船用柴油机汽缸注油器发展及故障分析

2012-12-18张德福李雷斌沈国华

中国修船 2012年6期

张德福，李雷斌，沈国华，周翀

(1.天津理工大学海运学院，天津 300384;2.中海油油建渤海装备技术服务分公司，天津 300450)

1 船用柴油机汽缸注油器的类型和工作特点

随着船用柴油机强化程度的不断提高，大功率中速和低速柴油机的汽缸润滑普遍采用缸壁注油方式，汽缸注油器是实现这一润滑方式的核心设备。目前，汽缸注油器主要分为机械式汽缸注油器和电控式汽缸注油器两大类。两者在注油压力的建立，注油率、注油量以及注油定时调节方面具有各自的特点。

机械式注油器工作原理与燃油喷油泵相似，采用组合式柱塞泵将所需滑油按照一定的时间间隔和注油数量以一定的压力输送到缸壁进行润滑。注油压力的建立是依靠泵油柱塞，注油间隔亦即注油频率通常为每30～40个活塞行程注油一次，且注油频率只随柴油机转速变化而线形变化，无法人工调节。注油压力通常为0.2 MPa左右，单位时间注油总量可通过调节注油器内泵油柱塞的行程进行调整。理论注油定时在运转范围内是固定的，一般选择活塞运行到上止点附近时，活塞第1道环和第2道环之间与注油接头相对的时刻进行注油。实际注油开始时刻是在缸内压力小于注油压力时才真正开始。影响实际注油定时的因素除了与注油器本身有关，还与柴油机类型和运转工况有关，因此，实际注油定时的控制精度无法保证，实船管理上只能做到理论注油定时尽量正确。

随着电子控制技术的发展，特别是电控共轨式燃油喷射系统在实船上的成功应用，电控汽缸注油器开始研制并在船上使用，典型的包括丹麦汉斯延森注油器系统公司 (Hans Jensen Lubricators)旋流式注油器和日本三井公司ALPHA ACC注油器，二者在汽缸油注入状态上有所区别，但基本工作原理是相似的［1-2］。电控注油系统的原理图见图1。

图1 电控注油系统原理图

图1中，依靠电动油泵将汽缸油加压到4～5 MPa并输送到供油单元 (共轨管)，由电控单元(ECU)控制注油器的电磁阀在合适的时刻启闭，执行汽缸注油。为了实现注油定时的精确控制，电控单元需要采集柴油机的两个信号，即柴油机第一缸上死点信号也称为同步信号，此信号对应曲轴每转一圈输出一个脉冲信号。另一个是曲轴转角信号，即曲轴每转动1°曲轴转角，输出一个数字脉冲信号。两个信号均由曲柄转角标码器提供。电控单元通过采集同步信号作为触发电控单元计数工作的开始点，同时通过电控单元内另一计数器对曲轴转角信号采集计数，在达到对应注油定时所对应的预设计数值后，计数器产生溢出中断，电控单元输出一个控制信号，经信号放大后驱动图1中的电磁阀开启，定时向缸内以高压雾化状态注入滑油实现润滑。目前，电控汽缸注油器的理论注油定时基本不变 (注油定时通常设定在活塞压缩冲程时，注油接头靠近活塞环周围喷入)，但为满足今后更高标准的注油定时控制，预计今后必将出现随柴油机转速和负荷变化对注油定时进行随时在线调节。此外，与机械式注油器不同，电控注油器的每次注油量是固定的，而单位时间内的注油总量的调整是通过注油器的注油频率来实现［3］。电控注油器的注油频率通常是以缸内平均指示压力或机器转速等运转参数为依据进行调节的。

综上可见，机械式与电控式注油器的区别在于，前者油量调节是通过调节油泵柱塞的行程方式实现的，注油频率只与机器转速有关;电控式则通过调节注油频率实现油量调节，油泵柱塞的行程注油量是固定的。二者共同点是现阶段的注油定时都是固定的，需要停车后才能调整。本文以某轮机械式注油器故障实例，说明注油定时的重要性以及注油器注油定时的检查、调整方法。

2 故障现象与分析

某轮主机机型:MAN-B＆W MCE50，各缸缸套采用机械式注油润滑，其组成见图2。

图2 机械式注油器

由图2可见，该机各缸注油器为单体式，各缸注油器以串联方式连接，注油器油泵的动力驱动来自主机动力输出端链轮。

航行期间，主机1#、2#两缸先后出现排气温度和缸套冷却水温度异常升高，并伴随轻微拉缸声音，降速停车后打开检查孔盘车发现，1#、2#缸活塞头部侧面有拉痕，活塞头部周围及活塞顶有较多积碳。由此判断可能由于拉缸引起。引起拉缸的原因通常主要存在于缸套润滑方面如滑油质量、注油参数等，在柴油机方面主要涉及到燃烧室运动件配合间隙、负荷工况等。鉴于该机进入正常磨损期只有3 000 h，且无超负荷现象发生过，柴油机工况和配合间隙的可能可以排除。由于其他各缸润滑状态良好，可以判断滑油质量没有问题，因此重点放在检查各缸注油定时和注油量上。经测量发现1#、2#缸的注油定时比其他缸提前了20°CA，意味着注油开始时活塞头部还未越过注油喷嘴的高度，因此压力滑油部分喷射到活塞顶和第1道环上部空间，引起过多滑油进入燃烧室被烧掉，没有完全烧掉的汽缸油形成油泥积存在第1道环槽内导致第1道环粘滞、卡阻，引起拉缸。而引起1#、2#缸注油定时变化的原因在事后翻看轮机日志时发现，是由于在更换3#缸注油器后，没有及时修正1#、2#两缸的注油定时，造成这两缸注油定时出现偏差。

3 故障处理

注油定时测量使用原厂专配的测量样板，测量样板及注油器上的测量标记分别如图3和图4所示。

图3 测量样板定时标记

图4 机械式注油器注油定时标记

由图3可见，测量样板左侧“A”表示A面，数字6、1、5，表示可以用来测量第6#、1#和5#汽缸。数字旁边的短线为测量标记线。同理，测量样板背面标记“B”表示B面，B面可测量2#、4#、3#汽缸。测量样板上有定位孔4个，对不同型号的注油器，可利用其中的2个孔将测量样板安装和固定到注油器的驱动轴端面。

测量注油定时前，先将1#缸活塞盘到上止点位置作为测量基准。如要测量1#缸注油定时，则将测量样板放到该缸注油器的驱动轴端面，并用定位销子将测量样板固定到注油器端面壳体上。检查测量样板A面数字1处的标记与注油器驱动轴上的标记A(见图4)是否对齐，如果样板上的标记线与驱动轴上标记线 (A处)能够对齐，则表明该缸注油定时正确。否则，两者在旋转平面上的角度差即为该缸注油定时的偏差角度。参考主机正车时注油器驱动轴旋转方向，通过判断两个标记线的前后位置，可判断注油定时偏差是处于超前还是滞后。本例故障中注油器驱动轴为顺时针旋转，测量发现注油器驱动轴上的标记在顺时针方向上超前测量样板对应的标记，为此，松开注油器驱动轴上的联轴节，手动沿逆时针方向盘车注油器驱动轴，直至与测量样板上1#缸的标记对齐，再重新将驱动轴联轴节紧固。同理将2#缸注油器进行定时调整。通过主机试车，1#缸和2#缸注油定时恢复正常。