高壓共軌柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)故障分析

隨著全球各港口防止大氣污染政策要求日益嚴(yán)格，對船用柴油機(jī)廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)和燃燒性能要求也越來越高，高壓噴射帶來的良好霧化效果，使柴油機(jī)燃油噴射全工況柔性可控，改善了缸內(nèi)燃燒過程，降低了噪聲和排放，越來越受到船東的青睞。隨著高壓共軌柴油機(jī)的裝船應(yīng)用，管理者需要熟悉該系統(tǒng)可能帶來的問題和解決方案，以應(yīng)對日常維護(hù)和故障處理。本文以中交上海航道局航浚6008輪使用的MANL32/44CR高壓共軌柴油機(jī)電噴系統(tǒng)為例，通過對該系統(tǒng)組成的介紹，對使用中出現(xiàn)的典型故障問題進(jìn)行分析和總結(jié)，為船舶管理者提供了一些管理建議。一、MANL32/44CR柴油機(jī)燃油共軌電子噴射系統(tǒng)組成及工作原理圖1燃油共軌系統(tǒng)原理圖燃油共軌電子噴射系統(tǒng)原理如圖1，主機(jī)運(yùn)行時(shí)，供油單元將燃油加熱后以12bar的壓力供入主機(jī)，控制系統(tǒng)根據(jù)檢測到的軌壓值來調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開度，進(jìn)入節(jié)流閥的燃油由凸輪軸驅(qū)動的高壓油泵加壓后進(jìn)入各蓄壓器，形成共軌高壓油，控制系統(tǒng)分析共軌油壓、主機(jī)轉(zhuǎn)速、排煙溫度等因素，計(jì)算出噴油時(shí)長和定時(shí)，給噴油電磁閥發(fā)出指令，將高壓燃油噴入燃燒室內(nèi)霧化燃燒。MAN32/44CR柴油機(jī)采用新一代CR2.2高壓共軌系統(tǒng)，每缸每只噴油器都配有蓄壓器，旨在將噴油導(dǎo)致的壓力波動降低至最小，從而保證噴油的穩(wěn)定性和一致性。每個(gè)蓄壓器之間用高壓油管相連，高壓油泵通過帶有3個(gè)凸輪桃的凸輪驅(qū)動，每個(gè)凸輪桃間隔120°，凸輪軸轉(zhuǎn)動1周驅(qū)動高壓油泵3次，共軌燃油壓力最高可達(dá)220MPa。高壓油泵采用多凸起供油凸輪的多次供油方式，可以有效降低高壓油泵的峰值扭矩、提高高壓油泵的容積效率。二、典型故障原因分析及解決方法1、共軌壓力無法建立在船用高壓共軌柴油機(jī)中，噴油量是共軌壓力波動對噴油脈寬的積分，軌壓不同的波動情況對噴油量產(chǎn)生明顯的變化。如果啟動時(shí)，主機(jī)正常轉(zhuǎn)動達(dá)到發(fā)火轉(zhuǎn)速，但共軌系統(tǒng)軌壓只能達(dá)到12~20bar左右，造成啟動失敗，基本上可以把故障鎖定在共軌系統(tǒng)沖洗單向閥12（見圖1）。航浚6008輪某次補(bǔ)給時(shí)，主機(jī)換輕油完畢，再次備車啟動主機(jī)時(shí)，右主機(jī)無法建立軌壓，嘗試啟動5次均失敗。經(jīng)排查，主機(jī)供油單元壓力正常為12bar，高壓油泵節(jié)流閥已全開。主機(jī)由于背壓閥的存在，即使安全閥動作，軌壓也可以保持在800bar，故安全閥故障可排除。共軌系統(tǒng)也無明顯外漏。根據(jù)上述情況以及對整個(gè)共軌系統(tǒng)原理的了解，基本可以鎖定故障點(diǎn)在沖洗單向閥12止回功能失效，使整個(gè)共軌系統(tǒng)直接與12bar的供油管路相通，無法建立軌壓而啟動失敗。拆下該單向閥下部卡套接頭，發(fā)現(xiàn)共軌筒內(nèi)的油通過單向閥流下來，進(jìn)一步證明了該單向閥已失去止回作用，拆檢該單向閥，發(fā)現(xiàn)有油泥黏在里面，用柴油清洗、空氣吹凈，用空氣試驗(yàn)其止回功能正常，涂白油并按要求扭力裝復(fù)，再次試車，1200bar軌壓正常建立，主機(jī)正常啟動。2、共軌壓力不足如果出現(xiàn)啟動時(shí)主機(jī)正常轉(zhuǎn)動，但燃油共軌系統(tǒng)軌壓只能達(dá)到約80～300bar，造成啟動失敗，該現(xiàn)象基本可以判定是各高壓油泵節(jié)流閥（圖1件3）卡阻在較小或接近全關(guān)位置所致。該故障是由于節(jié)流閥雖然指令全開，但實(shí)際各高壓油泵節(jié)流閥卡在較小或全關(guān)的位置，造成進(jìn)入高壓油泵的油量不足，共軌壓力上不來，主機(jī)無法啟動。出現(xiàn)這種情況，一般需拆檢各節(jié)流閥，清潔、活絡(luò)各節(jié)流閥電磁閥頂桿和閥芯部分，裝復(fù)后，即可恢復(fù)正常。3、某缸排煙溫度與平均值偏差大報(bào)警出現(xiàn)這種情況常見原因主要是噴油控制電磁閥故障所致。當(dāng)某一缸排溫偏高造成排溫偏差大報(bào)警時(shí)，可比較各缸噴油時(shí)長，如果該缸噴油時(shí)長明顯小于其他各缸，則基本可以斷定該缸噴油控制電磁閥故障，一般是磨損造成通流面積變大所致，需換新噴油控制電磁閥；也有可能是閥芯卡在較大開度位置所致，需解體清潔活絡(luò)閥芯。如果噴油器出現(xiàn)問題，如彈簧斷裂、噴油嘴噴孔變大等也會出現(xiàn)排溫偏高的情況，但實(shí)際使用中，電噴柴油機(jī)該問題出現(xiàn)的概率不高；同理，當(dāng)某缸排溫偏低，而噴油時(shí)長明顯大于其他缸時(shí)，可能是噴油控制電磁閥堵塞或卡在較小開度位置，需解體清潔活絡(luò)閥芯，該問題出現(xiàn)的概率也不高。4、共軌系統(tǒng)凈油泄漏由于燃油共軌系統(tǒng)始終處于高壓狀態(tài)，發(fā)生泄漏故障時(shí)，危害大且難以直接觀察。因此，找到共軌系統(tǒng)泄漏的快速定位及排除辦法，至關(guān)重要。燃油共軌單元系統(tǒng)油壓通常維持在1000bar左右，由于燃油的高溫高壓特性，會產(chǎn)生泄漏。高壓燃油一旦出現(xiàn)泄漏故障，須及時(shí)定位排除，否則將有擊傷、火災(zāi)甚至爆炸危險(xiǎn)。凈油泄漏主要分為以下2種。（1）高壓油泵或油頭泄漏高壓油泵或油頭少量的泄漏是允許的，當(dāng)泄漏量過大時(shí)，會出現(xiàn)該報(bào)警，一般通過檢查高壓油泵或油頭來確認(rèn)，并換新故障的高壓油泵或油頭，當(dāng)然有時(shí)報(bào)警是因?yàn)閳?bào)警檢測盒內(nèi)部節(jié)流孔堵塞所致的誤報(bào)警，疏通即可。（2）共軌系統(tǒng)蓄壓器單元和高壓油管泄漏共軌系統(tǒng)蓄壓器單元和高壓油管的泄漏，首先會通過總的泄漏報(bào)警盒監(jiān)測發(fā)出報(bào)警，同時(shí)每個(gè)蓄壓器單元下部有一個(gè)泄漏監(jiān)測傳感器來鎖定具體是哪個(gè)蓄壓器單元泄漏。先確認(rèn)泄漏盒出口漏斗確實(shí)有油流出，以排除傳感器誤報(bào)警，然后，通過蓄壓器單元兩端的4個(gè)監(jiān)測螺絲上是否有油跡，來確定具體的泄漏位置（如圖2），具體步驟如下。圖2共軌系統(tǒng)蓄壓器單元示意圖1）拆下每個(gè)監(jiān)測螺絲檢查，如果是標(biāo)號為31的2個(gè)螺絲有油，說明是對應(yīng)一端的連接蓄壓器端蓋與噴油器的噴射油管相關(guān)接頭泄漏，如圖3所示。圖3接頭泄露位置示意圖（一）2）如果是標(biāo)號為32的2個(gè)螺絲有油跡，說明是對應(yīng)一端的連接蓄壓器端蓋與高壓油泵或相鄰蓄壓器的高壓油管有關(guān)接頭泄漏，包括沖洗單向閥和沖洗閥相關(guān)承受高壓的接頭，如圖4所示。圖4接頭泄露位置示意圖（二）3）如果4個(gè)監(jiān)測螺絲都沒有油跡，但確實(shí)存在泄漏，說明是蓄壓器本體與端蓋之間的密封、端蓋與噴油電磁閥之間的密封或噴油電磁閥和單向閥之間的密封存在泄漏，具體見下圖5的3個(gè)位置。圖5密封泄漏位置示意圖（三）通過上述方法確定具體的泄漏位置后，可先嘗試按規(guī)定扭力復(fù)緊接頭；如果沒有改善，再拆開檢查密封面；如果沒有發(fā)現(xiàn)明顯傷痕，可能是安裝有問題，可清潔密封面并涂專用白油，按說明書要求規(guī)范對中安裝；發(fā)現(xiàn)有明顯傷痕，則需更換高壓油管或有關(guān)零部件。三、燃油共軌系統(tǒng)管理建議（1）燃油共軌系統(tǒng)各節(jié)流閥、噴油控制電磁閥、高壓油泵柱塞偶件等部件比較精密，對油品質(zhì)量要求較高，船岸雙方需要從供油源頭、裝艙控制、凈化分離、精細(xì)過濾等各個(gè)環(huán)節(jié)保證油品質(zhì)量，避免燃油污染。（2）高壓共軌柴油機(jī)持續(xù)運(yùn)行時(shí)，使用重油或輕油均是可行的，但是輕重油頻繁切換，容易造成共軌系統(tǒng)被污染，導(dǎo)致柴油機(jī)啟動故障及零件的異常磨損，使用中盡量避免輕重油頻繁切換。（3）根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)，輕重油換油過程需保持40%左右負(fù)荷率相對穩(wěn)定，保持換油過程溫度、粘度平緩變化，防止變化過急造成各閥件卡阻或高壓油泵卡死；換油時(shí)間要充足，保證換油徹底。（4）停車后或備車時(shí)的盤車過程，都要保持供油單元正常運(yùn)行，以保證對共軌系統(tǒng)的沖洗，將油泥或結(jié)碳及時(shí)沖洗干凈帶回供油單元再次過濾，同時(shí)對高壓油泵柱塞偶件也起到潤滑作用。（5）定期對各高壓油管接頭進(jìn)行扭力復(fù)緊