東風8B機車柴油機噴黑油原因分析與控制處理措施

許東力

(南車洛陽機車有限公司 科技開發部,河南洛陽471002)

東風8B機車是國產大功率重載貨運內燃機車,在運用過程中經常發生柴油機噴黑油現象,有關機務段、修理廠因處理此問題耗費了很大的精力,效果很不理想。

1 機車柴油機噴油現象及運用情況

機車長時間低速空載時,從增壓器排氣管向外噴出黑色的油污,量少時會在機車頂蓋、車體表面有點狀黑油,量多時會沿機車頂蓋向下流出大量黑油。而機車加載狀態下、低速空轉時間短的情況下不會發生該現象。

對鄭州、新鄉、新豐鎮機務段等東風8B機車數量較多的機務段實地調研,大多數機車都存在噴黑油情況。而與東風8B機車裝用相同16V280ZJA柴油機的東風11機車則很少發生噴黑油現象;同為貨運用途的東風4B機車基本沒有噴黑油現象。

2 東風8B機車柴油機噴油原因分析

(1)噴燃油原因分析

①設計缺陷導致機車低速空載情況下燃燒不充分

從東風8B與東風4B機車及柴油機的結構特點與性能分析,東風8B機車裝用16V280ZJA柴油機,最高轉速1 000 r/min,最低轉速 400 r/min,柴油機裝車功率3 680 kW,氣缸直徑 280 mm,活塞行程285 mm;噴油泵小流量110～135 cm3/min(轉速200 r/min時)。東風4B機車裝用16V240ZJB柴油機,最高轉速1 000 r/min,最低轉速430 r/min,柴油機裝車功率2 430 kW,氣缸直徑240 mm,活塞行程275 mm;噴油泵小流量平均值115 cm3/min(轉速250 r/min時),若轉速設定為200 r/min,噴油泵小流量平均值92 cm3/min。

東風8B機車柴油機相對東風4B機車柴油機進氣不足;柴油機在機車最低轉速空載運行時,增壓器雖然轉動,但是增壓作用很小,進入氣缸的空氣主要是靠活塞向下死點運行時產生的真空度吸入,此時對240、280柴油機來說進氣條件基本相同,由于280柴油機噴油泵小流量大而進氣需求量大,相比較而言280柴油機顯得進氣不足,因此在低速空載情況下易發生燃燒不充分情況。東風8B機車柴油機最低轉速400 r/min相對于東風4B機車柴油機的430 r/min偏低,一方面是考慮到280柴油機本身氣缸直徑大、若采用430 r/min會導致空載油耗率增加。

由于280柴油機最低轉速偏低,導致廢氣能量偏小從而使增壓器的增壓壓力不足,造成噴入氣缸的燃油不能完全燃燒。240柴油機最低轉速430 r/min,進入增壓器的廢氣能量較大,增壓器的增壓效果較好從而各缸燃燒狀態良好。280柴油機加載情況下增壓器的增壓效果明顯、各缸燃燒充分,這也就是東風8B機車加載狀態下不噴油的原因。雖然東風11機車也裝用16V280ZJA柴油機,但是作為客運機車很少時間低速空載運行,不會反映出噴黑油現象。由于東風8B機車柴油機易發生燃油不能完全燃燒情況,因而會引發氣缸套磨損、活塞環磨損導致的噴機油現象。

②零部件故障導致燃油不能完全燃燒

噴油器霧化不良、卡死、滴油等故障,會導致部分燃油不參與燃燒,隨廢氣一同噴出。噴油泵柱塞裂、柱塞磨損、柱塞卡死、出油閥卡死等故障會導致噴油器霧化不良、二次噴射、隔次噴射等故障,從而引發燃油不能完全參與燃燒隨廢氣噴出。

③柴油機組裝調試不當引起燃燒不良

供油提前角偏小,會導致燃燒不良。噴油泵小流量誤差大,會導致在低速空載工況下部分噴油器霧化不良。兩側供油拉桿行程不同步,會導致一側噴油器霧化不良。壓縮壓力偏低,會導致燃燒不良情況。噴油器突出量過大或過小,會導致噴出的霧狀燃油過多的接觸氣缸蓋、氣缸套、活塞頂等不能完全參與燃燒。柴油機臺架試驗調試不當,低工況爆發壓力相差過大,使部分噴油器霧化不良或不霧化。高壓油管、高壓直管孔徑過大或過小以及高壓油管長短等都會影響噴油器霧化。

(2)噴機油原因分析

①氣門桿與氣門導管之間間隙過大,會導致在氣門開關過程中機油進入燃燒室,不能燃燒的機油隨廢氣噴出。②一些原因導致的氣缸套磨損、活塞環磨損會使機油穿入燃燒室造成噴油。

3 控制措施與處理方法

從上述分析可以看出,東風8B機車柴油機噴油現象主要是由于其設計缺陷造成的,想要徹底消除需要對柴油機乃至整車進行改進,顯然是不現實的;因此在機車檢修過程中有針對性地提高柴油機燃燒性能會使噴油現象得到控制,還可以降低相關故障(氣缸套拉傷、活塞環磨損)的發生率。通過對新豐鎮機務段大修回段的東風8B機車觀察發現,燃燒性能較好的機車噴出的黑油很少,而燃燒狀態不良的機車噴出的黑油很多會給用戶造成不良的影響。

3.1 控制噴燃油措施

(1)選用優質配件,保證噴油器霧化狀態良好

①選用質量較好的噴油器針閥偶件,降低針閥燒死引起的霧化不良、滴油等故障。②對高壓油管、高壓直管,在裝車前檢查孔徑是否通暢、大小是否符合圖紙要求,高壓油管長度是否符合圖紙要求,對不符合圖紙要求的不予裝車,確保各氣缸噴射規律正常、均衡。③選用質量較好的噴油泵柱塞偶件及出油閥偶件,降低噴油器霧化不良、2次噴射、隔次噴射等故障的發生率。

(2)保證柴油機組裝調試質量

①保證各缸供油提前角為22±0.5°,前提是B值、K值測量準確,在柴油機臺架試驗時進行校核。

②保證噴油器對氣缸蓋底面的凸出量為5.3～5.8 mm,對氣缸蓋噴油器孔深度、噴油器安裝長度進行檢測,安裝噴油器時選配;拔出噴油器或安裝噴油器時應檢查噴油器安裝孔內是否有殘存墊片。

③噴油泵進行流量分組,保證同臺車小流量誤差不大于8 cm3、大流量誤差不大于 4 cm3。

④將各氣缸壓縮壓力提高至要求范圍的中上限。16V280ZJA柴油機的壓縮壓力規定范圍是2.84～3.14 MPa,氣缸余隙高度(壓鉛值)規定值為4.5～4.7 mm,可控制壓鉛值在4.5～4.6 mm,使壓縮壓力提高到3～3.14 MPa,能夠提高各氣缸的燃燒效率。

⑤調整好左右控制拉桿的行程使兩側形成一致。組裝時檢查左右拉桿行程,通過調整橫拉桿的調節桿來保證,使左右側拉桿的行程差不大于0.2齒條刻線。

⑥柴油機臺架試驗時調整各氣缸低工況(最低轉速空載)爆發壓力不低于3 MPa,各氣缸差值不大于0.1 MPa,確保各氣缸在最低轉速空載情況下燃燒均衡、降低噴油器霧化不良發生率。

⑦適當提高最低轉速。東風8B機車柴油機最低空載轉速為400±10 r/min,可以將其調整至405～410 r/min,提高柴油機最低轉速下的燃燒性能。

3.2 控制噴機油措施

(1)保證氣門導管與氣門桿之間的間隙符合要求。氣缸蓋檢修時,對氣門導管進行尺寸檢測、內孔狀態檢查(粗糙度狀態),復查氣門桿尺寸。

(2)安裝氣缸套前檢查氣缸套內孔粗糙度是否符合圖紙要求、孔徑尺寸及形位誤差是否符合設計要求,裝車后復查孔徑尺寸及形位誤差。

(3)活塞連桿組裝前,檢查活塞頂、活塞裙是否有高點、飛邊毛刺,檢查活塞環槽尺寸是否符合設計要求,活塞環安裝時按照規定角度安裝,檢查活塞環與環槽之間的間隙是否符合設計要求。

(4)柴油機臺架試驗及裝車試驗過程中,盡量減少低速空載運行時間,降低因個別氣缸燃燒不良而導致的氣缸套拉傷、活塞環非正常磨損。

3.3 發生噴油現象后的處理方法

(1)判斷噴油的氣缸

長時間低速空載運行的柴油機噴油后,會在排氣波紋管處集聚大量黑油,這些黑油會向外滲出,哪一氣缸波紋管有黑油滲出則表明該氣缸噴油。也可以拆下增壓器廢氣進氣彎管判斷哪一氣缸噴油。

(2)判斷是噴機油還是噴燃油

柴油機最低轉速空載狀態下,將需要檢測的噴油氣缸的供油齒條退至停油位,打開示功閥,檢查是否有油霧不斷噴出,若油霧不斷噴出而不能停止則應判斷為噴機油,否則判斷為噴燃油。

(3)處理程序

①噴燃油的處理程序,檢查壓縮壓力—檢查低工況爆發壓力—復查氣門間隙—檢查高壓油管與高壓直管—校驗噴油器—校驗噴油泵—復查供油提前角。在復查過程中,發現的問題都應消除。

②噴機油處理方法,確認哪一氣缸噴機油后,應將該氣缸氣缸蓋吊下,檢查氣門導管與氣門桿的間隙、盤車檢查氣缸套是否有磨損、拉傷情況。

4 結束語

自2009年5月0036、5282、5283機車發生柴油機噴油現象后,經過研究分析制定了上述控制處理措施,取得了明顯的效果;從2009年7月開始至今,交車工序沒有再發生東風8B機車柴油機噴油現象,機車出廠后也未有該類問題反饋。國外一些大功率內燃機車采取了間隔供油技術解決了柴油機噴油現象,今后可考慮對東風8B機車柴油機采用同類改進設計徹底消除該類故障。