導(dǎo)讀

　　康明斯發(fā)電柴油機(jī)普遍應(yīng)用于船舶，本文根據(jù)筆者長期管理康明斯發(fā)電柴油的經(jīng)驗(yàn)，從實(shí)際情況分析了其在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的小范圍轉(zhuǎn)速波動現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，并結(jié)合實(shí)際進(jìn)行了合理化的處理。

　　

　　一、現(xiàn)象描述

　　某輪配置了 2臺康明斯發(fā)電柴油機(jī)。其額定功率為448kW，轉(zhuǎn)速為1500rpm，電壓 380V。

　　其中 1號機(jī)在使用過程中會出現(xiàn)轉(zhuǎn)速小范圍(50r/min)波動現(xiàn)象，無異常聲音，且無規(guī)律出現(xiàn)在任何轉(zhuǎn)速和任何負(fù)載下。

　　2號機(jī)在使用過程中未出現(xiàn)該現(xiàn)象。

　　二、分 析

　　1、燃油系統(tǒng)原理

　　柴油機(jī)轉(zhuǎn)速根本原因是汽缸內(nèi)燃油供油量不均造成，以此為中心展開分析。

　　

　　燃油流向如圖箭頭方向所示。

　　本船的日用油柜是高置的，油平面高出發(fā)動機(jī)缸頭平面 2米以上。

　　浮子油箱的尺寸很小，容量 15L左右，它的布置有一定的要求，它的放置位置要低于燃油日用油柜，這樣燃油可以自流進(jìn)入浮子油箱，油箱的油位由其內(nèi)置的浮子開關(guān)來控制，保持一定的油位。

　　從PT燃油泵到發(fā)動機(jī)的進(jìn)油管及發(fā)動機(jī)回浮子油箱的回油管的外徑都是很細(xì)的，外徑僅為 8mm。

　　PT燃油泵(01)泵體上組合了調(diào)速器和執(zhí)行器。

　　執(zhí)行器使用的是直流 24V控制電壓，油泵提供低壓燃油通過執(zhí)行器進(jìn)入噴油器(俗稱油頭)。

　　燃油經(jīng)帶增壓的噴油器后噴入燃燒室，大量的過剩燃油經(jīng)回油管返回浮子油箱。

　　執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由機(jī)旁外置的電氣控制箱的 PLC發(fā)出的電信號的執(zhí)行者，其電流大小隨發(fā)動機(jī)負(fù)荷大小不斷地變化，從而改變執(zhí)行器的供油口開度 ,以確保由外負(fù)荷的不斷改變而提供相適應(yīng)的供油量 ,直到柴油機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定為止。

　　2、 PT油泵工作原理

　　發(fā)動機(jī)沒有傳統(tǒng)的高壓油泵，燃油經(jīng)過 PT油泵的預(yù)增壓后從缸頭的內(nèi)置油路進(jìn)入到噴油器。

　　增壓在噴油器內(nèi)完成。

　　由 PT泵供出的沒有消耗的剩余油量再回到浮子油箱。

　　在此供油系統(tǒng)中，了解和掌握 PT燃油系統(tǒng)是必不可少的。

　　下面談?wù)勗撓到y(tǒng)的原理。

　　PT燃油系統(tǒng)是康明斯柴油機(jī)區(qū)別于其他柴油機(jī)的標(biāo)志，其鑒別字“PT”是壓力和時間的縮寫。

　　柴油機(jī)供油系統(tǒng)的功用是根據(jù)柴油機(jī)的工作要求，定時、定量、定壓地將霧化質(zhì)量良好的柴油按一定噴油規(guī)律噴入氣缸內(nèi)，并使其與空氣迅速良好的混合和燃燒。

　　PT油泵的結(jié)構(gòu)組成包括：

　　電磁閥、齒輪泵、脈沖膜片減振器、磁性濾清器、電子調(diào)速器等 (如圖2)。

　　

　　電磁閥：

　　其作用是通電時，電磁閥閥片被電磁力吸引，油路打開發(fā)動機(jī)運(yùn)行。

　　相反，斷電時，關(guān)閉油路停止供油，發(fā)動機(jī)停車。

　　當(dāng)電磁閥失靈時，應(yīng)急可用手動調(diào)節(jié)螺釘?shù)拈y片頂開和關(guān)閉。

　　停車時，將調(diào)節(jié)螺釘退出。

　　齒輪泵：

　　當(dāng)發(fā)動機(jī)驅(qū)動油泵時，齒輪泵隨之轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)速與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速一樣 ,齒輪泵出口的燃油壓力要比 PT泵出口壓力大 4~5倍。

　　齒輪泵的泵軸特性是隨轉(zhuǎn)速的升高而升高，康明斯發(fā)動機(jī)在設(shè)計時 ,考慮到發(fā)動機(jī)供油系統(tǒng)出故障時保護(hù)PT燃油泵在齒輪泵的傳動軸上設(shè)計了一個薄弱環(huán)節(jié)，為的是防止因齒輪泵卡死而導(dǎo)致 PT泵嚴(yán)重?fù)p壞。

　　當(dāng)油泵正常工作時薄弱環(huán)節(jié)的強(qiáng)度還是足夠的。

　　脈沖膜片減振器：

　　根據(jù)齒輪泵工作特性，定時提供的燃油有較大的壓力波動，這樣就造成 PT泵供油壓力的波動，此時各個噴油器量油口上的壓力就不一樣，這樣各個噴油口的油杯進(jìn)油量就不一樣，結(jié)果是發(fā)動機(jī)的各缸工作均勻性差，工作不平穩(wěn)，影響發(fā)動機(jī)正常工作。

　　為了防止這種現(xiàn)象，加裝一個脈沖膜片減振器并通過一個鉆孔與齒輪泵高壓腔連通，其作用是當(dāng)一個較高壓力波動作用在金屬膜片上時，膜片壓縮它背后的空氣，部分壓力波能量被吸收，壓力波峰值降低，隨后，一個較小的壓力波作用在膜片上時，膜片背后的空氣將它推出，給出了部分能量，壓力波峰值上升，從而使供油壓力較為平穩(wěn)。

　　磁性濾清器：

　　在壓力的作用下，燃油流入一個小磁性濾清器，它一般位于油泵的頂端，這樣，PT燃油系統(tǒng)兩或三道濾清裝置，磁性濾清器主要濾掉齒輪泵帶來的油中金屬粉末雜質(zhì)及磨損鐵屑。

　　該濾清器在安裝時應(yīng)注意方向，有孔的一端朝向泵體里面，油從濾網(wǎng)流出經(jīng)油孔流至調(diào)速器。

　　電子調(diào)速器，它包括電磁傳感器，調(diào)速控制器，執(zhí)行器。

　　電磁傳感器在飛輪圈上感覺到發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，并把交流電信號送到調(diào)速控制器(機(jī)旁的控制箱內(nèi))，調(diào)速控制器把來自電磁傳感器的電信號與現(xiàn)有的參考點(diǎn)作比較：

　　如兩個信號有不同，控制器將會改變送到執(zhí)行器的電流，改變執(zhí)行器中的電流將會使軸旋轉(zhuǎn)，當(dāng)此軸旋轉(zhuǎn)時，燃油流量和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速或功率將會改變，執(zhí)行器其實(shí)是一個電磁線圈旋轉(zhuǎn)閥，偶件上的油口控制油進(jìn)出油量，執(zhí)行器裝在 PT油泵的 EFC(電子調(diào)速器)的空腔中，經(jīng)執(zhí)行器進(jìn)入切斷閥，借助于控制進(jìn)入油嘴的燃油流量，燃油流經(jīng)執(zhí)行器進(jìn)入切斷閥。

　　執(zhí)行器有三種流量，即低，高和較高三種狀態(tài)。

　　3、噴油器原理

　　

　　PT型的噴油器有其特殊性(附圖 3，4)。其工作原理如下 :

　?、倥酝A段。

　　噴油器處于停止供油狀態(tài)，柱塞被壓在最低位置，柱塞中部細(xì)的部位把噴油器內(nèi)的進(jìn)回油道溝通。

　　這時燃油對噴油器進(jìn)行冷卻，并排除油道中的氣體。

　　發(fā)動機(jī)在做功和排氣沖程中噴油器柱塞一直處于這一狀態(tài)。

　?、谟嬃?量油)階段。

　　當(dāng)凸輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)到進(jìn)氣沖程后不久，由于凸輪外形曲線的變化，柱塞在彈簧的作用下升起，先將進(jìn)回油道切斷，燃油旁通結(jié)束。

　　量孔開始計量，燃油流至噴油器的油環(huán)，此時由于油壓低，噴油孔直徑小(約為0.17mm)，而不會漏油。

　　當(dāng)柱塞上升到最高位置后，凸輪外形曲線保持平穩(wěn)，柱塞處于最高位置直到進(jìn)氣結(jié)束。

　　在壓縮沖程中，在凸輪曲線的作用下，柱塞緩慢下行，直至接近封閉計量孔，計量結(jié)束。

　?、蹨?zhǔn)備噴油階段。

　　計量結(jié)束，柱塞下行到一定位置，下部的油杯及油道就產(chǎn)生了一定的壓力。

　　在止回球閥落到球座上，關(guān)閉了進(jìn)油道，柱塞繼續(xù)下行把油道與油杯分開，由于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速高，計量時間短，其油杯不會被燃油充滿，所以這個階段只是壓縮和部分地排除油杯中的氣體，為噴射做準(zhǔn)備。

　?、車娚潆A段。

　　在發(fā)動機(jī)壓縮沖程接近終了時，凸輪外形曲線又有突然的變化，使柱塞快速下行，油杯里的燃油以140 000kpa的高壓噴入氣缸內(nèi)，在噴射的同時，柱塞中部細(xì)的位置又使進(jìn)回油道聯(lián)通，燃油又開始旁通，柱塞最后落到油杯上，噴油結(jié)束。

　　4、分析結(jié)論

　?、偈紫葯z查燃油系統(tǒng)，雙濾器、油水分離器、PT油泵內(nèi)置磁性濾器、噴油器的進(jìn)口油濾器無贓堵。

　　燃油使用品質(zhì)較高的輕柴油，燃油進(jìn)機(jī)壓力均正常，油路暢通。

　?、诔醪綑z查各電子控制系統(tǒng)無異常。

　　拆檢 PT油泵和執(zhí)行器發(fā)現(xiàn)并無卡阻或磨損，但感覺 PT油泵和執(zhí)行器溫度較高，于是運(yùn)行發(fā)電機(jī)觀察。

　　③進(jìn)一步觀察測量發(fā)現(xiàn)同工況下 1號機(jī)浮子油箱溫度(40℃)較 2號約偏高 5℃。

　　1號機(jī)布置位置空間較 2號機(jī)狹小，不利于散熱。

　　且本船發(fā)動機(jī)從 PT油泵出來的供油管和經(jīng)過油頭的回油管都是很細(xì)的，外徑尺寸僅為 8mm，且整個內(nèi)循環(huán)路線也很短，配置的浮子油箱又很小。

　　根據(jù)該發(fā)動機(jī)的燃油系統(tǒng)特性，PT油泵從浮子油箱吸出的燃油除少量(約 20%)被發(fā)動機(jī)消耗外，大量(約 80%)燃油回流至浮子油箱。

　　從燃油系統(tǒng)可以看出，大量的油在浮子油箱和發(fā)動機(jī)之間循環(huán)，用測溫儀測出浮子油箱溫度偏高，這樣提高了進(jìn)溫度，PT油泵和執(zhí)行器的本體溫的也隨之提高(可達(dá) 80℃左右)，執(zhí)行器的偶件在較高溫度下工作，顯然是不利的。

　　偶件由于熱膨脹而導(dǎo)致擺動間隙減小，最終會使執(zhí)行器擺動受阻，無法正常準(zhǔn)確地改變供油口的開度，使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速小范圍波動。

　　三、處理

　　降低進(jìn)出 PT油泵的燃油溫度：

　　在燃油系統(tǒng)回油管上加裝冷卻器(見圖1—09)。

　　原理如下：

　　油頭回油管道油先進(jìn)入冷卻器，經(jīng)冷卻器的油再回到浮子油箱。

　　冷卻器的冷卻水可以從發(fā)動機(jī)淡水冷卻器的進(jìn)出口管理上分別引一路，這樣做方便適宜。

　　本船采用該方法改善油溫，使得油箱的油溫從原來的 40℃左右降至 25℃左右，這樣就改善了 PT油泵和執(zhí)行器的溫度，從而保證了其正常工作。

　　采取該措施后，消除了發(fā)電機(jī)小范圍轉(zhuǎn)速波動現(xiàn)象。

　　四、總結(jié)

　　就改善 PT油泵油溫有以下兩點(diǎn)建議：

　?、倏得魉馆^多的機(jī)型附帶浮子油箱(本船配置一個容量僅為15L的油箱)，建議在采購時要求配置更大尺寸的油箱，以增加新回油量的混合，同時油箱的散熱面積會增加，改善散熱狀況，從而達(dá)到降低油溫度目的。

　　②在船舶制造設(shè)計過程中，在確定使用該機(jī)型時，如若條件允許，可考慮日用油柜的布置方面稍低于發(fā)動機(jī)的噴油器平面 (即油柜最高油面和發(fā)動機(jī)噴油器平面相當(dāng) )，這樣可以取消浮子油箱，將發(fā)動機(jī)回油管直接連接到日用油柜，日用油柜體積較大，這樣可以大大改善進(jìn)出 PT油泵及執(zhí)行器的燃油溫度，從而保證 PT油泵工作的穩(wěn)定性。

　　根據(jù)實(shí)際情況通過留心觀察，比較分析，善于發(fā)現(xiàn)問題，選擇最經(jīng)濟(jì)合理的措施是解決問題的關(guān)鍵。

　　

　　原創(chuàng)作者系：

　　交通運(yùn)輸部上海打撈局 龔兆華