6S35MC和6L32柴油機燃油噴射系統(tǒng)的對比

MANB&W和WARTSILA是世界船用柴油機的兩大著名品牌。在世界船用低速機市場，MANB&W品牌的占有率高達80％，WARTSILA品牌約占16％；在世界船用中速機市場，WARTSILA品牌的占有率約38％，MANB&W品牌約占27％。[1]其中，MANB&W的S-MC系列和WARTSILA的L系列柴油機分別是低速和中速機的典型代表，在船舶中得到了廣泛應用。有文獻介紹過兩種柴油機噴油泵和噴油器的結構特點，但一直少有文獻對兩大柴油品牌的燃油噴射系統(tǒng)進行綜合對比分析，尤其是各自的燃油凸輪與噴油泵的匹配問題值得探討。本文分別以MANB&W6S35MC和WARTSILA6L32柴油機為例，介紹兩種典型的柴油機燃油噴射系統(tǒng)的結構特點，并進行相應對比，希望能為輪機管理人員的日常操作和維護管理工作提供一些借鑒。一、燃油凸輪圖1、圖2分別為6S35MC和6L32柴油機的燃油凸輪輪廓圖。前者為雞心凸輪，其特點是基圓段很短，工作段占據(jù)了大部分圓周；后者為普通凸輪，其特點是工作段短且陡，基圓段占據(jù)了大部分圓周。由于燃油凸輪的作用，在柴油機的一個工作循環(huán)內，6S35MC柴油機噴油泵的柱塞將長時間處于上止點，6L32柴油機噴油泵的柱塞將長時間處于下止點。二、噴油泵1、6S35MC柴油機噴油泵圖3所示為6S35MC柴油機的噴油泵。其主要部件是柱塞－套筒偶件，以及安裝在油泵上端的停車閥（又稱空氣刺破閥）和吸油閥。在柴油機運轉過程中，控制空氣進口4處無氣源，停車閥和吸油閥處于關閉狀態(tài)，0.8MPa左右的燃油從進油口7經(jīng)通道A進入吸油閥閥腔B，克服其彈簧彈力后打開吸油閥，燃油進入泵腔C。隨著柱塞的上行，回油口9首先被封閉，泵腔內燃油被加壓，隨之使吸油閥落座，泵腔封閉，高壓燃油經(jīng)高壓油管5供應至噴油器。當柱塞下行時，回油口9首先開啟，燃油進入套筒外圍的回油腔D，并經(jīng)循環(huán)油口2進入燃油供給系統(tǒng)的回油管路，回流至混油桶。之后，隨著泵腔C內壓力的降低，吸油閥再次被進口處的燃油打開，燃油進入泵腔，為下一循環(huán)的泵油做準備。當有停車指令時，控制空氣經(jīng)進口4供至停車閥空氣活塞的上方，停車閥向下運動，吸油閥被強制打開，噴油泵因泵腔不再封閉而喪失泵油能力，從而實現(xiàn)柴油機的迅速停車。進口4接有兩路控制空氣，一路用于正常的停車，一路用于應急停車。6S35MC柴油機噴油泵的特點是：（1）泵腔頂部設置停車閥和吸油閥。當噴油泵打開回油口時，高壓油管中的壓力可迅速降低，使噴油器迅速關閉，避免了滴漏和重復噴射現(xiàn)象。[2]（2）回油時，由于無止回作用，會導致油泵進口處油壓的劇烈波動，需要在進油總管上裝設緩沖器。（3）為減少高壓油管中的燃油回流量，保證下一循環(huán)的充分供油，其噴油泵需要與雞心凸輪配合使用。即在一個循環(huán)內，柱塞在大部分時間內上止點，從而保持高壓油管中油壓較高且穩(wěn)定；柱塞下行過程很短暫，則回油口9和進油口7的開啟時間也很短，可以避免油壓的劇烈波動而影響進油并造成穴蝕。（4）由于設置有停車閥，停車迅速、可靠。（5）燃油從泵上端的吸油閥進入泵腔，從下部的循環(huán)油口流出，可以實現(xiàn)燃油的循環(huán)；在停車時，燃油還可經(jīng)高壓油管進入噴油器并形成循環(huán)，做到短時停車不用換油。2、6L32柴油機噴油泵圖4所示為6L32柴油機的噴油泵。其與6S35MC柴油機噴油泵的主要區(qū)別是泵上端設置的是等壓卸載出油閥。該噴油泵設有引噴出油閥2和主出油閥3。供油初期，少量的燃油經(jīng)引噴出油閥進入噴油器，而在主噴射階段，大量的燃油經(jīng)主出油閥進入噴油器。這樣既使燃燒初期工作柔和，又可以控制整個噴射和燃燒過程不至于太長。6L32柴油機噴油泵的特點是：（1）泵腔頂部設置出油閥，出油閥具有蓄壓、止回和卸載作用，使供油壓力逐漸累進，回油時防止燃油倒流、重復噴射和穴蝕的產(chǎn)生。（2）需要與普通凸輪配合使用。柱塞長時間位于下止點，泵腔內長時間處于低壓狀態(tài)。（3）由于設置有引噴出油閥，可有效地避免爆燃的發(fā)生。（4）柴油機的停車通過氣動停油機構來實現(xiàn)。每個高壓油泵的油門齒條連接到一個氣動活塞上，當有停止指令（包括正常停車和應急停車）時，氣動活塞動作，將油門齒條拉到零位。（5）泵腔上無循環(huán)油出口，燃油不能循環(huán)；在停車時，燃油無法到達噴油器，停車時一般需要換用柴油。三、高壓油管早期的高壓油管一般是單層的，一旦出現(xiàn)裂紋或密封不良問題，往往會導致高溫燃油流出，產(chǎn)生機艙著火的隱患。隨著社會的進步，航運界對船舶安全的要求越來越高。船舶建造規(guī)范規(guī)定：2002年7月1日之后建造的國際航行船舶，其高壓油管應有漏油防護及報警裝置。6S35MC柴油機的高壓油管較長，管外包覆著柔性保護套管。保護套管的下部開孔，通過泄油管連接到漏油檢測裝置。檢測裝置底部開有很小的泄放孔，并設有浮球式液位開關和溢流管。當有少量的泄漏發(fā)生時，燃油通過泄放孔流至泄放柜，不會導致液位開關動作；如果因高壓油管破裂或密封不良而導致燃油嚴重泄漏，泄放孔將不足以泄放大量的燃油，油位迅速升高，使液位開關動作，從而發(fā)出警報，提醒輪機員對漏油情況進行檢查。同時，泄漏的燃油經(jīng)溢流管流入燃油泄放柜。不同的是，6L32柴油機的高壓油管較短，管外包覆著鋼性保護套管，其漏油檢測裝置中裝設的是電容式液位開關。四、噴油器1、6S35MC柴油機噴油器圖5所示為6S35MC柴油機的噴油器。噴油器內有兩個閥，上部是止回閥，由止回閥體Ｄ、止回閥Ｅ、止推座Ｆ和壓力彈簧Ｇ組成。下部是噴油針閥，由針閥Ａ、針閥體Ｂ和調壓彈簧Ｃ組成。燃油由噴油器頂部進入。當柴油機不噴油時，燃油由電動輸油泵供給，如圖5（1）所示，此時由于燃油壓力較低，止回閥關閉，即其止回閥Ｅ封閉燃油下行通道，在止推座Ｆ的下部有一個旁通孔b開啟，燃油經(jīng)此旁通孔在噴油器體內循環(huán)后回到回油管路。在噴油期間，如圖5（2）所示，燃油由高壓噴油泵供給，油壓大于1MPa時，止回閥被油壓抬起Ｄ1，旁通孔b關閉，燃油向下進入下部針閥的油腔內。在燃油壓力達到啟閥壓力時，針閥Ｂ被油壓抬起Ｄ2，燃油噴入汽缸，見圖5（3）。6S35MC柴油機噴油器的特點是：（1）省去了單獨的冷卻系統(tǒng)，在備車期間燃油可對噴油器進行循環(huán)預熱，在運轉期間對噴油器冷卻并兼有驅氣作用。（2）針閥下部帶有一根與噴孔相匹配的滑動軸針，噴射時軸針在噴嘴中滑動，對噴嘴產(chǎn)生清潔作用，從而大大降低噴嘴積炭乃至堵塞的可能。也正是由于滑動軸針的存在，應盡量避免對此噴油器進行霧化試驗，因為霧化試驗一般采用黏度很低的柴油，會使軸針和噴嘴產(chǎn)生磨損。（3）噴油器啟閥壓力由彈簧的安裝預緊力和有關零件尺寸預先確定，使用中不能進行調節(jié)。如需調節(jié)則應解體噴油器并換用專用彈簧墊片。若噴油器故障，一般需要換新，舊件丟棄，或送廠家指定的修理廠進行修復。2、6L32柴油機噴油器圖6所示為6L32柴油機的噴油器。這種類型的噴油器結構相對簡單。當噴油泵開始供油時，高壓燃油經(jīng)進油口4、進油通道A進入針閥9周圍的環(huán)形槽內。隨著燃油壓力的升高，當作用在針閥錐面上的壓力足夠克服彈簧5的彈力時，針閥上升打開噴嘴，燃油噴入汽缸。6L32柴油機噴油器的特點是：（1）無循環(huán)油通道，在停車時，燃油不能經(jīng)高壓油管進入噴油器。（2）噴油器本體3內鉆有冷卻水通道B，實現(xiàn)淡水冷卻。淡水冷卻效果足夠好，所以不需要像6S35MC柴油機的噴油器那樣設置滑動軸針對噴嘴進行清潔。（3）噴油器的啟閥壓力可經(jīng)調節(jié)螺釘1進行調節(jié)，在船上可方便地通過啟閥壓力試驗進行調整，并可實施霧化試驗。五、兩種柴油機燃油噴射系統(tǒng)的對比根