船用柴油機液壓氣閥敲擊故障的分析與排除

張德福，孫文廣，沈國華

(1.天津理工大學海運學院，天津 300384;2.中海油油建渤海裝備技術服務分公司，天津 300452)

“天禧”輪主機型號B＆W－6L90 GBE，6缸直列2沖程柴油機，排氣閥采用液壓氣閥機構，氣閥開啟受驅動液壓油控制，氣閥關閉由空氣彈簧裝置控制。

1 故障現象

航行中主機2#缸排氣閥發出敲擊聲，并伴隨排氣閥液壓驅動油管脈動強烈。觀察發現，2#缸氣閥敲擊的發生與主機負荷有關聯，順風航行時，主機轉速增加到84 r/min后出現敲擊，而在逆風時72 r/min就會出現敲擊。為判定氣閥敲擊的位置，輪機員雙手摸該缸燃油高壓油管和氣閥液壓驅動油管，并傾聽氣閥敲擊聲音。由于噴油與氣閥開關的順序為噴油→排氣閥開→排氣閥關→噴油，發現敲擊與排氣閥關閉時的油管脈動同步，因此判斷為落座敲擊。

2 故障分析與排除

引起排氣閥敲擊的原因通常包括3個方面:①排氣閥液壓驅動油路故障，驅動液壓油壓力偏低，造成氣閥落座時緩沖作用減弱或消失，氣閥與閥座產生過大撞擊，典型故障包括驅動液壓油路泄漏，液壓油系統混入空氣，液壓油路節流閥開度過大等;②排氣閥空氣彈簧裝置故障，例如空氣彈簧腔壓力過高，關閥力量過大，造成氣閥與閥座撞擊力增加;③柴油機燃燒粗暴，缸內燃燒速度過快，引起燃燒室部件包括排氣閥產生激振，出現敲擊。

船上針對排氣閥液壓驅動油路故障的可能性，對液壓驅動油路進行細致排查。調節節流閥開度，然而即使在節流閥全關的情況下，排氣閥仍然出現敲擊，因此排除節流閥開度的可能;將4#缸液壓驅動油路部件換裝到2#缸，4#缸換用備用設備。結果，2#缸氣閥仍然敲擊，而4#缸未出現敲擊，可以排除驅動液壓油路泄漏或混入空氣的可能。

針對排氣閥空氣彈簧腔壓力過高的問題，檢查發現氣閥敲擊時空氣彈簧腔的壓力有0.05 MPa的壓力波動 (正常值0.6 MPa)，但不存在過大的空氣壓力峰值，因此可排除由于空氣彈簧腔壓力過高造成氣閥落座敲擊的可能性。

為判斷是否因燃燒粗暴引起的氣閥敲擊，在發生敲擊時采用單缸停油措施，結果2#缸停油時氣閥敲擊有所減弱，空氣彈簧腔的壓力波動也趨于平緩。在征得輪機長同意后，對主機各缸分別測取示功圖，同時記錄各缸對應工況的排氣溫度和油門刻度。測試結果，2#缸爆發壓力偏高，排氣溫度偏低，通過增加2#缸噴油泵套筒下方墊片3片以減小噴油提前角，調整后測量示功圖表明，爆發壓力有所下降，排溫升高到與其它各缸相近，但2#缸的敲擊仍然出現且有所加重，只得降速才能消除敲擊聲，反復試驗發現，只要2#缸排溫升高，敲擊就會出現，降低2#缸排溫則敲擊就會減輕直至消失，這與2#缸單缸停油的效果雖然一樣，但產生的原因顯然不是由燃燒粗暴引起的，由此將懷疑的重點放在2#缸排氣閥上，在對2#缸排氣閥解體發現，閉閥空氣彈簧腔的活塞環有較多積碳，進行氣密性試驗，結果排氣閥0.5 h落下，小于正常值(1 h)，說明閉閥空氣彈簧腔存在一定程度的泄漏。同時發現該缸排氣閥閥盤存在嚴重燒蝕，閥盤有2道貫穿性裂紋。更換排氣閥，清潔閉閥空氣彈簧腔并更換腔內活塞環，再試車無論是在高負荷狀態還是快速降速狀態再未出現氣閥敲擊現象，至此，這一故障徹底消除。分析認為，由于2#缸噴油定時早，造成缸內燃燒溫度上升，排氣閥高溫持續一段時間后出現燒蝕直至裂穿。初期2#缸閉閥空氣彈簧腔內活塞環未出現明顯積碳和泄漏，敲擊不明顯。隨后在減小噴油定時及排氣閥燒蝕裂穿的情況下，該缸排氣溫度上升，引起閉閥空氣彈簧腔溫度上升，空氣彈簧腔內活塞環表面積碳逐漸增加，空氣彈簧腔漏氣嚴重，最終導致閉閥空氣壓力下降，排氣閥關閉不實。當缸內燃燒時燃氣壓力波作用到閥盤上，使氣閥與閥座產生落座撞擊。在主機負荷降低排溫下降時，閉閥空氣彈簧腔漏氣相應減少，關閥的力量較強，能保證氣閥與閥座緊密接觸，因此每次降負荷都能減弱敲擊。

3 結論

在本次船用柴油機液壓氣閥敲擊事故的排查中，出現兩次主觀判斷失誤:一是由于初期采用單缸停油法有效，教條地認為是由于燃燒敲缸造成的，判斷失誤;另外，通常認為閉閥空氣壓力高是造成落座敲擊的常見原因，忽視了閉閥空氣壓力降低的可能性。由此說明液壓氣閥故障排查應注重細節，杜絕主觀臆斷。籍此修理實例，希望能夠為同行們在此類故障的修理中提供一點技術參考。