船舶主機單缸不發火故障研究分析

馬修文+盛善智

摘要：主機單缸不發火故障一般是噴射系統出現問題，對于船舶的安全來說，造成的后果各不相同，如果不及時處理就會造成某些零部件故障的擴大，甚至會造成嚴重的機損事故。主機能否操作正常以及工作情況是否正常，無疑是輪機管理人員最為關注的問題。MAN B&W 5L35MC型主機的燃油噴射系統為柱塞泵式噴射系統，此文就該輪發生的單缸不發火故障做一下研究分析，并且對這樣類型的主機燃油噴射系統做進一步的探討。

關鍵詞：船舶柴油機；噴油器；排溫；管理

1 故障現象

該輪某日大洋航行中，機艙警報突然響起，輪機員下到機艙后，發現集控室的電腦顯示主機1#氣缸排煙溫度不正常，到機旁檢查1#氣缸的高壓油泵時發現其噪聲很大。在警報響起的同時，主機的增壓器也突然發生喘振，排氣冒黑煙。緊接著，我們查看了各個氣缸的排氣溫度，發現1#氣缸的排氣溫度下降較多，只有150°C；而其他氣缸的排氣溫度則上升，高達380°C。該型號主機正常時的氣缸排氣溫度為330°C～350°C。為了防止主機超負荷運行，我們使主機降負荷運行，下降期轉速。然后打開1#氣缸的示功閥，檢查壓縮壓力，發現其低于3MPa，氣缸發火不正常。氣缸的爆發壓力不足，主機功率下降，并帶有主機增壓器喘振，排氣冒黑煙。針對上述問題，我們就示功閥、噴油器、噴油泵等相關部件進行檢修，處理這一起主機單缸不發火問題。

2 應對措施

在二沖程柴油機類型中，柴油機每完成一次工作循環，曲軸要做一次回轉，即360°曲軸轉角。每個工作循環中只有第三行程，即膨脹行程是做功的，其他三個行程都是為膨脹行程服務的。并且柴油機工作循環中的各個行程都需要外界供給能量。

喘振發生時，增壓器的壓力忽高忽低，流量忽大忽然小，并且伴有喘息聲和吼叫聲。喘振是增壓器特有的現象。當增壓器發生喘振時，由于壓氣機進氣端空氣阻塞，部分空氣與壓氣機葉片之間脫離、渦流、波動而發出刺耳的吼叫聲。造成增壓器前的進氣管道振動、增壓器的轉子軸高頻的軸向顫動，并使柴油機的工作狀態趨于不穩定，增壓器與柴油機的工作壽命也由此受到影響。

從示功圖的角度進行介紹與分析。該輪此時為1#氣缸出現故障，測量單缸的P-φ示功圖和P-V示功圖。得到1#氣缸最高爆發壓力偏低，排氣溫度也偏低。影響最高爆發壓力的因素有很多，比如噴油泵、噴油器的技術狀態，壓縮終點壓力的高低，供油量的大小，噴油定時的早晚等等。當柴油機燃燒系統技術狀態良好，燃燒質量符合要求，氣缸的氣密性良好，進氣與排氣正常的情況下，若最高爆發壓力偏離了正常值，則基本可以從噴油定時和供油量上來考慮。該輪1#氣缸排氣溫度下降較多，而其他各個氣缸的排氣溫度上升，則顯然不符合正常的運行規律，由此進一步判斷為該柴油機的噴射系統出現問題。該輪主機的燃油噴射系統的類型為柱塞泵式噴射系統，這種噴射系統是現代船用柴油機最基本的一種噴射系統。它以螺旋槽柱塞旋轉的方式調整供油量的機械式噴油泵為核心，其基本組成是高壓油泵、噴油器以及高壓油管。檢查高壓油管接頭，用手摸高壓油管接頭感覺其脈動微弱，并且也沒有發現漏油事件，那究竟是高壓油泵出現故障還是噴油器出現故障呢？

首先分析高壓油泵的可能性比較大，因為該柴油機每個氣缸裝有兩個噴油器，即使一個壞掉了，另外一個還可以正常噴射，而且更換高壓油泵比噴油器要迅速。此時考慮到，當時海況良好，經過駕駛臺同意之后，決定飄航處理，更換備用油泵。停車后馬上換上新的柱塞偶件，試車后故障依舊，決定再拆卸噴油器。噴油器拆出后，試驗時發現其中一個噴油器回油量很大且無法噴射。更換新的噴油器后，試車運行正常，故障排除。

3 原因分析

MAN B&W 5L35MC型柴油機上所使用的是一種非冷卻多孔式噴油器，如圖1所示。這種噴油器的特點是可以使燃油系統中的燃油經過噴油泵進入噴油器，然后在噴油器本體內循環冷卻，最后排放至混油桶。這種結構不但省略了單獨的冷卻系統，而且這種燃油循環系統在柴油機備車的時候，可以對噴油器進行預熱；在柴油機運轉期間對噴油器冷卻并且兼有驅氣作用。然而，柴油機噴油器工作不良，會使噴射質量變差，出現間隔性滴油、歪射以及油霧較粗或不均等現象。當柴油機工作時，噴油嘴的噴射量、噴射點和燃油噴射霧化程度都在發生間隔性變化，從而引起柴油機轉速不穩定。

這種噴油器內有兩個閥，上部是止回閥，由止回閥閥體8、止回閥10、止推座5和壓力彈簧6組成。下部是噴油針閥，由針閥閥體3、針閥4和止推座5組成。燃油從噴油器的頂部進入。當柴油機不噴射燃油的時候，燃油由電機輸油泵供給，此時由于燃油的壓力比較低，止回閥10關閉，即噴油器的止回閥封閉燃油下行的通道，在止推座5的下部有一個旁通孔開啟，燃油流經此旁通孔在噴油器體內循環后排出。當柴油機噴射燃油的時候，燃油由高壓油泵供給，油壓高于2MPa的時候，止回閥被油壓抬起，高壓的燃油首先使燃油回路中斷，然后高壓燃油進入針閥的油腔內，等到達到針閥的起閥壓力時，針閥開啟進行噴油，旁通孔關閉，燃油向下流通，進入下部針閥的油腔內。在該氣缸的噴油器噴油結束時，油壓下降，針閥落座。當油壓低至某限定值時，止回閥10關閉，上述燃油循環回路重新接通，噴油器本體的燃油循環重新恢復。噴油器的起閥壓力由彈簧的預緊力和有關零件的尺寸預先決定，并且使用中不能進行調節。如果需要調節，則應解體噴油器并換用專用的彈簧墊片。

為什么一只噴油器損壞會導致該氣缸的兩只噴油器都不噴油了呢？事后經過對換下的噴油器解體發現，這個非冷卻多孔式噴油器上面的止回閥卡死在關閉的位置，所以導致該噴油器大量回油，使得高壓油泵供給的高壓燃油流經止回閥下部的旁通孔，在噴油器體內循環后直接回到油箱。由于閥件的過度磨損導致的變形或者由于燃油有雜質，這使得上面的止回閥卡死在關閉的位置，所以說當需要噴油的時候，這個止回閥打不開，燃油不能到達下面的針閥，針閥就達不到它的起閥壓力，針閥打不開，所以不能夠噴油。至于另外一個噴油器也不能夠噴油，是因為另外一個噴油器也達不到該噴油器針閥的起閥壓力，高壓燃油都通過止回閥卡死的噴油器回油了，壓力建立不起來了。針閥卡緊或者咬死的主要原因由：燃油含有機械雜質、油溫突變、噴油器冷卻不良而過熱以及安裝不良等。

4 經驗教訓

影響主機單杠不發火的故障因素有很多，我們要根據不同的現象采取相應的措施。如果此類型主機再次碰到類似現象的話，首先應該想到由于兩只噴油器共用一個高壓油泵，當一只噴油器回油量過大的時候，高壓油泵泵出的高壓燃油部分漏掉了，油壓就建立不起來，就達不到噴油器的起閥壓力，所以兩只噴油器都不能夠噴油。先前沒有想到這一點，所以造成誤判。

針閥在針閥體中卡緊或者咬死的時候，針閥不能夠及時啟閉或者不能啟閉，此時該氣缸發火就不正常，甚至單缸熄火，轉速下降。如果針閥在關閉狀態咬死，將同時伴有噴射系統中油壓劇烈升高，高壓油管脈動強烈，高壓油管接頭漏油或者破裂，噴油泵發熱并且伴有異常響聲；如果針閥在開啟狀態咬死，將同時伴有高壓油管無脈動，燃油未經霧化噴入氣缸。在管理中可以通過上述的跡象，尤其通過高壓油管的脈動狀態加以判斷。

此外，主管人員應根據柴油機的運行狀況，對噴油器必須堅持進行定期的預防和不定期的診斷性檢查。檢查中發現有不適之處，必須隨時加以維修和調節，以保證噴油器始終能夠提供良好的噴油質量。并且，主機或者其他設備經過拆裝后，一定要做好試驗，不能武斷；只有熟悉設備工作原理和內部結構，才能有的放矢，及時排除故障。平時我們還要保持控制空氣的清潔、干燥。在設備使用中經常會產生新的問題、新的變化，切不可墨守成規，要正確分析問題。

5 總結

船舶航行中難免出現故障，機艙的管理人員，平常應注意閱讀有關的說明書和其他資料，專人負責管理備件，認真巡回檢查以便及時發現故障。發現故障時要鎮靜，惶恐不利于找出故障原因，也妨礙制定排除故障的措施，甚至因措施失誤而擴大故障損失或釀成其他故障甚至事故，并且要注意協作，帶頭人應充分聽取大家的意見，盡量全方位考慮，為問題的解決贏得時間，確保輪機部設備正常運轉，保證船舶安全。

參考文獻：

[1]主推進動力裝置，中國海事中心，大連海事大學出版社，2012

[2]MAN B&W 5L35MC柴油機說明書

通訊作者：盛善智