆段很短，工作段占据了大部分圆周；后者为普通凸轮，其特点是工作段短且陡，基圆段占据了大部分圆周。由于燃油凸轮的作用，在柴油机的一个工作循环内，6S35MC柴油机喷油泵的柱塞将长时间处于上止点，6L32柴油机喷油泵的柱塞将长时间处于下止点。二、喷油泵1、6S35MC柴油机喷油泵图3所示为6S35MC柴油机的喷油泵。其主要部件是柱塞－套筒偶件，以及安装在油泵上端的停车阀（又称空气刺破阀）和吸油阀。在柴油机运转过程中，控制空气进口4处无气源，停车阀和吸油阀处于关闭状态，0.8MPa左右的燃油从进油口7经通道A进入吸油阀阀腔B，克服其弹簧弹力后打开吸油阀，燃油进入泵腔C。随着柱塞的上行，回油口9首先被封闭，泵腔内燃油被加压，随之使吸油阀落座，泵腔封闭，高压燃油经高压油管5供应至喷油器。当柱塞下行时，回油口9首先开启，燃油进入套筒外围的回油腔D，并经循环油口2进入燃油供给系统的回油管路，回流至混油桶。之后，随着泵腔C内压力的降低，吸油阀再次被进口处的燃油打开，燃油进入泵腔，为下一循环的泵油做准备。当有停车指令时，控制空气经进口4供至停车阀空气活塞的上方，停车阀向下运动，吸油阀被强制打开，喷油泵因泵腔不再封闭而丧失泵油能力，从而实现柴油机的迅速停车。进口4接有两路控制空气，一路用于正常的停车，一路用于应急停车。6S35MC柴油机喷油泵的特点是：（1）泵腔顶部设置停车阀和吸油阀。当喷油泵打开回油口时，高压油管中的压力可迅速降低，使喷油器迅速关闭，避免了滴漏和重复喷射现象。[2]（2）回油时，由于无止回作用，会导致油泵进口处油压的剧烈波动，需要在进油总管上装设缓冲器。（3）为减少高压油管中的燃油回流量，保证下一循环的充分供油，其喷油泵需要与鸡心凸轮配合使用。即在一个循环内，柱塞在大部分时间内上止点，从而保持高压油管中油压较高且稳定；柱塞下行过程很短暂，则回油口9和进油口7的开启时间也很短，可以避免油压的剧烈波动而影响进油并造成穴蚀。（4）由于设置有停车阀，停车迅速、可靠。（5）燃油从泵上端的吸油阀进入泵腔，从下部的循环油口流出，可以实现燃油的循环；在停车时，燃油还可经高压油管进入喷油器并形成循环，做到短时停车不用换油。2、6L32柴油机喷油泵图4所示为6L32柴油机的喷油泵。其与6S35MC柴油机喷油泵的主要区别是泵上端设置的是等压卸载出油阀。该喷油泵设有引喷出油阀2和主出油阀3。供油初期，少量的燃油经引喷出油阀进入喷油器，而在主喷射阶段，大量的燃油经主出油阀进入喷油器。这样既使燃烧初期工作柔和，又可以控制整个喷射和燃烧过程不至于太长。6L32柴油机喷油泵的特点是：（1）泵腔顶部设置出油阀，出油阀具有蓄压、止回和卸载作用，使供油压力逐渐累进，回油时防止燃油倒流、重复喷射和穴蚀的产生。（2）需要与普通凸轮配合使用。柱塞长时间位于下止点，泵腔内长时间处于低压状态。（3）由于设置有引喷出油阀，可有效地避免爆燃的发生。（4）柴油机的停车通过气动停油机构来实现。每个高压油泵的油门齿条连接到一个气动活塞上，当有停止指令（包括正常停车和应急停车）时，气动活塞动作，将油门齿条拉到零位。（5）泵腔上无循环油出口，燃油不能循环；在停车时，燃油无法到达喷油器，停车时一般需要换用柴油。三、高压油管早期的高压油管一般是单层的，一旦出现裂纹或密封不良问题，往往会导致高温燃油流出，产生机舱着火的隐患。随着社会的进步，航运界对船舶安全的要求越来越高。船舶建造规范规定：2002年7月1日之后建造的国际航行船舶，其高压油管应有漏油防护及报警装置。6S35MC柴油机的高压油管较长，管外包覆着柔性保护套管。保护套管的下部开孔，通过泄油管连接到漏油检测装置。检测装置底部开有很小的泄放孔，并设有浮球式液位开关和溢流管。当有少量的泄漏发生时，燃油通过泄放孔流至泄放柜，不会导致液位开关动作；如果因高压油管破裂或密封不良而导致燃油严重泄漏，泄放孔将不足以泄放大量的燃油，油位迅速升高，使液位开关动作，从而发出警报，提醒轮机员对漏油情况进行检查。同时，泄漏的燃油经溢流管流入燃油泄放柜。不同的是，6L32柴油机的高压油管较短，管外包覆着钢性保护套管，其漏油检测装置中装设的是电容式液位开关。四、喷油器1、6S35MC柴油机喷油器图5所示为6S35MC柴油机的喷油器。喷油器内有两个阀，上部是止回阀，由止回阀体Ｄ、止回阀Ｅ、止推座Ｆ和压力弹簧Ｇ组成。下部是喷油针阀，由针阀Ａ、针阀体Ｂ和调压弹簧Ｃ组成。燃油由喷油器顶部进入。当柴油机不喷油时，燃油由电动输油泵供给，如图5（1）所示，此时由于燃油压力较低，止回阀关闭，即其止回阀Ｅ封闭燃油下行通道，在止推座Ｆ的下部有一个旁通孔b开启，燃油经此旁通孔在喷油器体内循环后回到回油管路。在喷油期间，如图5（2）所示，燃油由高压喷油泵供给，油压大于1MPa时，止回阀被油压抬起Ｄ1，旁通孔b关闭，燃油向下进入下部针阀的油腔内。在燃油压力达到启阀压力时，针阀Ｂ被油压抬起Ｄ2，燃油喷入汽缸，见图5（3）。6S35MC柴油机喷油器的特点是：（1）省去了单独的冷却系统，在备车期间燃油可对喷油器进行循环预热，在运转期间对喷油器冷却并兼有驱气作用。（2）针阀下部带有一根与喷孔相匹配的滑动轴针，喷射时轴针在喷嘴中滑动，对喷嘴产生清洁作用，从而大大降低喷嘴积炭乃至堵塞的可能。也正是由于滑动轴针的存在，应尽量避免对此喷油器进行雾化试验，因为雾化试验一般采用黏度很低的柴油，会使轴针和喷嘴产生磨损。（3）喷油器启阀压力由弹簧的安装预紧力和有关零件尺寸预先确定，使用中不能进行调节。如需调节则应解体喷油器并换用专用弹簧垫片。若喷油器故障，一般需要换新，旧件丢弃，或送厂家指定的修理厂进行修复。2、6L32柴油机喷油器图6所示为6L32柴油机的喷油器。这种类型的喷油器结构相对简单。当喷油泵开始供油时，高压燃油经进油口4、进油通道A进入针阀9周围的环形槽内。随着燃油压力的升高，当作用在针阀锥面上的压力足够克服弹簧5的弹力时，针阀上升打开喷嘴，燃油喷入汽缸。6L32柴油机喷油器的特点是：（1）无循环油通道，在停车时，燃油不能经高压油管进入喷油器。（2）喷油器本体3内钻有冷却水通道B，实现淡水冷却。淡水冷却效果足够好，所以不需要像6S35MC柴油机的喷油器那样设置滑动轴针对喷嘴进行清洁。（3）喷油器的启阀压力可经调节螺钉1进行调节，在船上可方便地通过启阀压力试验进行调整，并可实施雾化试验。五、两种柴油机燃油喷射系统的对比根