船用柴油機汽缸注油器發展及故障分析

張德福，李雷斌，沈國華，周 翀

(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 300450)

1 船用柴油機汽缸注油器的類型和工作特點

隨著船用柴油機強化程度的不斷提高，大功率中速和低速柴油機的汽缸潤滑普遍采用缸壁注油方式，汽缸注油器是實現這一潤滑方式的核心設備。目前，汽缸注油器主要分為機械式汽缸注油器和電控式汽缸注油器兩大類。兩者在注油壓力的建立，注油率、注油量以及注油定時調節方面具有各自的特點。

機械式注油器工作原理與燃油噴油泵相似，采用組合式柱塞泵將所需滑油按照一定的時間間隔和注油數量以一定的壓力輸送到缸壁進行潤滑。注油壓力的建立是依靠泵油柱塞，注油間隔亦即注油頻率通常為每30～40個活塞行程注油一次，且注油頻率只隨柴油機轉速變化而線形變化，無法人工調節。注油壓力通常為0.2 MPa左右，單位時間注油總量可通過調節注油器內泵油柱塞的行程進行調整。理論注油定時在運轉范圍內是固定的，一般選擇活塞運行到上止點附近時，活塞第1道環和第2道環之間與注油接頭相對的時刻進行注油。實際注油開始時刻是在缸內壓力小于注油壓力時才真正開始。影響實際注油定時的因素除了與注油器本身有關，還與柴油機類型和運轉工況有關，因此，實際注油定時的控制精度無法保證，實船管理上只能做到理論注油定時盡量正確。

隨著電子控制技術的發展，特別是電控共軌式燃油噴射系統在實船上的成功應用，電控汽缸注油器開始研制并在船上使用，典型的包括丹麥漢斯延森注油器系統公司 (Hans Jensen Lubricators)旋流式注油器和日本三井公司ALPHA ACC注油器，二者在汽缸油注入狀態上有所區別，但基本工作原理是相似的［1-2］。電控注油系統的原理圖見圖1。

圖1 電控注油系統原理圖

圖1中，依靠電動油泵將汽缸油加壓到4～5 MPa并輸送到供油單元 (共軌管)，由電控單元(ECU)控制注油器的電磁閥在合適的時刻啟閉，執行汽缸注油。為了實現注油定時的精確控制，電控單元需要采集柴油機的兩個信號，即柴油機第一缸上死點信號也稱為同步信號，此信號對應曲軸每轉一圈輸出一個脈沖信號。另一個是曲軸轉角信號，即曲軸每轉動1°曲軸轉角，輸出一個數字脈沖信號。兩個信號均由曲柄轉角標碼器提供。電控單元通過采集同步信號作為觸發電控單元計數工作的開始點，同時通過電控單元內另一計數器對曲軸轉角信號采集計數，在達到對應注油定時所對應的預設計數值后，計數器產生溢出中斷，電控單元輸出一個控制信號，經信號放大后驅動圖1中的電磁閥開啟，定時向缸內以高壓霧化狀態注入滑油實現潤滑。目前，電控汽缸注油器的理論注油定時基本不變 (注油定時通常設定在活塞壓縮沖程時，注油接頭靠近活塞環周圍噴入)，但為滿足今后更高標準的注油定時控制，預計今后必將出現隨柴油機轉速和負荷變化對注油定時進行隨時在線調節。此外，與機械式注油器不同，電控注油器的每次注油量是固定的，而單位時間內的注油總量的調整是通過注油器的注油頻率來實現［3］。電控注油器的注油頻率通常是以缸內平均指示壓力或機器轉速等運轉參數為依據進行調節的。

綜上可見，機械式與電控式注油器的區別在于，前者油量調節是通過調節油泵柱塞的行程方式實現的，注油頻率只與機器轉速有關;電控式則通過調節注油頻率實現油量調節，油泵柱塞的行程注油量是固定的。二者共同點是現階段的注油定時都是固定的，需要停車后才能調整。本文以某輪機械式注油器故障實例，說明注油定時的重要性以及注油器注油定時的檢查、調整方法。

2 故障現象與分析

某輪主機機型:MAN-B＆W MCE50，各缸缸套采用機械式注油潤滑，其組成見圖2。

圖2 機械式注油器

由圖2可見，該機各缸注油器為單體式，各缸注油器以串聯方式連接，注油器油泵的動力驅動來自主機動力輸出端鏈輪。

航行期間，主機1#、2#兩缸先后出現排氣溫度和缸套冷卻水溫度異常升高，并伴隨輕微拉缸聲音，降速停車后打開檢查孔盤車發現，1#、2#缸活塞頭部側面有拉痕，活塞頭部周圍及活塞頂有較多積碳。由此判斷可能由于拉缸引起。引起拉缸的原因通常主要存在于缸套潤滑方面如滑油質量、注油參數等，在柴油機方面主要涉及到燃燒室運動件配合間隙、負荷工況等。鑒于該機進入正常磨損期只有3 000 h，且無超負荷現象發生過，柴油機工況和配合間隙的可能可以排除。由于其他各缸潤滑狀態良好，可以判斷滑油質量沒有問題，因此重點放在檢查各缸注油定時和注油量上。經測量發現1#、2#缸的注油定時比其他缸提前了20°CA，意味著注油開始時活塞頭部還未越過注油噴嘴的高度，因此壓力滑油部分噴射到活塞頂和第1道環上部空間，引起過多滑油進入燃燒室被燒掉，沒有完全燒掉的汽缸油形成油泥積存在第1道環槽內導致第1道環粘滯、卡阻，引起拉缸。而引起1#、2#缸注油定時變化的原因在事后翻看輪機日志時發現，是由于在更換3#缸注油器后，沒有及時修正1#、2#兩缸的注油定時，造成這兩缸注油定時出現偏差。

3 故障處理

注油定時測量使用原廠專配的測量樣板，測量樣板及注油器上的測量標記分別如圖3和圖4所示。

圖3 測量樣板定時標記

圖4 機械式注油器注油定時標記

由圖3可見，測量樣板左側“A”表示A面，數字6、1、5，表示可以用來測量第6#、1#和5#汽缸。數字旁邊的短線為測量標記線。同理，測量樣板背面標記“B”表示B面，B面可測量2#、4#、3#汽缸。測量樣板上有定位孔4個，對不同型號的注油器，可利用其中的2個孔將測量樣板安裝和固定到注油器的驅動軸端面。

測量注油定時前，先將1#缸活塞盤到上止點位置作為測量基準。如要測量1#缸注油定時，則將測量樣板放到該缸注油器的驅動軸端面，并用定位銷子將測量樣板固定到注油器端面殼體上。檢查測量樣板A面數字1處的標記與注油器驅動軸上的標記A(見圖4)是否對齊，如果樣板上的標記線與驅動軸上標記線 (A處)能夠對齊，則表明該缸注油定時正確。否則，兩者在旋轉平面上的角度差即為該缸注油定時的偏差角度。參考主機正車時注油器驅動軸旋轉方向，通過判斷兩個標記線的前后位置，可判斷注油定時偏差是處于超前還是滯后。本例故障中注油器驅動軸為順時針旋轉，測量發現注油器驅動軸上的標記在順時針方向上超前測量樣板對應的標記，為此，松開注油器驅動軸上的聯軸節，手動沿逆時針方向盤車注油器驅動軸，直至與測量樣板上1#缸的標記對齊，再重新將驅動軸聯軸節緊固。同理將2#缸注油器進行定時調整。通過主機試車，1#缸和2#缸注油定時恢復正常。

4 結束語

汽缸注油潤滑的質量對維護船用柴油機可靠運轉至關重要，為了在獲得缸套良好潤滑質量的同時盡量降低汽缸油消耗量，提高運行經濟性，需要輪機員掌握柴油機和注油器的匹配關系，并充分重視汽缸注油定時的檢查與調整。

［1］賀玉海.船舶主機汽缸注油潤滑技術研究 ［J］.中國修船，23(4):5-8.

［2］高炳，趙自奇.船用氣缸注油潤滑技術發展動向與應用研究 ［J］.交通節能與環保，2010(4):9-12.

［3］林晨陽.MAN-B＆W MC型柴油機Alpha注油器操作系統［J］.船舶設計通訊 (1-2):54-61.