刘建安

（福建船政交通职业学院，福州 350007）

0 引言

船舶大型低速二冲程柴油机的VIT机构是“可变喷油定时调节系统”的英文名“Variable Injection Timing Control System”的缩写。如今，船舶柴油机制造厂商中比较主流的厂家，如 MAN B&W 和MITSUBISHI等，在设计和制造大型低速柴油机时，都采用了这种可变喷油定时调节系统，这种系统能根据柴油机的负荷变化自动调节回油孔式高压油泵的供油提前角，使得柴油机在部分负荷运行时仍可以获得尽可能高的——接近标定值的最高爆发压力，从而改善部分负荷下的经济性，在目前燃油费用占航运企业营运成本的比例越来越高的情况下，产生相当的经济效益。同时，在柴油机高负荷运转时又能控制最高爆发压力，使之不超过标定爆压，实现对柴油机机械强度的限制保护。由于VIT机构在柴油机的性能发挥中起着重要的作用，本文在此对船舶大型低速二冲程柴油机 VIT机构的功能调整、故障处理和维护管理方面的技术进行研究探讨，以供广大同行们参考。

1 VIT机构的组成结构、控制原理、调节特性和功能整定

船舶大型低速二冲程回油孔式高压油泵柴油机的VIT系统原理如图1所示。

图1 船舶柴油机VIT机构系统原理图

1.1 VIT机构的组成结构和控制原理[1]

此类型的VIT控制系统以主流的船舶大型低速二冲程柴油机MAN B&W机型为代表，主要组成结构包括高压油泵系统（含泵体底部的油量和定时调节系统）、调节伺服器（也称位置伺服器）、中间反馈传动调节系统（原理图中包含调速器的输出调节轴Z、锁紧螺栓S、VIT的位置调节杆A、调节臂B、连接销C、位置传感器E（有的参考资料也称负荷传感器）、调压阀D、调节支点F1和F2、一对位置调整螺栓H和锁紧螺母G）。

高压油泵的泵体底部装有两根调节齿条，位于上方的一根起供油定时调节作用（图1中与调节伺服器相连），位于下方的另一根是与调速器输出轴相连起油量调节作用（图1中没画出），油泵的套筒下部有梯形外螺纹，与定时齿圈上部的梯形内螺纹相配，定时齿圈的外部又与定时调节齿条相啮合，当齿条拉动时，齿圈通过螺旋副可使套筒上下移动，从而改变套筒与柱塞的相对位置，从而改变喷油定时。位置伺服器其实是个气动执行元件，其内部的活塞杆通过定时调节杆与供油定时齿条相连接，接受来自于位置传感器的控制信号。位置传感器由调速器的输出调节轴Z进行控制，当柴油机负荷变化时，调速器输出调节轴Z一方面通过传动杆直接拉动油量调节齿条改变供油量，同时，通过原理图所示的传动装置——包含调速器的输出调节轴Z、锁紧螺栓S、VIT的位置调节杆A、调节臂B和连接销C，改变位置传感器E，以控制输出到位置伺服器的控制信号的压力，改变其内活塞的位置，从而拉动定时齿条达到调节供油定时，最终达到利用加大喷油提前角的手段提高最大爆发压力的目的。各个缸的VIT位置伺服器都是由来自调压阀D的输出控制气压信号控制的。

调节伺服器的输入端和位置传感器E及调压阀D的输出端之间有个节流止回装置，它的作用是：一方面防止VIT系统调节过于灵敏；另一方面是防止柴油机高负荷时突减时，来自位置传感器的控制信号即控制压力大幅突增，从而引起爆压超限。

1.2 VIT机构的调节特性分析和功能整定

此类VIT机构的根本技术手段就是在选定的某柴油机负荷区间内（例如50%~85%，这里 50%负荷点称为VIT起始点，85%负荷点称为临界点，某些参考书也称之为break point），使柴油机最大爆发压力Pmax随负荷增加逐渐达到允许的Pmax最大值，当负荷高于临界点时，使Pmax不再随负荷增大而增大，保持在允许的最大值上。

图2 船舶柴油机VIT机构负荷控制原理图

1.2.1 柴油机VIT系统负荷控制的三个阶段[2]

1）柴油机VIT系统无动作阶段：即柴油机负荷位于0~50%的阶段，在此阶段中，图1中位置调节杆A远离调压阀D上的位置传感器E（即图2中负荷传感器），调压阀D输出的控制压力为零，调节伺服器不动作（图2(a)）。

2）柴油机VIT系统开始动作阶段：此阶段，柴油机负荷增加到50%左右时，图1中位置调节杆A开始触及到调压阀D上的位置传感器E，当二者接触时，调压阀D的输出控制压力达到某一设定值（如MAN B&W机型的SUPER VIT系统的值设定为0.05MPa），此时的负荷为VIT调节的始点，而后随着柴油机负荷的增加，位置调节杆A进一步触压调压阀D上的位置传感器E，使调压阀D的输出控制压力继续增加，VIT调节伺服器进一步动作改变高压油泵调节齿条的位置，其套筒上移，使喷油提前角提前，最大爆发压力Pmax持续增大（图2(b)）。

3）柴油机VIT系统保持Pmax设定值不变阶段：当柴油机负荷增加到85%左右时，即此时柴油机的最大爆发压力达到柴油机预定的设定压力Pmax，这时图1中的位置调节杆A与支点F1和F2（即图2中的限位A和B）同时接触，位置传感器E（即图2中的负荷传感器）的压入量达到最大值，即调压阀D的输出控制压力达到最大值。当柴油机负荷从85%继续增加时，位置调节杆 A绕支点 F1（图 2中为限位A）转动，从而位置传感器E（即图2中的负荷传感器）的压入量减少，调压阀D的输出控制压力相应降低，使VIT调节伺服器动作延迟喷油提前角，以保持柴油机的最大爆发压力Pmax不变。

1.2.2 柴油机VIT系统的调节特性分析和功能整定

柴油机VIT系统的功能整定实质就是整定在柴油机负荷50%左右时的作用起始点值、柴油机负荷85%左右的临界点值和最大爆发压力Pmax设定值这三个参数[3]。

1）柴油机VIT系统的单缸调节方法

主要是调整柴油机该缸的VIT齿条的位置或者是调整VIT调节伺服器（即位置伺服器）的位置，如图1所示，改变该缸的高压油泵VIT齿条与调节伺服器之间的传动杆的长度，即改变该缸的喷油定时。一般情况下，柴油机在确定了油头、气缸密封状况、增压系统良好的前提下，由于单缸高压油泵的磨损造成爆发压力和负荷关系发生变化，此时可以进行柴油机VIT系统的单缸整定。

2）柴油机VIT系统的整机调节方法

在柴油机的使用过程中，由于该机高压油泵的柱塞偶件长期整体磨损或使用的燃油品质发生了较大变化等情况，从而造成整机爆发压力和负荷关系较大的变化，此时，有必要进行柴油机VIT系统的整机调节。

（1）调节柴油机VIT系统的起始点值——调节支点F2（图1）

一般情况下，柴油机VIT系统的起始点值设定在50%负荷附近，当柴油机由于某种原因（如调节临界点值或最大爆压值）发生起始点值改变，可以调整F2支点的位置，重新设定VIT系统的起始点值。首先松开F2上的锁紧螺栓，推动支点F2移动：当F2向左边移动时，VIT系统的起始点值增大（即往大于50%负荷的方向变化）；当F2向右边移动时，VIT系统的起始点值减小（即往小于50%负荷的方向变化）。调整结束后重新锁紧锁紧螺栓，防止松动。

（2）调节柴油机VIT系统的临界点值——调节位置调节杆A的初始位置（图1）

当柴油机由于某种原因发生临界点值改变时，可以调整位置调节杆A的位置。首先松开调节臂B上的锁紧螺栓S，然后推动调节臂B和位置调节杆A使其绕调速器输出调节轴Z转动，同时注意观察A与支点F1、F2的相对位置（在临界点承载负荷时，A应与F1和F2同时接触）。若顺时针转动位置调节杆A，则临界点值增大（即往大于85%负荷的方向变化），此时柴油机的最大爆发压力 Pmax和VIT起始点值也都相应的有所增大，但是在柴油机50%~85%负荷区间内的爆发压力随负荷变化的比例系数不变。反之如果逆时针转动位置调节杆A，则临界点值减小（即往小于85%负荷的方向变化），此时，柴油机的最大爆发压力Pmax和VIT起始点值也都相应的有所减小，但是在柴油机50%~85%负荷区间内的爆发压力随负荷变化的比例系数也仍然不变。调节结束后将锁紧螺栓S锁紧[4]。

值得注意的是，此时还必须重新调整柴油机的最大爆发压力Pmax和VIT起始点值。

（3）调节柴油机VIT系统的最大爆发压力Pmax值——调节调压阀D和位置调节杆A的相对位置（图1）

当柴油机在临界点到 100%负荷区间内出现最大爆发压力大于或小于设定的Pmax值时，常用此方法进行调节。首先松开在滑动槽中的一对锁紧螺栓G，然后调整调节螺栓H。当调压阀D远离位置调节杆A时，使柴油机的喷油提前角减小，柴油机的最大爆发压力Pmax设定值减小，注意到，同时柴油机的VIT起始点值有相应的增大（即往大于50%负荷的方向变化）。反之当调压阀D靠近位置调节杆A时，使柴油机的喷油提前角增大，柴油机的最大爆发压力Pmax设定值增大，同时柴油机的VIT起始点值有相应的减小（即往小于 50%负荷的方向变化）。调整结束后，再将锁紧螺栓G锁紧。

值得注意的是，此时还必须重新调整柴油机的VIT起始点值。

（4）调节柴油机 VIT系统的临界点和100%MCR之间的爆发压力值，使100%负荷处的爆发压力等于设定最大Pmax——调节支点F1（图1）

当柴油机由于使用了不同品质的燃油或由于燃油泵磨损等原因造成柴油机爆发压力高于或低于设定的最大Pmax时，此时可以调节支点F1。F1被调整时，VIT系统的起始点值和临界点值不变，但在临界点到 100%负荷范围内的爆压随负荷变化而变化。首先松开F1上的锁紧螺栓，推动支点F1移动：当F1向左边移动时，在临界点到100%负荷范围内的爆压随负荷增加而增加；当 F1向右边移动时，在临界点到 100%负荷范围内的爆压随负荷增加而减少。调整结束后重新锁紧锁紧螺栓，防止松动。

综合以上的技术分析，对柴油机VIT系统的整机调节都是在柴油机的正常运转过程中进行的，程序如下较为合理：

1）VIT系统起始点值调节——只需调整支点F2左右位置即可。

2）VIT系统临界点值调节——首先调整位置调节杆A的位置，在将柴油机负荷调整到规定设定值如85%时，使位置调节杆A与支点F1和F2同时接触，锁紧锁紧螺栓S。其次重新调整支点F1的左右位置，即重新整定柴油机的最大爆压，直到Pmax达到说明书的要求。最后重新整定 F2的左右位置使VIT系统起始点值达到规定值（一般为50%负荷）

3）VIT系统最大爆压值Pmax调节——将柴油机负荷分别调整到85%和100%，测量最大爆发压力值，如果不符合说明书要求则需要进行调整。主要是调整调压阀D和位置调节杆A的相对位置。首先，松开锁紧螺栓G，调整调节螺栓H，调节调压阀D的位置，然后测量柴油机的最大爆压，直到满足说明书的要求。其次，重新整定 F2的左右位置使 VIT系统起始点值达到规定值（一般为 50%负荷），最后，检查柴油机在临界点到100%负荷之间，柴油机的爆发压力是否保持不变或在允许的范围内变化，如果不符合要求，重新调整支点 F1的左右位置，即重新整定柴油机的最大爆压，直到Pmax达到说明书的要求。

2 VIT机构常见故障的分析和处理

船舶柴油机在长期的使用过程中，除了由于高压油泵长期运转磨损或因为使用了不同品质的燃油等原因需要定期进行 VIT系统功能检查和调整之外，还较易出现以下一些故障：

1）柴油机高压油泵定时齿条装置故障。故障表现为在柴油机运行中，高压油泵定时齿条不动作或动作不到位。故障原因一般为高压油泵调节盘上的导向块、导向杆、机械伺服阀件部位磨损过度导致各间隙值发生变化。装置拆解并修复或更换备件，按说明书的要求调整各间隙值。

2）柴油机高压油泵套筒不能归位故障[5]。故障表现为在柴油机运行中，高负荷状态下喷油提前角过大，爆压超限而造成主机机械超负荷。原因是高压油泵套筒顶部与上盖之间的空间（该空间的容积是随套筒的上下移动而改变）内积聚的燃油因为泄油管堵塞无法排泄，阻碍套筒的移动，使套筒一直处于最低位置即喷油提前角最大的位置，此时爆压最大，所以使柴油机在 0~100%负荷内都以最大的喷油提前角喷油燃烧。建议加粗泄油管或加装伴行加热管防止燃油堵塞造成事故。

3）调节伺服器故障。故障表现为柴油机的VIT系统工作失灵，无论柴油机负荷怎样变化，喷油提前角都不变。故障原因一般为内部气缸活塞密封装置老化断裂，或油缸柱塞磨损严重，或内部单向阀关闭不严而泄漏从而使调节伺服器。设备拆解分析，针对不同的原因，修复或更换备件。

4）位置传感器E和调压阀D功能故障[6]。位置传感器E较易出现触压接头卡阻或动作迟滞的故障，而调压阀D则较易出现内部阀件阀芯卡死或密封圈失效或调压弹簧断裂造成其输出控制压力失灵，因而由于不同的故障原因会出现不同的故障现象，诸如VIT动作不到位、迟滞甚至失效等。此时，只能根据具体现象做具体分析，拆解检查，修复或更换备件。

5）VIT机构的中间反馈传动调节系统中各部位松动失效。故障表现为在柴油机运行时VIT系统动作迟缓甚至失效，表现为整机VIT调节不灵敏，在设定的负荷区间内无法有效提高柴油机爆发压力。调节方法是针对不同的结构部位如调节杆、锁紧螺栓等定期进行检查维护，防止长期使用中螺栓松动或脱落，使VIT功能失效。

3 VIT机构维护管理技术和经验探讨

根据自身多年的船上工作经验，在柴油机VIT机构的实际管理维护工作过程中总结出以下的一些技术要点和管理经验：

1）定期对柴油机VIT系统进行功能检查和调整，特别是在柴油机长期运转使用后，VIT机构的连接件运转磨损、柴油机燃用油品质变化、柴油机本身性能工况发生变化（如压缩压力降低、爆压降低等），都需要对VIT系统重新进行调节，以改善柴油机工作状况。

（1）定期检查VIT机构的气路和油路，工作的空气压力和油压力满足说明书要求，保持油路畅通，定期清洗滤器，及时消除泄漏。

（2）定期检查各连接部件和阀件的接头，各运动部件的活动部位和定时齿条，及时消除松动并加油润滑。

（3）调节伺服器前有工作空气管路上的润滑装置，应及时注满润滑油，保证伺服器的润滑，防止工作中干磨。

（4）VIT系统的工作空气阀和先导阀，主机完车后及时关闭，备车时及时打开。

2）目前，许多国内航运企业为提高船舶的经济性，在不影响船期的前提下常降速航行以减少油耗（如主机选用60%左右的额定负荷时，航速降15%，但油耗降 40%）。但柴油机长期处于低负荷运行工况，会导致其燃烧恶化、磨损加剧和缸内结炭严重，此时，可以通过对VIT系统进行适当的调整，即适当使 VIT系统的动作提前，使柴油机在接近70%~75%额定功率时，爆发压力接近额定最大Pmax，这样可以起到改善柴油机上述恶劣工况和获得一定经济节能的作用[7]。

4 结语

在船舶营运过程中，柴油机VIT机构的管理工作，是柴油机管理工作中的一个重点和难点，本文针对船舶大型低速柴油机VIT机构功能调整、故障处理和维护管理方面的一些技术和经验进行分析和总结，为广大同行们在实际管理工作中提供借鉴。由于实际工作中柴油机VIT系统的运行随柴油机工况变化更为复杂多变，为了船舶更加安全的营运和进一步提高经济效益，对柴油机VIT机构的技术研究这个课题值得广大轮机研究和管理人员进行更深入的探析。

[1]黄少竹. 船舶柴油机[M]. 大连: 大连海事大学出版社, 2008.

[2]刘喜洋. 某型柴油主机 VIT系统及其调节和维护的几点认识[J]. 航海技术, 2012(02): 53-54.

[3]刘奕宏. 船舶主机VIT功能的检修与调整[J]. 天津航海, 2012(01): 20, 53.

[4]俞振廷. 通过对 VIT机构的调节实现船舶节能的探索[J]. 航海技术, 2004(05): 49-51.

[5]蔡德清. 带 VIT装置的高压油泵套筒不能归位的危害和预防[J]. 航海技术, 2007(06): 56.

[6]张汝洪. 某轮 VIT故障导致主机单缸爆压过高的处理[J]. 航海技术, 2007(03): 56-57.

[7]方适中. MITSUI B&W主机VIT机构工作原理及故障分析[J]. 航海技术, 2007(S1): 63-64.