8L48/60CR柴油機單缸排溫異常故障原因及對策分析

袁彥偉，王振強

（中國衛(wèi)星海上測控部，江蘇無錫 214431）

0 引言

當(dāng)前，測量船常年處于高負荷、長時間的工作狀態(tài)，這對柴油機而言是極大的考驗。文中測量船主機為MAN8L48/60CR電噴共軌柴油機，至今為止運行時間超過8 900 h。迄今為止，文中測量船主機單缸排溫異常故障29次、主機節(jié)流閥故障2次、右主機推進控制手柄自動復(fù)零1次、右主機曲軸箱爆燃1次、左主機搖臂箱滲水1次、主機附屬系統(tǒng)設(shè)備故障2次。單缸排溫異常故障發(fā)生率高達82.9%，本文以電磁閥故障引起的主機單缸排溫異常為案例，總結(jié)故障排查的過程，提出有效的對策措施，為提高崗位人員探究問題的能力、保障設(shè)備穩(wěn)定運行夯實了基礎(chǔ)。

1 燃油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

1.1 燃油系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

燃油共軌系統(tǒng)主要由噴射管、蓄壓器、止回閥、高壓油管、噴油電磁閥、高壓油泵和噴油器等組成，見圖1。

圖1 燃油系統(tǒng)圖示意圖

1.2 燃油系統(tǒng)的原理

如圖2所示，外部的燃油供給泵從日用柜中將燃油吸出輸送至高壓油泵，高壓油泵將經(jīng)過節(jié)流閥的燃油加壓輸送至共軌存儲單元中，并保持高壓。預(yù)設(shè)需要噴射的燃油量然后通過設(shè)定噴油電磁閥組工作過程的開始時間、時長和結(jié)束時間來實現(xiàn)控制。電噴共軌柴油機對于傳統(tǒng)柴油機最大的區(qū)別在于它通過節(jié)流閥和蓄壓器實現(xiàn)油壓的精確控制，使燃油噴射管壓力大小與主機轉(zhuǎn)速無關(guān)，消除了壓力波動。

圖2 共軌噴射系統(tǒng)原理圖

2 故障統(tǒng)計、案例分析及處置

2.1 故障統(tǒng)計

自2016年10月起，左、右主機在出海執(zhí)行任務(wù)期間先后發(fā)生29起主機排氣溫度異常故障，故障原時間和故障部位見表1。

表1 故障統(tǒng)計表

經(jīng)過統(tǒng)計分析（見圖3），由電磁閥故障引起單缸排溫異常的概率高達到66%。所以本文對電磁閥故障引起的單缸排溫異常案例進行分析。

圖3 柴油機故障成因分布圖

圖3 柴油機故障成因分布圖

2.2 故障案例及分析

2.2.1 故障案例

以第一次故障為例，2016年10月11日17時30分，船舶在海上正以85%的負荷航行，崗位人員突然發(fā)現(xiàn)左主機8號氣缸排氣溫度直線下降。此時8號氣缸實際排氣溫度顯示為98 ℃～138 ℃，其它缸的排氣溫度為380 ℃～400 ℃左右（見圖4）。在后續(xù)觀察中，8號缸出現(xiàn)短暫恢復(fù)發(fā)火后再次熄火的情況，反復(fù)3次。

2.2.2 分析定位

首先，組織技術(shù)骨干進行分析，噴射單元發(fā)出的8號缸噴射時間為3.1 ms，與其他缸相比并無明顯異常，因此排除噴射單元模塊的故障可能。其次，故障出現(xiàn)過短暫恢復(fù)發(fā)火后又熄火現(xiàn)象并且反復(fù) 3次。因此，懷疑此次故障由排溫傳感器接觸不良或故障所致。對8號缸排溫傳感器進行檢查、測量，拆檢傳感器接線盒內(nèi)的接頭是否松動，測量其電阻阻值是否正常，結(jié)果均正常，于是排除了傳感器故障的可能。

接著對共軌單元管路系統(tǒng)做了進一步檢查，對比其他各缸燃油噴射管脈動情況及爆發(fā)壓力，發(fā)現(xiàn)左主機8號缸燃油噴射管的噴油脈動較弱，利用爆壓表對氣缸的爆發(fā)壓力進行測量，結(jié)果顯示8號氣缸爆發(fā)壓力為6.3 MPa，而其它氣缸的爆發(fā)壓力均在8 MPa左右。經(jīng)與MAN公司技術(shù)人員遠程技術(shù)診斷交流，在緊急停車后重新啟動主機，發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象依然存在，確認故障原因為氣缸燃油噴射電磁閥組工作異常。

2.2.3 電磁閥組原理

首先分析電磁閥工作原理，見圖 4。當(dāng)電磁閥組不通電時（見圖4（b）），彈璜張力使球閥關(guān)閉2/2閥室泄壓通道，此時2/2閥室壓力大于3/2閥室油壓，推動閥芯向下運動，關(guān)閉2/2閥室至噴油器的注油通道，使噴射噴嘴關(guān)閉，氣缸內(nèi)噴油器不噴油。當(dāng)電磁閥組得電時（見圖4（c）），電磁閥線圈磁力克服彈璜張力將球體向上吸合，使2/2閥室泄壓通道打開，油壓向上流出形成泄壓，活塞上方壓力減小，造成3/2閥室油壓大于2/2閥室油壓，從而使柱塞向上移動，打開燃油噴射通道，使120 MPa～160 MPa的油壓進入噴油器，噴射噴嘴針閥達到開啟壓力，噴嘴噴出油霧進入氣缸與空氣混合燃燒。當(dāng)電磁閥失電時（見圖4（d）），由于球閥失去電磁線圈的吸力，彈簧張力致使球閥關(guān)閉2/2閥室泄壓通道，2/2閥室的上方越來越大的壓力推動活塞向下移動，關(guān)閉注油通道，噴射噴嘴針閥關(guān)閉，而未噴射完的燃油壓力在噴射后從回流管滴下來，離開閥組回至燃油泄漏報警箱，切斷系統(tǒng)，噴射結(jié)束。

圖4 波形參數(shù)的敏感性分析

2.3 解決故障

為了降低電磁閥組內(nèi)部高壓燃油外泄的風(fēng)險，確保設(shè)備安全可靠性，電磁閥組外部采用整體結(jié)構(gòu)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分精密。因此，對于出現(xiàn)故障的電磁閥組，均采取更換備件的方法。需要準備扭矩扳手、潤滑劑（含二硫化鉬）、防護手套及清潔棉麻布等工具（見圖5）。

圖5 備件工具實物圖

電磁閥組的拆卸步驟嚴格按照說明書進行，分別用20 N·m、50 N·m和90 N·m的力矩將六角螺栓擰緊。對8號氣缸噴射電磁閥組拆卸裝復(fù)后，對主機進行沖車、重啟，設(shè)備恢復(fù)正常。

3 故障經(jīng)驗總結(jié)

3.1 故障總結(jié)

故障總結(jié)情況見表2。

表2 故障總結(jié)表

3.2 經(jīng)驗總結(jié)

首先，查看報警信息后，盡量掌握更多具體現(xiàn)象。例如排溫變化速度與幅度、爆發(fā)壓力、氣缸聲響、燃油噴射管脈動以及泄漏監(jiān)測螺栓狀態(tài)等。其次，當(dāng)設(shè)備未能準確定位故障時，基于主機設(shè)備安全性，以是否會引發(fā)次生事故為首要原則進行噴油器檢修，防止因噴油器油頭吹落（見圖 6）等原因引起大量燃油進入氣缸，導(dǎo)致排煙溫度過高，且大量燃油進入氣缸會污染滑油，引起滑油變質(zhì)。最后，如果通過具體現(xiàn)象無法定位，則結(jié)合先易后難原則，按照故障率從高到低的順序進行排除（需注意不同運行時間階段，各部件的故障率不同，須結(jié)合說明書和使用經(jīng)驗及時總結(jié)）。

圖6 油頭吹落的噴油器

3.3 如何做好單缸排溫故障的預(yù)防工作

3.3.1 全程管控好燃油系統(tǒng)

電噴共軌柴油機對燃油的品質(zhì)要求較高，尤其是電磁閥構(gòu)造精密，細小的顆粒雜質(zhì)都將引起卡滯或磨損，導(dǎo)致故障發(fā)生。因此，保持燃油狀態(tài)良好至觀重要，需要在后續(xù)工作中適時對主機燃油沉淀柜和日用柜進行清潔，出航之前徹底清潔燃油系統(tǒng)所有濾器，特別是大風(fēng)浪航行時定時進行日用（沉淀）柜放殘。溫度對燃油的粘度有很大影響，根據(jù)說明書要求將燃油溫度控制在45℃以下。

3.3.2 合理使用并做好維護保養(yǎng)工作

合理使用主機，盡可能避免在25%以下功率范圍內(nèi)（極低負荷）運行；定期盤車，沖車時觀察示功閥、運行（尤其在加減負荷）時觀察各缸排溫變化，及時發(fā)現(xiàn)故障隱患，提前消除；按時維護保養(yǎng)，嚴格參照主機維護保養(yǎng)計劃，高質(zhì)量完成保養(yǎng)作業(yè)。

3.3.3 做好存檔備份工作

目前階段，崗位人員對主機單缸排溫異常故障的主要處置建議及措施已形成《故障案例匯編》，為解決后續(xù)主機故障徹底的定性定量，及時做好故障數(shù)據(jù)、故障現(xiàn)象的存檔備份工作提供依據(jù)。并在合適階段對燃油、滑油進行取樣以備分析，為后續(xù)的深入故障解決及預(yù)防提供第一手資料。

4 結(jié)論

自2016年以來，經(jīng)過海上二十多次主機單缸排溫異常的故障搶修經(jīng)歷，崗位人員積累了豐富的工作經(jīng)驗。針對單缸排溫異常故障，已經(jīng)形成一整套從故障分析到定位檢修再到事后總結(jié)經(jīng)驗的完備流程。迄今為止，已經(jīng)可以做到立足自身解決各種問題引起的主機單缸排溫異常的故障，具有一定的應(yīng)用價值。