新型190系列柴油機噴油器研制

路秀廣，張吉平，王聯合，潘躍明，牟春書，畢群泗

（1．山東勝利職業學院，山東　東營257097；2．勝利油田石油工程有限公司　渤海鉆井一公司，山東　東營257200；3．甘肅藍科石化高新裝備股份有限公司，蘭州730070）①

新型190系列柴油機噴油器研制

路秀廣1，張吉平2，王聯合2，潘躍明2，牟春書2，畢群泗3

（1．山東勝利職業學院，山東東營257097；2．勝利油田石油工程有限公司渤海鉆井一公司，山東東營257200；3．甘肅藍科石化高新裝備股份有限公司，蘭州730070）①

190系列柴油機噴油器故障率較高，使用壽命短，嚴重影響了柴油機的整體性能。研制了新型190系列柴油機噴油器。該噴油器借鑒了國外先進柴油機噴油器設計理念，對關鍵部位的結構和參數進行了優化設計，提高了噴油器的整體性能。現場十幾臺新機和2臺大修機應用證明，新型190系列柴油機噴油器故障率低，使用維護方便，比老式噴油器的使用壽命提高了10多倍，具有良好的經濟效益。

190系列柴油機；噴油器；改進；應用

190系列柴油機是濟南柴油機有限公司制造的大功率柴油機，在石油鉆井勘探、鐵路運輸等領域得到了廣泛的推廣應用。現場運行過程中，190系列柴油機的噴油器故障率較高，嚴重影響了柴油機的整體性能，主要表現在噴油器使用壽命短、內部彈簧、挺桿容易磨損、噴油壓力低、噴油器堵塞、漏油等故障。使用說明書規定每運行250 h就要檢查校驗噴油器［1］，給用戶帶來諸多不便，與國際先進柴油機3 000 h校驗一次噴油器相比還有很大差距。噴油器是柴油機供油系統的關鍵部件，發生故障后，不但造成柴油機過多的燃油消耗和進一步損壞，還會造成環境污染。為此，筆者研制出新型190系列柴油機噴油器，有效地提高了噴油器的使用壽命。

1　原噴油器故障分析［2］

噴油器是將高壓油泵供給的有節奏的高壓燃油以霧狀形式噴入氣缸，噴入氣缸的燃油在空氣的作用下，迅速蒸發，形成可燃混合氣。老式190系列柴油機噴油器為閉式多孔形式，調壓部件結構復雜，任何一個部件磨損或失效，都會影響噴油器的整體性能和壽命，結構如圖1所示。在實際應用過程中存在以下問題：

圖1　原噴油器結構

1） 噴油器體上部的護帽、鎖帽、調壓螺釘等壓力調整部分容易磨損、漏油，造成噴油器噴油壓力降低，霧化不良等現象。噴油器漏油，操作人員不能及時發現，稀釋了油底殼的潤滑油，極易造成柴油機的早期磨損。

2） 挺桿過長，容易磨損、彎曲，也會造成噴油器噴油壓力降低，使噴油時間提前，油氣混合速度降低，燃燒惡化，柴油機冒黑煙，功率下降，通過拆檢發現，挺桿磨損和彎曲的故障要占噴油器故障率的40%。

3） 噴油嘴偶件容易磨損、堵塞，主要原因是噴油嘴耐沖擊、耐磨性能差，制造精度低，噴油嘴偶件磨損后，會產生滴油、漏油現象，燃燒霧化不良；噴油起、止不分，破壞了正常的噴油規律，造成燃燒惡化，燃油消耗增大，柴油機冒黑煙，功率下降。

2　新型噴油器的研制

2．1 改進思路

在分析原噴油器結構、原理及故障率高的基礎上，研制出了新型190系列柴油機噴油器，結構如圖2所示。由噴油器體、調整墊片、彈簧、彈簧座、過渡接頭、噴油嘴針閥、噴油嘴閥體、噴油嘴緊帽等組成。新型190柴油機噴油器是針對噴油器原結構存在的問題，做了以下幾項改進。

圖2　改進后的噴油器結構

1） 將原噴油器體上部的護帽、鎖帽、調壓螺釘等調整結構部分全部去掉，改進后的噴油器可通過調整墊片調整噴油器的工作壓力。解決了噴油器上部調整部分接頭多，容易漏油等問題。

2） 將原挺桿去掉，設計優化彈簧座結構，安裝在噴油器體的下部，直接作用到噴油器針閥體上，提高噴油壓力（原噴油壓力為19．6 MPa）。解決挺桿過長容易磨損變形，造成噴油器故障率高，壓力波動大等問題。

3） 優化噴油嘴偶件，偶件選用新型的18Cr2Ni4WA材料［3］，進一步提高噴油嘴的耐高溫、耐沖擊、耐磨性能，設計偶件導向配合部分配合間隙為2μm，強化了偶件的密封性能，減少了噴油器的回油量。

2．2 改進內容及工作原理

1） 改進內容。噴油器體為一整體結構，內加工有進油道和回油道，噴油器體的下部安裝有調整墊片和調壓彈簧，通過螺紋與噴油嘴緊帽連接，噴油器內供油、回油通道是通過過渡接頭連接在一起的，為平面密封結構；彈簧座上部連接彈簧，下部連接在噴油嘴針閥的上部。

噴油嘴針閥與噴油嘴閥體組成噴油嘴偶件，噴油嘴針閥上部為導向部分，下部為圓錐結構與噴油嘴閥體下部圓錐結構相吻合；噴油嘴閥體上部的內孔導向部分與針閥形成偶件，閥體加工有油孔和油槽，下部有均布的8個噴孔，噴孔夾角150°。

2） 工作原理。燃油通過噴油器體接頭進入到噴油器體內的油道和過渡接頭，過渡接頭和噴油嘴閥體油孔是相通的，燃油再經過噴油嘴閥體油孔進入下部油槽內。當燃油壓力升高到規定的噴油壓力時，作用在針閥承壓錐面上油壓，克服調壓彈簧的作用，將針閥向上推，噴油嘴針閥與噴油嘴閥體的密封錐面打開，高壓燃油通過閥體上的針閥下部的8個噴孔噴入燃燒室。當噴油泵停止供油，油壓突然下降時，針閥在彈簧彈力的作用下，迅速落下，由密封錐面將油路切斷，噴油迅速停止。

2．3 主要技術參數

噴油壓力22 MPa

噴孔直徑0．35 mm

噴孔夾角150°

噴油器直徑26 mm

2．4 主要特點

1） 采用墊片調整噴油器壓力，去掉了上部壓力調節部分，回油接頭與噴油器為一整體結構，從根本上解決了噴油器漏油現象。

2） 彈簧座直接作用于噴油嘴針閥，結構簡單，易磨損部件少，降低了噴油器故障率，提高了噴油器的使用壽命。

3） 優化噴油嘴偶件，噴油壓力提高了2．4 MPa，使進入氣缸燃燒室內的油氣混合速度得到了進一步提高，柴油機滯燃期內形成的可燃混合氣量增加，燃油燃燒速率和壓力升高率進一步上升，柴油機的碳煙排放量得到了進一步控制，也進一步提高了噴油器的使用壽命。

3　現場試驗及應用

2013-03，新型190系列柴油機噴油器試驗合格后，首先安裝在勝利油田勝利動力機械集團有限公司大修柴油機上試用，通過出廠測試，柴油機的排放指標均達到了出廠技術要求［4］，有效燃油消耗率由原來的299．4 g／（k W·h）降為199．4 g／（k W·h）。隨后又陸續安裝在8臺新機和兩臺大修柴油機上進行現場推廣應用，截止目前，渤海鉆井45692鉆井隊2號柴油機已累計運轉了5 500 h，中間進行了2次測試，噴油壓力和霧化質量均達到了設計要求，噴油器的使用壽命提高了10多倍。

4　結論

1） 噴油器在高溫、高壓、高速工況下連續工作，通過合理的改進、設計，提高了噴油器可靠性和使用壽命，減少了噴油器的故障率。

2） 噴油器的性能對發動機的經濟性及排放指標起著重要作用，通過合理的工藝和參數的優化，使發動機的壽命和整機性能得到了顯著提高。

3） 新型190系列柴油機噴油器結構簡單、使用維護方便、壽命長，降低了操作人員的維護使用勞動強度，具有良好的推廣應用價值。

［1］ 濟南柴油機廠．190柴油機使用與維護［M］．北京：機械工業出版社，1991．

［2］ 中國石油天然氣集團公司人事部服務中心．鉆井柴油機工（下冊）［M］．東營：石油大學出版社，2004．

［3］ GB／T 5772—2010，柴油機噴油嘴技術條件［S］．

［4］ GB20891—2007，非道路移動機械用柴油機排氣污染物排放限值及測量方法［S］．

TE924

B

10．3969／j．issn．1001-3842．2015．09．020

1001-3482（2015）09-0080-03

①2015-05-26

專利項目：國家實用新型專利（ZL201320397132．3）

路秀廣（1965），男，河北景縣人，副教授，現從事石油工程與機械的教學和科研工作。

①2015-03-30

中石油股份公司科技重大專項“塔中超深碳酸巖凝析氣藏勘探開發關鍵技術”（2014E-2106）

王甲昌（1989），男，河南南陽人，助理工程師，現從事試油完井工作，E-mail：wanglonghua0716＠126．com。