船舶主机单缸不发火故障研究分析

马修文+盛善智

摘要：主机单缸不发火故障一般是喷射系统出现问题，对于船舶的安全来说，造成的后果各不相同，如果不及时处理就会造成某些零部件故障的扩大，甚至会造成严重的机损事故。主机能否操作正常以及工作情况是否正常，无疑是轮机管理人员最为关注的问题。MAN B&W 5L35MC型主机的燃油喷射系统为柱塞泵式喷射系统，此文就该轮发生的单缸不发火故障做一下研究分析，并且对这样类型的主机燃油喷射系统做进一步的探讨。

关键词：船舶柴油机；喷油器；排温；管理

1 故障现象

该轮某日大洋航行中，机舱警报突然响起，轮机员下到机舱后，发现集控室的电脑显示主机1#气缸排烟温度不正常，到机旁检查1#气缸的高压油泵时发现其噪声很大。在警报响起的同时，主机的增压器也突然发生喘振，排气冒黑烟。紧接着，我们查看了各个气缸的排气温度，发现1#气缸的排气温度下降较多，只有150°C；而其他气缸的排气温度则上升，高达380°C。该型号主机正常时的气缸排气温度为330°C～350°C。为了防止主机超负荷运行，我们使主机降负荷运行，下降期转速。然后打开1#气缸的示功阀，检查压缩压力，发现其低于3MPa，气缸发火不正常。气缸的爆发压力不足，主机功率下降，并带有主机增压器喘振，排气冒黑烟。针对上述问题，我们就示功阀、喷油器、喷油泵等相关部件进行检修，处理这一起主机单缸不发火问题。

2 应对措施

在二冲程柴油机类型中，柴油机每完成一次工作循环，曲轴要做一次回转，即360°曲轴转角。每个工作循环中只有第三行程，即膨胀行程是做功的，其他三个行程都是为膨胀行程服务的。并且柴油机工作循环中的各个行程都需要外界供给能量。

喘振发生时，增压器的压力忽高忽低，流量忽大忽然小，并且伴有喘息声和吼叫声。喘振是增压器特有的现象。当增压器发生喘振时，由于压气机进气端空气阻塞，部分空气与压气机叶片之间脱离、涡流、波动而发出刺耳的吼叫声。造成增压器前的进气管道振动、增压器的转子轴高频的轴向颤动，并使柴油机的工作状态趋于不稳定，增压器与柴油机的工作寿命也由此受到影响。

从示功图的角度进行介绍与分析。该轮此时为1#气缸出现故障，测量单缸的P-φ示功图和P-V示功图。得到1#气缸最高爆发压力偏低，排气温度也偏低。影响最高爆发压力的因素有很多，比如喷油泵、喷油器的技术状态，压缩终点压力的高低，供油量的大小，喷油定时的早晚等等。当柴油机燃烧系统技术状态良好，燃烧质量符合要求，气缸的气密性良好，进气与排气正常的情况下，若最高爆发压力偏离了正常值，则基本可以从喷油定时和供油量上来考虑。该轮1#气缸排气温度下降较多，而其他各个气缸的排气温度上升，则显然不符合正常的运行规律，由此进一步判断为该柴油机的喷射系统出现问题。该轮主机的燃油喷射系统的类型为柱塞泵式喷射系统，这种喷射系统是现代船用柴油机最基本的一种喷射系统。它以螺旋槽柱塞旋转的方式调整供油量的机械式喷油泵为核心，其基本组成是高压油泵、喷油器以及高压油管。检查高压油管接头，用手摸高压油管接头感觉其脉动微弱，并且也没有发现漏油事件，那究竟是高压油泵出现故障还是喷油器出现故障呢？

首先分析高压油泵的可能性比较大，因为该柴油机每个气缸装有两个喷油器，即使一个坏掉了，另外一个还可以正常喷射，而且更换高压油泵比喷油器要迅速。此时考虑到，当时海况良好，经过驾驶台同意之后，决定飘航处理，更换备用油泵。停车后马上换上新的柱塞偶件，试车后故障依旧，决定再拆卸喷油器。喷油器拆出后，试验时发现其中一个喷油器回油量很大且无法喷射。更换新的喷油器后，试车运行正常，故障排除。

3 原因分析

MAN B&W 5L35MC型柴油机上所使用的是一种非冷却多孔式喷油器，如图1所示。这种喷油器的特点是可以使燃油系统中的燃油经过喷油泵进入喷油器，然后在喷油器本体内循环冷却，最后排放至混油桶。这种结构不但省略了单独的冷却系统，而且这种燃油循环系统在柴油机备车的时候，可以对喷油器进行预热；在柴油机运转期间对喷油器冷却并且兼有驱气作用。然而，柴油机喷油器工作不良，会使喷射质量变差，出现间隔性滴油、歪射以及油雾较粗或不均等现象。当柴油机工作时，喷油嘴的喷射量、喷射点和燃油喷射雾化程度都在发生间隔性变化，从而引起柴油机转速不稳定。

这种喷油器内有两个阀，上部是止回阀，由止回阀阀体8、止回阀10、止推座5和压力弹簧6组成。下部是喷油针阀，由针阀阀体3、针阀4和止推座5组成。燃油从喷油器的顶部进入。当柴油机不喷射燃油的时候，燃油由电机输油泵供给，此时由于燃油的压力比较低，止回阀10关闭，即喷油器的止回阀封闭燃油下行的通道，在止推座5的下部有一个旁通孔开启，燃油流经此旁通孔在喷油器体内循环后排出。当柴油机喷射燃油的时候，燃油由高压油泵供给，油压高于2MPa的时候，止回阀被油压抬起，高压的燃油首先使燃油回路中断，然后高压燃油进入针阀的油腔内，等到达到针阀的起阀压力时，针阀开启进行喷油，旁通孔关闭，燃油向下流通，进入下部针阀的油腔内。在该气缸的喷油器喷油结束时，油压下降，针阀落座。当油压低至某限定值时，止回阀10关闭，上述燃油循环回路重新接通，喷油器本体的燃油循环重新恢复。喷油器的起阀压力由弹簧的预紧力和有关零件的尺寸预先决定，并且使用中不能进行调节。如果需要调节，则应解体喷油器并换用专用的弹簧垫片。

为什么一只喷油器损坏会导致该气缸的两只喷油器都不喷油了呢？事后经过对换下的喷油器解体发现，这个非冷却多孔式喷油器上面的止回阀卡死在关闭的位置，所以导致该喷油器大量回油，使得高压油泵供给的高压燃油流经止回阀下部的旁通孔，在喷油器体内循环后直接回到油箱。由于阀件的过度磨损导致的变形或者由于燃油有杂质，这使得上面的止回阀卡死在关闭的位置，所以说当需要喷油的时候，这个止回阀打不开，燃油不能到达下面的针阀，针阀就达不到它的起阀压力，针阀打不开，所以不能够喷油。至于另外一个喷油器也不能够喷油，是因为另外一个喷油器也达不到该喷油器针阀的起阀压力，高压燃油都通过止回阀卡死的喷油器回油了，压力建立不起来了。针阀卡緊或者咬死的主要原因由：燃油含有机械杂质、油温突变、喷油器冷却不良而过热以及安装不良等。

4 经验教训

影响主机单杠不发火的故障因素有很多，我们要根据不同的现象采取相应的措施。如果此类型主机再次碰到类似现象的话，首先应该想到由于两只喷油器共用一个高压油泵，当一只喷油器回油量过大的时候，高压油泵泵出的高压燃油部分漏掉了，油压就建立不起来，就达不到喷油器的起阀压力，所以两只喷油器都不能够喷油。先前没有想到这一点，所以造成误判。

针阀在针阀体中卡紧或者咬死的时候，针阀不能够及时启闭或者不能启闭，此时该气缸发火就不正常，甚至单缸熄火，转速下降。如果针阀在关闭状态咬死，将同时伴有喷射系统中油压剧烈升高，高压油管脉动强烈，高压油管接头漏油或者破裂，喷油泵发热并且伴有异常响声；如果针阀在开启状态咬死，将同时伴有高压油管无脉动，燃油未经雾化喷入气缸。在管理中可以通过上述的迹象，尤其通过高压油管的脉动状态加以判断。

此外，主管人员应根据柴油机的运行状况，对喷油器必须坚持进行定期的预防和不定期的诊断性检查。检查中发现有不适之处，必须随时加以维修和调节，以保证喷油器始终能够提供良好的喷油质量。并且，主机或者其他设备经过拆装后，一定要做好试验，不能武断；只有熟悉设备工作原理和内部结构，才能有的放矢，及时排除故障。平时我们还要保持控制空气的清洁、干燥。在设备使用中经常会产生新的问题、新的变化，切不可墨守成规，要正确分析问题。

5 总结

船舶航行中难免出现故障，机舱的管理人员，平常应注意阅读有关的说明书和其他资料，专人负责管理备件，认真巡回检查以便及时发现故障。发现故障时要镇静，惶恐不利于找出故障原因，也妨碍制定排除故障的措施，甚至因措施失误而扩大故障损失或酿成其他故障甚至事故，并且要注意协作，带头人应充分听取大家的意见，尽量全方位考虑，为问题的解决赢得时间，确保轮机部设备正常运转，保证船舶安全。

参考文献：

[1]主推进动力装置，中国海事中心，大连海事大学出版社，2012

[2]MAN B&W 5L35MC柴油机说明书

通讯作者：盛善智