ALPHA 電子注油器ACC 注油原理分析

李明武

（大連港輪駁公司，遼寧大連 116001）

0 引言

MAN 公司自2002 年推出ALPHA 電子注油器后，在傳統(tǒng)的MC 型柴油機(jī)及電控ME 機(jī)上取得了廣泛的應(yīng)用。比較機(jī)械注油器，ALPHA 注油器能夠精準(zhǔn)控制注油定時(shí)，同時(shí)采用ACC（Adaptive Cylinder oil Control，自適應(yīng)氣缸油控制）氣缸油控制原理，提升了柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性和可靠性。MAN 公司推出ALPHA 注油器后，在說(shuō)明書(shū)和服務(wù)信函中僅提供了注油率的指導(dǎo)值，但并沒(méi)有給出ACC 注油原理的實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)過(guò)程。由于部分輪機(jī)管理人員對(duì)ACC 注油原理不理解，主觀上仍不敢于降低注油率，導(dǎo)致主機(jī)異常磨損甚至發(fā)生嚴(yán)重拉缸事故。本文在總結(jié)MAN 公司服務(wù)信函及培訓(xùn)資料基礎(chǔ)上，闡述氣缸油的作用和氣缸油膜的形成條件，分析ACC 注油原理，并給出ALPHA 注油器氣缸注油率調(diào)節(jié)注意事項(xiàng)，希望能夠?qū)芾鞟LPHA 注油器有所裨益。

1 二沖程柴油機(jī)氣缸潤(rùn)滑作用

1.1 氣缸潤(rùn)滑作用

十字頭式柴油機(jī)的活塞和缸套需要有專用的氣缸注油系統(tǒng)進(jìn)行潤(rùn)滑。缸套的圓周均勻地開(kāi)有數(shù)量不一的注油孔，其內(nèi)表面相應(yīng)的位置設(shè)有波浪形的布油槽。注油接頭安裝在注油孔內(nèi)，當(dāng)活塞向上運(yùn)動(dòng)，活塞環(huán)經(jīng)過(guò)注油孔時(shí)，氣缸油泵通過(guò)注油接頭注入氣缸油。氣缸潤(rùn)滑的作用有：

（1）在活塞環(huán)和缸套之間建立一層動(dòng)力油膜，潤(rùn)滑和密封活塞環(huán)和缸套配合面。

（2）清潔活塞環(huán)和環(huán)槽間的燃燒沉積物，避免活塞環(huán)粘著，保證活塞環(huán)的正常工作；同時(shí)保持污染物成分散狀態(tài)，能夠從掃氣箱放殘至機(jī)外。

（3）中和燃燒形成的硫酸，控制低溫腐蝕。

1.2 氣缸油膜

活塞和缸套之間形成完整的氣缸油膜，對(duì)于氣缸的工作狀態(tài)至關(guān)重要。影響氣缸油膜的影響因素有：①準(zhǔn)確的氣缸注油定時(shí)；②氣缸油的類型和總堿值要和燃用的燃油相匹配；③新缸套和活塞環(huán)必須進(jìn)行良好的磨合；④氣缸油注油率要符合柴油機(jī)廠家的推薦值，并且要根據(jù)掃氣口檢查的氣缸實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)；⑤氣缸油注油率在特殊情況時(shí)要增加。

2 ACC 注油原理

MAN 公司對(duì)氣缸磨損和氣缸注油率之間的關(guān)系做了大量的實(shí)驗(yàn)研究[1]，發(fā)現(xiàn)實(shí)際的注油率應(yīng)與燃燒的燃油量和燃油含硫量正比。對(duì)于氣缸潤(rùn)滑的三大作用，只要不低于最低注油率0.6 g/（kW·h），氣缸注油就能滿足前兩個(gè)功能，即形成完整的氣缸油膜和有良好的清潔作用。因此，氣缸油的注油率取決于第三個(gè)功能—中和硫酸控制低溫腐蝕，實(shí)際注油率與所燃燒燃油的硫總量成正比，即與燃燒的燃油量和燃油含硫量正比。

2.1 氣缸油膜與注油率的關(guān)系

為研究注油率對(duì)氣缸油膜的影響，MAN 公司在實(shí)驗(yàn)機(jī)缸套上不同位置安裝了傳感器測(cè)量油膜厚度[2]。在控制實(shí)驗(yàn)變量方面，對(duì)比電子注油器和機(jī)械注油器，黏度等級(jí)SAE40 和SAE60 的氣缸油注油率為0.4～1.5 g/（kW·h）。實(shí)驗(yàn)的油膜厚度數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)圖1：在缸套的低負(fù)荷區(qū)域油膜厚度隨注油率變化較大，而在缸套的高負(fù)荷區(qū)域，注油率從2 g/（kW·h）降到0.6 g/（kW·h）時(shí)油膜厚度維持在安全和相當(dāng)穩(wěn)定的1 μm 左右。這就是說(shuō)，注油率在0.6 g/（kW·h）時(shí)能夠建立最優(yōu)的油膜厚度，無(wú)需提高注油率。

圖1 注油率和不同負(fù)荷區(qū)域的油膜厚度關(guān)系

2.2 氣缸油清潔作用和注油率的關(guān)系

氣缸油的清潔作用取決于其添加的清凈分散劑，由于清凈分散劑通常成呈堿性，堿值越高的氣缸油也意味著清潔性更好。MAN 公司在實(shí)船上對(duì)主機(jī)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，掃氣口檢查表明，采用MAN 公司認(rèn)可的從BN40 到BN70 的氣缸油，注油率在0.6 g/（kW·h）及以上時(shí)能夠保證良好的氣缸燃燒室部件的清潔性和掃氣箱污染物的正常放殘。

2.3 ACC 注油原理

基于以上的實(shí)驗(yàn)室和實(shí)船研究，氣缸注油率只要不低于最低注油率0.6 g/（kW·h），氣缸油就能夠形成足夠完整的油膜和提供合適的清潔作用。正是由于采用電子控制，ALPHA 電子注油器能夠很容易地在人機(jī)控制面板上設(shè)定注油率、實(shí)現(xiàn)ACC 注油模式。不同于傳統(tǒng)的機(jī)械注油器，柴油機(jī)磨合后注油率通常保持不變，采用ACC 注油模式的電子注油器，其注油率是隨所燃用燃油的含硫量變化的，從而極好地控制了氣缸的低溫腐蝕。部分負(fù)荷的注油量由于和負(fù)荷成正比，不存在部分負(fù)荷時(shí)機(jī)械注油器過(guò)度潤(rùn)滑的現(xiàn)象，不僅大大節(jié)省氣缸油的消耗，同時(shí)也能保障氣缸的良好狀態(tài)。

3 ALPHA 電子注油器注油率的調(diào)節(jié)

采用ALPHA 電子注油器的主機(jī)降低了氣缸注油率和獲得了更好的氣缸狀態(tài)，但也對(duì)氣缸注油率的調(diào)節(jié)提出了更高的要求，即要嚴(yán)格避免過(guò)度潤(rùn)滑和嚴(yán)格根據(jù)氣缸狀態(tài)調(diào)節(jié)注油率。

3.1 過(guò)度潤(rùn)滑的危害

二沖程柴油機(jī)氣缸油的注油率應(yīng)當(dāng)適宜：注油率太小，相同工況下注油量少，會(huì)加劇活塞環(huán)與缸套磨損；注油率太大，不但浪費(fèi)，而且會(huì)在燃燒室形成過(guò)多沉積物和加劇活塞和缸套的磨損。采用ALPHA 電子注油器的主機(jī)過(guò)度潤(rùn)滑，更容易發(fā)生機(jī)械拋光和化學(xué)拋光。這些主機(jī)多數(shù)情況下為MAN 公司2000 年后推出的“Oros”燃燒室設(shè)計(jì)主機(jī)，其主要特征是活塞采用高頂岸設(shè)計(jì)，降低了缸套和缸蓋的配合面，從而有效降低缸套的燃?xì)鈮毫蜏囟?、大大減少硫酸的形成。由于燃燒室形成的硫酸減少，又采用了注油更為精準(zhǔn)的電子注油器，注油率從1.7 g/（kW·h）下降至0.6 g/（kW·h）。同時(shí)，由于燃燒室硫酸數(shù)量的降低以及活塞的高頂岸設(shè)計(jì)，過(guò)度潤(rùn)滑會(huì)在活塞頂岸產(chǎn)生更多的碳酸鈣積垢，更易發(fā)生機(jī)械拋光和化學(xué)拋光現(xiàn)象。

3.2 嚴(yán)格根據(jù)氣缸狀態(tài)調(diào)節(jié)注油率

采用ALPHA 電子注油器的主機(jī)應(yīng)按照廠家推薦逐漸降低氣缸注油率，圖2 為60 以下小缸徑主機(jī)（Mk6 及以上）的注油率調(diào)節(jié)曲線[3]。在實(shí)際操作中，應(yīng)嚴(yán)格結(jié)合掃氣口檢查，逐步降低注油率，避免過(guò)度潤(rùn)滑，以獲得最優(yōu)的氣缸狀態(tài)。需要注意的是，不可盲目、機(jī)械地照搬廠家推薦程序，尤其是要注意必須在掃氣口檢查的基礎(chǔ)上決定是否降低注油因子。

圖2 ALPHA ACC 電子注油器注油率調(diào)節(jié)曲線

廠家給出的注油率調(diào)節(jié)曲線是基于經(jīng)驗(yàn)，無(wú)論注油率大小還是運(yùn)行時(shí)間都不是絕對(duì)值。從ALPHA 電子注油器服務(wù)信函也可以看出這一點(diǎn)：最初推出時(shí)間為2002 年，當(dāng)時(shí)沒(méi)有采用ACC 注油原理，仍推薦更低的固定注油率，以及部分負(fù)荷的注油量與平均有效壓力成正比；后期隨著電子注油器使用經(jīng)驗(yàn)的增加，廠家注油因子從0.34 g/（kW·h）降至0.26～0.34 g/（kW·h）；2007 年，推薦0.26 g/（kW·h）為最優(yōu)注油因子，比以前的推薦范圍能夠降低氣缸磨損率；2009 年，對(duì)60-98 的大缸徑機(jī)推薦注油因子0.2 g/（kW·h）。

采用ALPHA 電子注油器的主機(jī)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)為“Oros”燃燒室，除了高頂岸之外，活塞環(huán)為CPR（Controlled Pressure Relived，控制泄壓）多鍍層設(shè)計(jì)。表面鍍層為鋁磨合層，內(nèi)部為陶瓷耐磨鍍層。在磨合期調(diào)節(jié)注油率時(shí)必須嚴(yán)格結(jié)合掃氣口檢查進(jìn)行，否則有拉缸風(fēng)險(xiǎn)，尤其是在1500 h 左右時(shí)鋁磨合層將磨掉。如果氣缸沒(méi)有磨合好，此時(shí)盲目降低注油率，極硬的陶器層和缸套還沒(méi)有形成良好的配合面，加之注油率較低，極易發(fā)生拉缸事故。這樣的事故在管理實(shí)踐中屢見(jiàn)不鮮[4]。

4 結(jié)論

采用ACC 模式的ALPHA 電子注油器能夠降低主機(jī)的注油率和氣缸磨損率，同時(shí)由于和采用“Oros”燃燒室設(shè)計(jì)的主機(jī)相匹配，也帶來(lái)了二沖程機(jī)氣缸注油率的新問(wèn)題。

（1）在理解ACC 注油原理的基礎(chǔ)上，參照廠家推薦程序逐步降低注油率，避免過(guò)度潤(rùn)滑。

（2）在調(diào)節(jié)注油率過(guò)程中，不可機(jī)械照搬廠家程序，嚴(yán)格根據(jù)掃氣口檢查進(jìn)行調(diào)節(jié)，才能保障主機(jī)獲得良好的氣缸狀態(tài)，避免拉缸事故。