船舶大型低速二沖程柴油機的 VIT 機構(gòu)是“可變噴油定時調(diào)節(jié)系統(tǒng)”的英文名“Variable Injection Timing Control System”的縮寫。

　　如今，船舶柴油機制造廠商中比較主流的廠家，如 MAN B&W 和 MITSUBISHI 等，在設(shè)計和制造大型低速柴油機時，都采用了這種可變噴油定時調(diào)節(jié)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)能根據(jù)柴油機的負荷變化自動調(diào)節(jié)回油孔式高壓油泵的供油提前角，使得柴油機在部分負荷運行時仍可以獲得盡可能高的——接近標定值的最***發(fā)壓力，從而改善部分負荷下的經(jīng)濟性，在目前燃油費用占航運企業(yè)營運成本的比例越來越高的情況下，產(chǎn)生相當?shù)慕?jīng)濟效益。

　　同時，在柴油機高負荷運轉(zhuǎn)時又能控制最***發(fā)壓力，使之不超過標定爆壓，實現(xiàn)對柴油機機械強度的限制保護。

　　由于 VIT 機構(gòu)在柴油機的性能發(fā)揮中起著重要的作用，本文在此對船舶大型低速二沖程柴油機 VIT 機構(gòu)的功能調(diào)整、故障處理和維護管理方面的技術(shù)進行研究探討，以供廣大同行們參考。

　　VIT 機構(gòu)的組成結(jié)構(gòu)、控制原理、調(diào)節(jié)特性和功能整定

　　船舶大型低速二沖程回油孔式高壓油泵柴油機的 VIT 系統(tǒng)原理 如圖 1 所示。

　　

　　圖 1 船舶柴油機 VIT 機構(gòu)系統(tǒng)原理圖

　　VIT 機構(gòu)的組成結(jié)構(gòu)和控制原理[1]

　　此類型的VIT控制系統(tǒng)以主流的船舶大型低速二沖程柴油機 MAN B&W 機型為代表，主要組成結(jié)構(gòu)包括高壓油泵系統(tǒng)(含泵體底部的油量和定時調(diào)節(jié)系統(tǒng))、調(diào)節(jié)伺服器(也稱位置伺服器)、中間反饋傳動調(diào)節(jié)系統(tǒng)(原理圖中包含調(diào)速器的輸出調(diào)節(jié)軸 Z、鎖緊螺栓 S、VIT 的位置調(diào)節(jié)桿 A、調(diào)節(jié)臂 B、連接銷 C、位置傳感器 E(有的參考資料也稱負荷傳感器)、調(diào)壓閥 D、調(diào)節(jié)支點 F1和 F2、一對位置調(diào)整螺栓 H 和鎖緊螺母 G)。

　　高壓油泵的泵體底部裝有兩根調(diào)節(jié)齒條，位于上方的一根起供油定時調(diào)節(jié)作用(圖 1 中與調(diào)節(jié)伺服器相連)，位于下方的另一根是與調(diào)速器輸出軸相連起油量調(diào)節(jié)作用(圖 1 中沒畫出)，油泵的套筒下部有梯形外螺紋，與定時齒圈上部的梯形內(nèi)螺紋相配，定時齒圈的外部又與定時調(diào)節(jié)齒條相嚙合，當齒條拉動時，齒圈通過螺旋副可使套筒上下移動，從而改變套筒與柱塞的相對位置，從而改變噴油定時。

　　位置伺服器其實是個氣動執(zhí)行元件，其內(nèi)部的活塞桿通過定時調(diào)節(jié)桿與供油定時齒條相連接，接受來自于位置傳感器的控制信號。

　　位置傳感器由調(diào)速器的輸出調(diào)節(jié)軸 Z 進行控制，當柴油機負荷變化時，調(diào)速器輸出調(diào)節(jié)軸 Z 一方面通過傳動桿直接拉動油量調(diào)節(jié)齒條改變供油量，同時，通過原理圖所示的傳動裝置——包含調(diào)速器的輸出調(diào)節(jié)軸 Z、鎖緊螺栓 S、VIT 的位置調(diào)節(jié)桿 A、調(diào)節(jié)臂 B 和連接銷 C，改變位置傳感器 E，以控制輸出到位置伺服器的控制信號的壓力，改變其內(nèi)活塞的位置，從而拉動定時齒條達到調(diào)節(jié)供油定時，最終達到利用加大噴油提前角的手段提高最大爆發(fā)壓力的目的。

　　各個缸的VIT位置伺服器都是由來自調(diào)壓閥D的輸出控制氣壓信號控制的。

　　調(diào)節(jié)伺服器的輸入端和位置傳感器E及調(diào)壓閥 D 的輸出端之間有個節(jié)流止回裝置，它的作用是：

　　一方面防止 VIT 系統(tǒng)調(diào)節(jié)過于靈敏;另一方面是防止柴油機高負荷時突減時，來自位置傳感器的控制信號即控制壓力大幅突增，從而引起爆壓超限。

　　VIT 機構(gòu)的調(diào)節(jié)特性分析和功能整定

　　此類VIT機構(gòu)的根本技術(shù)手段就是在選定的某柴油機負荷區(qū)間內(nèi)(例如 50%~85%，這里 50%負荷點稱為 VIT 起始點，85%負荷點稱為臨界點，某些參考書也稱之為 break point)，使柴油機最大爆發(fā)壓力 Pmax隨負荷增加逐漸達到允許的 Pmax最大值，當負荷高于臨界點時，使 Pmax不再隨負荷增大而增大，保持在允許的最大值上。

　　

　　圖 2 船舶柴油機 VIT 機構(gòu)負荷控制原理圖

　　(1)柴油機 VIT 系統(tǒng)負荷控制的三個階段[2]

　　1)柴油機 VIT 系統(tǒng)無動作階段：

　　即柴油機負荷位于 0~50%的階段，在此階段中，圖 1 中位置調(diào)節(jié)桿 A 遠離調(diào)壓閥 D 上的位置傳感器 E(即圖 2 中負荷傳感器)，調(diào)壓閥 D 輸出的控制壓力為零，調(diào)節(jié)伺服器不動作(圖 2(a))。

　　2)柴油機 VIT 系統(tǒng)開始動作階段：

　　此階段，柴油機負荷增加到 50%左右時，圖 1 中位置調(diào)節(jié)桿 A 開始觸及到調(diào)壓閥 D 上的位置傳感器 E，當二者接觸時，調(diào)壓閥 D 的輸出控制壓力達到某一設(shè)定值(如MAN B&W 機型的SUPER VIT 系統(tǒng)的值設(shè)定為 0.05MPa)，此時的負荷為 VIT 調(diào)節(jié)的始點，而后隨著柴油機負荷的增加，位置調(diào)節(jié)桿 A 進一步觸壓調(diào)壓閥 D 上的位置傳感器 E，使調(diào)壓閥 D 的輸出控制壓力繼續(xù)增加，VIT 調(diào)節(jié)伺服器進一步動作改變高壓油泵調(diào)節(jié)齒條的位置，其套筒上移，使噴油提前角提前，最大爆發(fā)壓力Pmax持續(xù)增大(圖2(b))。

　　3)柴油機 VIT 系統(tǒng)保持 Pmax設(shè)定值不變階段：

　　當柴油機負荷增加到 85%左右時，即此時柴油機的最大爆發(fā)壓力達到柴油機預(yù)定的設(shè)定壓力 Pmax，這時圖 1 中的位置調(diào)節(jié)桿 A 與支點 F1 和 F2(即圖 2中的限位 A 和 B)同時接觸，位置傳感器 E(即圖2 中的負荷傳感器)的壓入量達到最大值，即調(diào)壓閥 D 的輸出控制壓力達到最大值。當柴油機負荷從85%繼續(xù)增加時，位置調(diào)節(jié)桿 A 繞支點 F1(圖 2中為限位 A)轉(zhuǎn)動，從而位置傳感器 E(即圖 2 中的負荷傳感器)的壓入量減少，調(diào)壓閥 D 的輸出控制壓力相應(yīng)降低，使 VIT 調(diào)節(jié)伺服器動作延遲噴油提前角，以保持柴油機的最大爆發(fā)壓力 Pmax不變。

　　(2)柴油機VIT系統(tǒng)的調(diào)節(jié)特性分析和功能整定

　　柴油機VIT系統(tǒng)的功能整定實質(zhì)就是整定在柴油機負荷 50%左右時的作用起始點值、柴油機負荷85%左右的臨界點值和最大爆發(fā)壓力 Pmax設(shè)定值這三個參數(shù)[3]。

　　1)柴油機 VIT 系統(tǒng)的單缸調(diào)節(jié)方法

　　主要是調(diào)整柴油機該缸的VIT齒條的位置或者是調(diào)整 VIT 調(diào)節(jié)伺服器(即位置伺服器)的位置，如圖 1 所示，改變該缸的高壓油泵 VIT 齒條與調(diào)節(jié)伺服器之間的傳動桿的長度，即改變該缸的噴油定時。

　　一般情況下，柴油機在確定了油頭、氣缸密封狀況、增壓系統(tǒng)良好的前提下，由于單缸高壓油泵的磨損造成爆發(fā)壓力和負荷關(guān)系發(fā)生變化，此時可以進行柴油機 VIT 系統(tǒng)的單缸整定。

　　2)柴油機 VIT 系統(tǒng)的整機調(diào)節(jié)方法

　　在柴油機的使用過程中，由于該機高壓油泵的柱塞偶件長期整體磨損或使用的燃油品質(zhì)發(fā)生了較大變化等情況，從而造成整機爆發(fā)壓力和負荷關(guān)系較大的變化，此時，有必要進行柴油機 VIT 系統(tǒng)的整機調(diào)節(jié)。

　?、僬{(diào)節(jié)柴油機 VIT 系統(tǒng)的起始點值——調(diào)節(jié)支點 F2(圖 1)

　　一般情況下，柴油機 VIT 系統(tǒng)的起始點值設(shè)定在 50%負荷附近，當柴油機由于某種原因(如調(diào)節(jié)臨界點值或最大爆壓值)發(fā)生起始點值改變，可以調(diào)整 F2 支點的位置，重新設(shè)定 VIT 系統(tǒng)的起始點值。

　　首先松開 F2 上的鎖緊螺栓，推動支點 F2 移動：

　　當 F2 向左邊移動時，VIT 系統(tǒng)的起始點值增大(即往大于50%負荷的方向變化);

　　當F2向右邊移動時，VIT 系統(tǒng)的起始點值減小(即往小于 50%負荷的方向變化)。

　　調(diào)整結(jié)束后重新鎖緊鎖緊螺栓，防止松動。

　?、谡{(diào)節(jié)柴油機 VIT 系統(tǒng)的臨界點值——調(diào)節(jié)位置調(diào)節(jié)桿 A 的初始位置(圖 1)

　　當柴油機由于某種原因發(fā)生臨界點值改變時，可以調(diào)整位置調(diào)節(jié)桿 A 的位置。

　　首先松開調(diào)節(jié)臂 B上的鎖緊螺栓 S，然后推動調(diào)節(jié)臂 B 和位置調(diào)節(jié)桿 A 使其繞調(diào)速器輸出調(diào)節(jié)軸 Z 轉(zhuǎn)動，同時注意觀察 A 與支點 F1、F2 的相對位置(在臨界點承載負荷時，A 應(yīng)與 F1 和 F2 同時接觸)。

　　若順時針轉(zhuǎn)動位置調(diào)節(jié)桿 A，則臨界點值增大(即往大于 85%負荷的方向變化)，此時柴油機的最大爆發(fā)壓力 Pmax 和VIT 起始點值也都相應(yīng)的有所增大，但是在柴油機50%~85%負荷區(qū)間內(nèi)的爆發(fā)壓力隨負荷變化的比例系數(shù)不變。

　　反之如果逆時針轉(zhuǎn)動位置調(diào)節(jié)桿 A，則臨界點值減小(即往小于 85%負荷的方向變化)，此時，柴油機的最大爆發(fā)壓力 Pmax和 VIT 起始點值也都相應(yīng)的有所減小，但是在柴油機 50%~85%負荷區(qū)間內(nèi)的爆發(fā)壓力隨負荷變化的比例系數(shù)也仍然不變。

　　調(diào)節(jié)結(jié)束后將鎖緊螺栓 S 鎖緊[4]。

　　值得注意的是，此時還必須重新調(diào)整柴油機的最大爆發(fā)壓力 Pmax和 VIT 起始點值。

　?、壅{(diào)節(jié)柴油機VIT系統(tǒng)的最大爆發(fā)壓力Pmax值——調(diào)節(jié)調(diào)壓閥 D 和位置調(diào)節(jié)桿 A 的相對位置(圖1)

　　當柴油機在臨界點到 100%負荷區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)最大爆發(fā)壓力大于或小于設(shè)定的 Pmax值時，常用此方法進行調(diào)節(jié)。

　　首先松開在滑動槽中的一對鎖緊螺栓G，然后調(diào)整調(diào)節(jié)螺栓 H。

　　當調(diào)壓閥 D 遠離位置調(diào)節(jié)桿 A 時，使柴油機的噴油提前角減小，柴油機的最大爆發(fā)壓力 Pmax設(shè)定值減小，注意到，同時柴油機的 VIT 起始點值有相應(yīng)的增大(即往大于 50%負荷的方向變化)。

　　反之當調(diào)壓閥 D 靠近位置調(diào)節(jié)桿A 時，使柴油機的噴油提前角增大，柴油機的最大爆發(fā)壓力 Pmax設(shè)定值增大，同時柴油機的 VIT 起始點值有相應(yīng)的減小(即往小于 50%負荷的方向變化)。

　　調(diào)整結(jié)束后，再將鎖緊螺栓 G 鎖緊。

　　值得注意的是，此時還必須重新調(diào)整柴油機的VIT 起始點值。

　?、苷{(diào)節(jié)柴油機 VIT 系統(tǒng)的臨界點和100%MCR 之間的爆發(fā)壓力值，使 100%負荷處的爆發(fā)壓力等于設(shè)定最大 Pmax——調(diào)節(jié)支點 F1(圖 1)

　　當柴油機由于使用了不同品質(zhì)的燃油或由于燃油泵磨損等原因造成柴油機爆發(fā)壓力高于或低于設(shè)定的最大 Pmax時，此時可以調(diào)節(jié)支點 F1。

　　F1 被調(diào)整時，VIT 系統(tǒng)的起始點值和臨界點值不變，但在臨界點到 100%負荷范圍內(nèi)的爆壓隨負荷變化而變化。

　　首先松開 F1 上的鎖緊螺栓，推動支點 F1 移動：

　　當 F1 向左邊移動時，在臨界點到 100%負荷范圍內(nèi)的爆壓隨負荷增加而增加;

　　當 F1 向右邊移動時，在臨界點到 100%負荷范圍內(nèi)的爆壓隨負荷增加而減少。

　　調(diào)整結(jié)束后重新鎖緊鎖緊螺栓，防止松動。

　　綜合以上的技術(shù)分析，對柴油機 VIT 系統(tǒng)的整機調(diào)節(jié)都是在柴油機的正常運轉(zhuǎn)過程中進行的，程序如下較為合理：

　　1)VIT 系統(tǒng)起始點值調(diào)節(jié)——只需調(diào)整支點F2 左右位置即可。

　　2)VIT 系統(tǒng)臨界點值調(diào)節(jié)——首先調(diào)整位置調(diào)節(jié)桿 A 的位置，在將柴油機負荷調(diào)整到規(guī)定設(shè)定值如 85%時，使位置調(diào)節(jié)桿 A 與支點 F1 和 F2 同時接觸，鎖緊鎖緊螺栓 S。

　　其次重新調(diào)整支點 F1 的左右位置，即重新整定柴油機的最大爆壓，直到 Pmax達到說明書的要求。

　　最后重新整定 F2 的左右位置使VIT 系統(tǒng)起始點值達到規(guī)定值(一般為 50%負荷)。

　　3)VIT 系統(tǒng)最大爆壓值 Pmax 調(diào)節(jié)——將柴油機負荷分別調(diào)整到 85%和 100%，測量最大爆發(fā)壓力值，如果不符合說明書要求則需要進行調(diào)整。

　　主要是調(diào)整調(diào)壓閥 D 和位置調(diào)節(jié)桿 A 的相對位置。

　　首先，松開鎖緊螺栓 G，調(diào)整調(diào)節(jié)螺栓 H，調(diào)節(jié)調(diào)壓閥 D 的位置，然后測量柴油機的最大爆壓，直到滿足說明書的要求。

　　其次，重新整定 F2 的左右位置使 VIT 系統(tǒng)起始點值達到規(guī)定值(一般為 50%負荷)，最后，檢查柴油機在臨界點到 100%負荷之間，柴油機的爆發(fā)壓力是否保持不變或在允許的范圍內(nèi)變化，如果不符合要求，重新調(diào)整支點 F1 的左右位置，即重新整定柴油機的最大爆壓，直到 Pmax達到說明書的要求。

　　二、 VIT 機構(gòu)常見故障的分析和處理

　　船舶柴油機在長期的使用過程中，除了由于高壓油泵長期運轉(zhuǎn)磨損或因為使用了不同品質(zhì)的燃油等原因需要定期進行 VIT 系統(tǒng)功能檢查和調(diào)整之外，還較易出現(xiàn)以下一些故障：

　　1)柴油機高壓油泵定時齒條裝置故障。

　　故障表現(xiàn)為在柴油機運行中，高壓油泵定時齒條不動作或動作不到位。

　　故障原因一般為高壓油泵調(diào)節(jié)盤上的導向塊、導向桿、機械伺服閥件部位磨損過度導致各間隙值發(fā)生變化。

　　裝置拆解并修復或更換備件，按說明書的要求調(diào)整各間隙值。

　　2)柴油機高壓油泵套筒不能歸位故障[5]。

　　故障表現(xiàn)為在柴油機運行中，高負荷狀態(tài)下噴油提前角過大，爆壓超限而造成主機機械超負荷。

　　原因是高壓油泵套筒頂部與上蓋之間的空間(該空間的容積是隨套筒的上下移動而改變)內(nèi)積聚的燃油因為泄油管堵塞無法排泄，阻礙套筒的移動，使套筒一直處于最低位置即噴油提前角最大的位置，此時爆壓最大，所以使柴油機在 0~100%負荷內(nèi)都以最大的噴油提前角噴油燃燒。

　　建議加粗泄油管或加裝伴行加熱管防止燃油堵塞造成事故。

　　3)調(diào)節(jié)伺服器故障。

　　故障表現(xiàn)為柴油機的 VIT系統(tǒng)工作失靈，無論柴油機負荷怎樣變化，噴油提前角都不變。

　　故障原因一般為內(nèi)部氣缸活塞密封裝置老化斷裂，或油缸柱塞磨損嚴重，或內(nèi)部單向閥關(guān)閉不嚴而泄漏從而使調(diào)節(jié)伺服器。

　　設(shè)備拆解分析，針對不同的原因，修復或更換備件。

　　4)位置傳感器 E 和調(diào)壓閥 D 功能故障[6]。

　　位置傳感器E較易出現(xiàn)觸壓接頭卡阻或動作遲滯的故障，而調(diào)壓閥 D 則較易出現(xiàn)內(nèi)部閥件閥芯卡死或密封圈失效或調(diào)壓彈簧斷裂造成其輸出控制壓力失靈，因而由于不同的故障原因會出現(xiàn)不同的故障現(xiàn)象，諸如 VIT 動作不到位、遲滯甚至失效等。

　　此時，只能根據(jù)具體現(xiàn)象做具體分析，拆解檢查，修復或更換備件。

　　5)VIT 機構(gòu)的中間反饋傳動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中各部位松動失效。

　　故障表現(xiàn)為在柴油機運行時 VIT 系統(tǒng)動作遲緩甚至失效，表現(xiàn)為整機 VIT 調(diào)節(jié)不靈敏，在設(shè)定的負荷區(qū)間內(nèi)無法有效提高柴油機爆發(fā)壓力。

　　調(diào)節(jié)方法是針對不同的結(jié)構(gòu)部位如調(diào)節(jié)桿、鎖緊螺栓等定期進行檢查維護，防止長期使用中螺栓松動或脫落，使 VIT 功能失效。

　　三、VIT 機構(gòu)維護管理技術(shù)和經(jīng)驗探討

　　根據(jù)自身多年的船上工作經(jīng)驗，在柴油機 VIT機構(gòu)的實際管理維護工作過程中總結(jié)出以下的一些技術(shù)要點和管理經(jīng)驗：

　　1)定期對柴油機 VIT 系統(tǒng)進行功能檢查和調(diào)整，特別是在柴油機長期運轉(zhuǎn)使用后，VIT 機構(gòu)的連接件運轉(zhuǎn)磨損、柴油機燃用油品質(zhì)變化、柴油機本身性能工況發(fā)生變化(如壓縮壓力降低、爆壓降低等)，都需要對 VIT 系統(tǒng)重新進行調(diào)節(jié)，以改善柴油機工作狀況。

　?、俣ㄆ跈z查 VIT 機構(gòu)的氣路和油路，工作的空氣壓力和油壓力滿足說明書要求，保持油路暢通，定期清洗濾器，及時消除泄漏。

　　②定期檢查各連接部件和閥件的接頭，各運動部件的活動部位和定時齒條，及時消除松動并加油潤滑。

　?、壅{(diào)節(jié)伺服器前有工作空氣管路上的潤滑裝置，應(yīng)及時注滿潤滑油，保證伺服器的潤滑，防止工作中干磨。

　?、躒IT 系統(tǒng)的工作空氣閥和先導閥，主機完車后及時關(guān)閉，備車時及時打開。

　　2)目前，許多國內(nèi)航運企業(yè)為提高船舶的經(jīng)濟性，在不影響船期的前提下常降速航行以減少油耗(如主機選用60%左右的額定負荷時，航速降15%，但油耗降 40%)。

　　但柴油機長期處于低負荷運行工況，會導致其燃燒惡化、磨損加劇和缸內(nèi)結(jié)炭嚴重，此時，可以通過對 VIT 系統(tǒng)進行適當?shù)恼{(diào)整，即適當使 VIT 系統(tǒng)的動作提前，使柴油機在接近70%~75%額定功率時，爆發(fā)壓力接近額定最大Pmax，這樣可以起到改善柴油機上述惡劣工況和獲得一定經(jīng)濟節(jié)能的作用[7]。

　　四、結(jié) 語

　　在船舶營運過程中，柴油機 VIT 機構(gòu)的管理工作，是柴油機管理工作中的一個重點和難點，本文針對船舶大型低速柴油機 VIT 機構(gòu)功能調(diào)整、故障處理和維護管理方面的一些技術(shù)和經(jīng)驗進行分析和總結(jié)，為廣大同行們在實際管理工作中提供借鑒。

　　由于實際工作中柴油機VIT系統(tǒng)的運行隨柴油機工況變化更為復雜多變，為了船舶更加安全的營運和進一步提高經(jīng)濟效益，對柴油機 VIT 機構(gòu)的技術(shù)研究這個課題值得廣大輪機研究和管理人員進行更深入的探析。

　　參考文獻：

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　　[2] 劉喜洋. 某型柴油主機 VIT 系統(tǒng)及其調(diào)節(jié)和維護的幾點認識[J]. 航海技術(shù), 2012(02): 53-54.

　　[3] 劉奕宏. 船舶主機VIT 功能的檢修與調(diào)整[J]. 天津航海, 2012(01): 20, 53.

　　[4] 俞振廷. 通過對 VIT 機構(gòu)的調(diào)節(jié)實現(xiàn)船舶節(jié)能的探索[J]. 航海技術(shù), 2004(05): 49-51.

　　[5] 蔡德清. 帶 VIT 裝置的高壓油泵套筒不能歸位的危害和預(yù)防[J]. 航海技術(shù), 2007(06): 56.

　　[6] 張汝洪. 某輪 VIT 故障導致主機單缸爆壓過高的處理[J]. 航海技術(shù), 2007(03): 56-57.

　　[7] 方適中. MITSUI B&W 主機 VIT 機構(gòu)工作原理及故障分析[J]. 航海技術(shù), 2007(S1): 63-64

　　來源：航海技術(shù) 作者：福建船政交通職業(yè)學院 劉建安