船舶四沖程柴油機常見故障原因分析及對策

肖茂兵

（中國海警局直屬第四局，海南 文昌 571300）

近年來，船舶技術發展迅速，船舶四沖程柴油機也在持續升級，這使得其內部構造變得越來越復雜。船舶工作人員必須對柴油機整體結構深入了解，同時能夠快速鎖定船舶四沖程柴油機故障原因并進行針對性處理，這直接影響船舶的安全穩定運行。

1 船舶四沖程柴油機常見故障及原因分析

1.1 船舶四沖程柴油機啟動困難

在船舶運行中經常會發生柴油機啟動困難或者根本無法啟動的現象，大部分是因為柴油機設備本身故障和啟動線路出現問題導致。通常會出現機器啟動時轉速不正常，曲軸無法轉動或轉動速度很慢。還有就是雖然轉動速度沒問題但柴油機本身卻打不著火，即使柴油可以運轉但運轉速度時快時慢，甚至停止。

如果正常啟動按鈕但無法引起電磁開關聯動，這就表示很有可能是開關連接線路不正常或者電路故障造成的。可按照整體線路進行分段排查，可在電池正極、接線柱、電流負極、啟動開關鑰匙、啟動開關按鈕、小接線柱、內部打鐵、蓄電池負極等區域對直流電壓進行分點測量，如果直流電壓不在標準電壓26V 上下則表示測試節點之間的線路出現問題，應及時采取相應的措施進行處理。此外，如果啟動后電磁開關狀態正常但無法啟動油機設備，則需測量蓄電池的電壓是否小于24V，若電量不足應當及時予以充電。

若所有電路故障均已排除則很有可能是柴油機本身原因導致無法啟動，需要考慮以下幾個原因：檢查空壓機狀態以及氣管漏氣、氣管長度和氣源壓力等原因；檢查油壓狀態和停車桿位置以及油箱閥門等設備是否違規，超速停車裝置有沒有復位、齒輪位置以及噴油器是否正常工作；檢查排氣設備是否正常工作以及缸蓋活塞孔隙大小以及缸頭位置等原因。

1.2 船舶四沖程柴油機功率不足

在柴油機運行過程中發生排氣管冒黑煙、排氣溫度超高以及船舶柴油機運轉速度時快時慢的現象，很可能是因為船舶柴油機功率不足導致。而柴油機功率狀態很大程度取決于室內柴油燃燒效果，因此可以從柴油機的進排氣狀態、配氣結構、調速系統以及動力傳遞方面進行檢測。

首先，在燃油供給方面，可以使用工具將高壓油管打開再撬開承盤檢查泵油狀態，如發現漏油則需及時更換油泵、柱塞。如果泵油狀態沒問題再對噴油器進行細致檢查，如噴油嘴處于潮濕狀態且有剩余燃油則表示柴油無法成功燃燒，還需對噴油嘴壓力、積碳以及霧化狀態以及角度位置進行檢測并及時調整更換。

其次，在排氣狀態方面也要系統檢查，及時檢查空氣濾清器以及管道消聲器情況，如有堵塞現象發生則需及時清理。另外，進氣門沒有完全密封會導致氣缸漏氣，使空氣濾清器出現冒煙現象，應及時檢查排氣門位置，若調整過后空氣濾清器仍然冒煙，則表示氣門損壞需要進行調整研磨。進氣門和排氣門的情況比較類似，如出現同樣問題可以采用同一種方法進行調整研磨。

最后，檢查動力傳遞機構狀態是否正常，開機啟動后可以打開機油蓋檢查氣缸活塞的密封程度是否達到標準，在打開機油箱蓋的同時如有煙霧冒出則說明活塞密封程度不夠、氣缸漏氣燃燒效果不好致使柴油機功率不足[1]。

1.3 船舶四沖程柴油機轉速不穩

調速器是控制調節柴油機轉速的主要設備，它可以將柴油機轉速波動率控制在0.5%以內，使其保證穩定運轉。當柴油機轉速不穩時通常會發生“喘氣”“游車”的現象，這種現象大多發生在柴油機低速運行的狀態下，其主要原因在于供油狀態不佳、調速器故障以及其他外部因素。其中供油系統中如果發生水阻、氣阻現象會使供油頻率忽快忽慢。噴油器故障包括泵柱塞閥門損壞、噴油器針閥齒輪松動、卡滯、彈簧損壞等也是造成柴油機轉速不穩的主要原因。此外，調速器內彈簧損壞、移位變形、硬度減弱以及相關零部件磨損嚴重時也會對柴油機轉速產生不同程度的影響。

1.4 船舶四沖程柴油機飛車急停

正常情況下柴油機在調速器的作用下轉速是相對穩定的，就算運行時船舶突然減重也不會對其運轉頻率造成太大影響，通常都會保持在減重前轉速的8%以下。柴油機因某種原因導致其運轉頻率瞬間增高遠遠超過合理范圍就會產生“飛車”現象，反之因某種原因使柴油機瞬間停止工作被稱為“急停”。造成“飛車”或者“急停”現象的根本原因在于燃油系統出現問題導致調速器失靈或者調速器因某些原因造成損壞，從而導致柴油機運轉頻率呈現兩地極端化運行狀態。

2 船舶四沖程柴油機故障處理對策

2.1 主機安全閥故障及處理措施

在某種情況下柴油機缸內壓力瞬間增大遠遠超出安全閥設定的起跳壓力時就會導致主機安全閥發生起跳現象。這種現象通常是因為柴油機因長期高負荷運轉過程中進行工況轉變時，短時間內頻率轉變過大導致超出柴油機正常承受范圍、內部壓力瞬間增高而引起的。遇到這種情況可以根據實際情況調整負荷曲線使其保持在正常情況下運轉。還有因噴油器質量問題以及安全閥本身壓力值不穩也有可能導致主機安全閥起跳現象發生，如遇此類情況只能及時更換噴漆器和安全閥從而避免安全事故發生。此外，如因本身質量問題導致的高壓油管破裂，也需及時更換油管才能徹底解決此類問題[2]。

2.2 高壓油泵磨損處理措施

燃油內包含太多焊渣和其他有機雜質沒有及時清理也會導致噴油嘴堵塞和油泵拉磨損壞，從而引起柴油機故障發生。可以使用分油機抽出日常運行中產生的雜質和水來延長燃油沉淀時間。如已將多余雜質清理干凈仍無法避免油泵磨損，則需要將日用柜和燃油管整體清洗，將積壓已久的焊渣和其他殘留物徹底清理掉，從而有效避免異物流入主機系統引起堵塞。

2.3 主機拉缸現象處理措施

在船舶航行過程中經常會因柴油機日常維護工作不到位，致使很多殘渣、焊渣在長期工作運行中越積越多，導致氣缸套、活塞環磨損或損壞。此外，受到各種零部件設計不合理、安裝不規范、型號配備錯誤以及日常磨損方面的影響，經常導致主機出現拉缸現象，致使柴油機運轉時發出異常響聲、曲軸箱冒煙、運轉速率變慢。

主機出現拉缸現象通常會使缸套嚴重磨損表面產生劃痕，此時需要對燃油系統進行全方位的清理，做好潤滑工作，防止積碳以及工作中產生的殘渣混入燃油和機油內部。針對不同情況可以適當使用空氣濾清器、機油濾清器以及燃油濾清器進行及時清理油缸。

有時活塞裙部出現劃痕擦傷的情況也會引起主機拉缸，大部分是因為活塞材料型號運用不當、處理方式錯誤、汽缸之間的間隙太小導致。應當嚴格按照標準磨合工藝對活塞進行有效打磨，如有必要還需切割部分拉缸區域或者針對活塞整體結構進行重新調整設計，選用適合的熱處理方法采購符合要求的活塞、氣缸組件。此外，活塞環膠結卡頓也是引起拉缸的主要原因之一，需合理使用潤滑油調整活塞環開頭邊間隙，定期維護更換，讓活塞環表面擁有合理的液體高度。使缸壁上始終保持一層油膜，對活塞冷卻系統加以改善，使其始終保持穩定高效的冷卻效果。

2.4 排氣閥常見故障及處理措施

相對而言，排氣閥的工作條件要比船舶柴油機中其他配件惡劣許多，在日常工作期間排氣閥不僅要承受900-1000℃的高溫，還要承受最高速度達到600m/s，具有高強度腐蝕性氣體的沖刷，在氣閥中心溫度和過渡圓弧中段溫度高達600-800℃。長期的高溫環境不僅使排氣閥本身機械性能減弱，還會在一定程度上導致變形從而引發一系列柴油機故障。

為避免因排氣閥損耗造成柴油機故障必須充分掌握排氣閥的維修技術，通常在對排氣閥進行維修前要檢測缸蓋底面與排氣閥底面的距離是否在標準范圍之內。若相差過大則會使活塞與氣閥之間的撞擊概率大大增加。應使用外徑千分尺等工具準確測量閥桿磨損后的圓度產生的誤差以及圓柱度誤差，當測量數據遠遠超過導管配合標準值時應當進行報廢處理并及時予以更換。檢查排氣閥是否有凹坑、裂紋以及麻點的現象，按照各項工藝參數要求進行修復和更換，如發現裂紋現象必須執行報廢處理。還應注意對氣閥彈簧表面銹蝕、裂紋方面的檢測，一旦發現有裂紋現象必須予以報廢處理并及時更換，若存在銹蝕應避免彈簧所受應力集中并及時用紗布打磨修復。同時在發現排氣閥變形彎曲超過標準時也應當予以報廢處理并及時更換[3]。

2.5 實例分析

以某公務輪為例，該船配備四沖程柴油機3 臺均為6 缸，額定轉速維持在750r/min，缸徑和行程分別為270mm 和380mm，額定功率1980kW 還配有NR24/S 型定壓增壓器。維護期間已經對每臺柴油機包括調速器在內各種零部件進行系統調試，重新投入使用后發現3號柴油機仍存在故障。該柴油機啟動時發生“游車”現象，故障基本維持在200-270r/min 之間。在排除調速器信號電流、探頭以及安保故障后，在減少油門桿阻力調整進氣限制器后終于成功啟動。后來經過反復檢查發現，第五號缸噴油泵與壓油管接縫處存在很多螺紋、第六號缸燃油內漏（壓油管損壞），在更換零部件并對燃油限制器經過一番調整之后消除故障。

該船啟動系統通常由燃油限制器、啟動器以及調速器等基本設施來保障機械正常啟動。采用渦輪式氣動電動機作為啟動器，其原理是通過壓縮內部空氣的方式帶動啟動閥從而聯動電動機旋轉，同時電動機齒輪通過咬合主齒輪運轉連接柴油機轉動。氣動閥會在柴油機恒定運轉速度達到90r/m 時關閉，緊接著啟動電機齒輪會在氣動閥關閉的同時與主齒輪脫開。具體使用的調速器為WOODWARD-2307E 型電子調速器，執行器為電液伺服器（WOODWARD-UG）。柴油機尚未開啟工作時電流調速器也無輸出，最大電流輸出在達到轉速80r/min 時產生，直至柴油機轉速達到速度控制階段，調速器會根據各方面具體變化將輸出電流控制在20-160mA 之間。

通常燃油限制器是保障機械運行時因柴油機負荷突然變大或變小而產生黑煙，同時在整個柴油機啟動時具有限制燃油用量的作用，它還可以對柴油機轉速起到一定的控制作用，這一點與調速器類似。在該船故障運用中需將限制器安裝在故障產生的兩個缸之間，圖1 為限制器調速器控制系統。

圖1 中的10、9、8、7、6 分別為調速器輸出桿、緩沖彈簧、調整臂、進氣總管、限制器氣缸，5、4、3、2、1 分別為限制器活門、微動開關、調整臂、噴射電磁閥、控制電磁閥。左端供氣受主模控制只在柴油機啟動過程中出現，而右端中進氣管是在柴油機正常工作時作用于與左端彈簧力和活塞產生的力相結合下決定伸出量。開關是否關閉由二者共同作用產生[4]。由于柴油機啟動過程較為復雜，需要多方位細致排查才能找出故障原因并解決。針對此次“游車”現象，技術人員通過檢查啟動器、分析故障發生時間，并在柴油機成功啟動后進行內部狀態檢測，最終成功解決故障，具有較高的借鑒價值。

圖1 限制器調速器控制系統

3 結論

綜上所述，船舶四沖程柴油機內部構造非常復雜，在日常運行中可能出現的故障多種多樣，很多故障并非由一種原因造成。工作人員需在排除自身操作失誤的前提下，對柴油機出現的故障進行綜合系統的分析，再通過科學合理的方法找出故障原因，制定解決方案，并做好全面的預防與維護工作。