淺談DF7型內燃機車柴油機燃油系統的穴蝕危害和措施

萬學一

（太原鐵路安全監督管理辦公室駐湖東電力機務段驗收室（大同分室），山西 大同 037005）

1 燃油系統中的穴蝕及其危害

燃油系統中穴蝕在高壓油泵，高壓油管和噴油器等各處均可能產生。如：穴蝕造成高壓油泵泵體穿透，造成柱塞偶件滑動性能變差或卡帶。穴蝕造成高壓油管孔徑改變或油管斷裂。進一步影響油量改變。穴蝕還造成噴油器針閥偶件的霧化不良，滴油甚至根本不霧化。其原因之一是所用的金屬材料硬度較低。在燃油系統中較硬的元件如噴油器針閥偶件上出現穴蝕的情況相對少一些。但在某些場合中穴蝕也可能使噴油器針閥偶件在運行幾十小時后損壞。而噴油器針閥閥線的穴蝕會破壞噴油器針閥偶件的密封性能，造成霧化不良滴油甚至不霧化，從而使柴油機燃燒狀態惡化，油耗量增加，嚴重的影響柴油機的經濟性，可靠性和耐久性。總之燃油系統的穴蝕直接影響到柴油機的工作狀況。

2 穴蝕原因

穴蝕破壞是物理效應和化學效應的綜合結果。但是主要還是物理效應。柴油機在工作時，高壓油泵的瞬時供油量和油壓都是在變化的。其變化規律取決于供油凸輪的型線。我們知道燃油是有可壓縮性的，由于燃油的可壓縮性，高壓油泵柱塞產生的壓力是通過高壓管并且以壓力波的形式在高壓油泵柱塞偶件和噴油器針閥偶件之間傳播的。若此時，壓力波不足以使噴油器針閥偶件的針閥升起時，所產生的壓力波便全部反射回高壓油管的內部，并且與高壓油泵新產生的壓力波疊加后重新向噴油器的針閥偶件傳播。如此往復傳播，直到針閥開啟，噴油終了為止。因此在噴油過程中，高壓油管內各斷面的油壓是隨著時間的變化而變化的。當燃油系統中任何一點的壓力下降到等于或低于該溫度下的燃油蒸汽壓力時便形成氣泡。隨后由于氣泡外邊的燃油壓力高，氣泡周圍燃油表面張力低，氣泡外面的燃油就有向氣泡中心加速前進的趨勢，并且有一定的動能，氣泡在正壓力波作用下就破裂。破裂時被壓縮的氣泡凝結成少量的燃油，同時產生非常高的壓力，使金屬表面造成脫落形成麻點，即出現穴蝕。隨后形成不規則的凹槽。這樣周而復始，就會使金屬表面遭受破壞。

3 影響穴蝕的因素

燃油噴射系統中的穴蝕程度主要由液力參數決定。其次還與零件表面的質量，材料的特性，材料靜態的應力狀態，燃油品種和使用溫度等因素有關。

3.1 液力參數根據有關科研設計單位的實驗和測算，對波動穴蝕的破壞強度正比于氣泡形成時期周圍壓力。對流動穴蝕，穴蝕的破壞強度正比于流速。

3.2 材料的表面狀態材料內表面質量好，抗穴蝕能力就強，在多年的檢修工作中可以證明，原東風7型內燃機車高壓油泵長期使用內表面存在缺陷的對打孔的油管，結果在使用過程中，一個輔修可造成整臺機車噴油器工作狀態極差，霧化不良。而改變油管的狀態后，使用內表面良好的高壓油管，長期使用后噴油漆的工作狀態仍然良好，改善了工作狀況。兩外材料表面硬度較高也能減少穴蝕破壞。

3.3 材料特性大量的實驗證明選用合金鋼制造的高壓油管或度陶瓷的柱塞等，都可提高使用效果。

3.4 材料的靜動態應力機械應力的疊加會對穴蝕損壞起助長作用。在對柴油機長期觀察發現，有關頭部較油管其他部位更為嚴重。這是因為油管頭部在彎曲力矩作用下震動所致。

3.5 燃油品種和燃油使用溫度不同品種燃油在不同的溫度下，其蒸汽壓力，聲速，粘度和表面張力各不相同。零件表面抗穴蝕能力也會有所差異。

4 防止穴蝕破壞的措施

由于燃油噴射系統的參數關系復雜，引起穴蝕的因素很多。所以防止穴蝕必須從結構設計，材質，熱處理，加工精度，燃油噴射系統匹配及使用部門的維護保養和檢修等方面來綜合考慮采取措施。

4.1 結構設計的改進。

4.2 供油凸輪型面的優化設計合理設計供油凸輪型面，使之適應瞬時間供油量和油壓的變化規律。

4.3 采用高強度合金材料在產品的設計上采用高強度合金材料，防止對配件產生穴蝕。

4.4 采用工藝堵當前在一些高壓油泵的泵體上采用工藝堵來抗穴蝕，延長高壓油泵的使用壽命。

4.5 采用緩沖型出油閥緩沖型出油閥是在原下置等容卸載結構的基礎上改進而成的。出油閥座面的下部增加了直徑6毫米的阻尼圓柱，出油閥落座之前，卸載凸緣進入導向中孔之后，閥體內的燃油處于某種程度的密封狀態，燃油的排泄只能通過6毫米和14毫米兩處的配合間隙。利用燃油的阻尼作用，減緩出油閥落座速度，降低供油終了后的系統內回油速度。同時還可收到減少壓力波震蕩的幅度，減輕二次噴射的效果。使噴油器針閥偶件穴蝕減輕。目前DF4機車才用的就是這種出油閥偶件。

4.6 采用壓力卸載式出油閥。目前東風4D型內燃機車使用的就是這種出油閥。它是用看來控制兩次噴射之間泵體所保存的系統壓力，防止在噴射后燃油從噴油器逆流。出油閥設有順流閥和逆流閥各一個。它能保證在柴油機全部工況下高壓燃油管內的剩余壓力保持恒定。不受柴油機的負荷及轉速的影響，可以改善部分負荷時的柴油機性能，改善噴油器的使用壽命。

4.7 噴油器偶件材料的選擇隨著柴油機功率等級和強化程度的提高，噴油器偶件的材料選擇成為一個重要課題。因為真閥體的選材與其在柴油機中的工作溫度有及為密切的關系。以上這些是有關設計部門和生產廠家在生產配件時采取的防穴蝕的必要措施。

4.8 使用部門的措施使用部門的細心維護和精心保養與嚴格的檢修也是保證減少穴蝕的必不可少的條件。

結束語

大功率高強化柴油機燃油噴射系統所出現的穴蝕，2次噴射以及噴油器針閥斷裂等一系列問題，將嚴重影響柴油機的經濟性能，可靠性和耐久性。通過對高強化柴油機燃油噴射系統出現的穴蝕顯現，穴蝕類型，穴蝕原因等進行的系統分析中可以看到，防止燃油噴射系統的穴蝕可通過結構設計的改變，材料，熱處理，制造精度和使用單位的檢修和維護保養等五個方面綜合治理來提高燃油系統性能，經濟性，可靠性和耐久性。特別是使用單位在檢修過程中的工藝范圍的落實，檢修質量的保證和提高將起到關鍵的作用。

[1]鐵道部北京二七機車廠.東風7型內燃機車的運用與維修[M].北京：中國鐵道出版社，1994.

[2]鮑維千.內燃機車總體及機車走行部[M].北京：中國鐵道出版社，1995.