1、大連海事大學畢 業 論 文二 O 一 二 年 六 月“育鯤”輪主機燃油噴射系統的工作原理和故障分析專業班級： 輪機管理14姓 名：孫 潤 哲指導教師：輪機工程學院內容摘要摘要：“育鯤”輪上主機燃油噴射系統為MAN B&W 6S35MC型高壓油泵及非冷卻多孔式噴油器，在運轉的過程中高壓油泵出現供油量減少，噴油器啟發壓力低導致的噴油量增多故障，結合這些故障，介紹了燃油噴射系統結構和工作原理，進一步分析了噴射系統的故障原因，并根據理論分析和實際操作最終消除了故障,最后提出科學管理的建議和改進措施.關鍵詞：燃油噴射系統 高壓油泵 噴油器 故障分析 ABSRACT：The fuel oil inject

2、ion system of M/E Yukun is equipped with MAN B&W 6S35MC jerk pump and no cooling orifice nozzle injector. During operations, the fuel oil supplied by jerk pump sometimes is reduced and the fuel injector valve often has a lower open pressure , which leads to malfunctions of an increased fuel oil inje

3、ction . Combined with these malfunctions , the essay introduced the construction and working theory of the fuel injection system . Then I analyzed the reasons that caused the problems and how to solve them according to the theory analysis and practical operation .Finally I put forward some suggestio

4、ns about scientific management and some improvement measures .Keywords ：the fuel oil injection system jerk pump fuel injector malfunction analysis目 錄1燃油噴射系統的故障現象12燃油噴射系統1 2.1柱塞式燃油噴射系統22.1.1噴油泵52.1.2噴油器62.2 “育鯤”輪主機燃油噴射系統62.2.1 主機噴油泵62.2.2 主機噴油器73 故障排除73.1故障分析73.2故障排除73.3故障原因83.4管理建議84總結1“育鯤”輪燃油噴射系統的故

5、障分析及電噴技術的淺析前言 柴油機是在氣缸內部形成混合氣，即在活塞接近上止點時，燃油噴射系統將燃油在極短的時間內以高壓噴入氣缸，噴入氣缸內的燃油變成霧狀，實現燃油與空氣的混合和燃燒。因此，無論是在制造與調整精度，還是在與整機的匹配方面對燃油噴射系統的要求都十分嚴格。而且能保證柴油機在動力性、經濟性、排放與噪聲等方面達到優良的性能，并且能產生足夠高的噴油壓力，以保證燃料良好的霧化混合和燃燒，使燃油油束與柴油機燃燒室和氣流運動相匹配，保證油氣混合均勻；能較精確控制每循環噴入氣缸的燃油量，且噴油量能隨工況變化而自動變化；能保證噴油正時，在柴油機運轉工況范圍內，盡可能保持最佳的起始噴油時刻、噴油持續時

6、間和噴油規律，以保證良好的燃燒并取得優良的綜合性能。 對燃油噴射系統的管理，是輪機管理中的重要環節，但往往由于對高壓油泵日常維修保養不到位或燃油使用不當等原因，在船舶燃油噴射系統工作中，噴射系統常出現各種故障，例如，噴油量不正常，噴油正時不對等故障，如果不及時排除，就會影響主機的工作性能。1燃油噴射系統的故障現象 “育鯤”輪上燃油噴射系統為MAN B&W 6S35MC型高壓油泵及非冷卻多孔式噴油器。2月19號，我們打算從海南洋浦港啟程前往錨地。但是當我們備車完畢，大管輪啟動主機后，忽然發現5號缸的排煙溫度異常低，大管初步判斷是噴油量不足，于是馬上派人將5號缸的油門拉桿往里推,以圖增加其噴油量，

7、但一開始時有卡阻現象，隨后發現其排煙溫度上升，但是松開拉桿主機繼續加負荷后發現溫度還是低,這時候2號缸高壓油泵又突然出現異常的敲擊聲，并且二號缸的排溫低，大管輪這時將2號缸的示功閥打開，發現從示功閥內有火星冒出，就這樣大管反復開關了幾次示功閥后，逐漸發現2號缸的敲擊聲消失，但排溫還是低，同時還發現1號缸的排煙溫度在低負荷時高。2燃油噴射系統的結構及工作原理2.1柱塞泵式噴射系統現代柴油機廣泛采用柱塞泵式噴射系統，如圖1所示。這種噴射系統基本組成是高壓噴油泵、噴油器及高壓油管，稱之為泵管嘴系統。柴油機工作時，柱塞3由噴油泵凸輪1（又稱燃油凸輪）經滾輪2驅動。凸輪1固定在凸輪軸上，凸輪軸的轉動是由

8、曲軸通過凸輪軸傳動機構 (圖上未示出)帶動的。凸輪按一定時刻頂動滾輪，從而保證了噴射定時要求。柱塞3上行其上端面封閉孔A時，泵腔中的燃油受到壓縮；當油壓升高到克服彈簧5的彈力和高壓油管中的殘余壓力時，出油閥4開啟，壓力油泵入出油閥空間B，此為供油始點，即所謂噴油正時。高壓燃油沿高壓油管6傳遞至噴油器8端空間C，當其油壓大于噴油器彈簧7的預緊力時針閥向上跳起，高壓燃油經噴孔10噴人氣缸。當柱塞3下部的斜槽邊緣開啟油孔A時，泵腔高壓燃經斜槽回油至進油空間，出油閥相繼落座，此為供油終點。此后當空間C的油壓低于彈簧7預緊力時，針閥落圖1典型的柱塞泵式噴射系統簡圖1-凸輪；2-滾輪；3-柱塞；4-出油閥

9、；5-出油閥彈簧；6-高壓油管；7-噴油器彈簧；8-噴油器；9-針閥；10-噴油孔座，噴油結束。柱塞下行時泵腔內為充油過程。2.1.1噴油泵船舶柴油機使用的噴射系統大多屬于柱塞泵式直接噴射系統。其主要組成部件是噴油泵與噴油器。噴油泵為柱塞泵，它是噴射系統的核心部件。它的作用除了產生噴射高壓外，還有對供油量的定時與定量。其定時供油由凸輪軸上的凸輪安裝位置控制，凸輪軸與柴油機曲軸的傳動相位確定了整機各噴油泵的供油定時；噴油泵的定量供油取決于柱塞上行時有效供油行程的大小。此有效行程的大小可在柱塞的上行行程中借助于調節機構使一部分燃油回油，流回低壓空間加以調節。柱塞式噴油泵的基本組成部分有柱塞與套筒（

10、稱柱塞偶件）、凸輪與滾輪、進油閥和出油閥以及調節機構等。根據調節機構的特點可分為回油孔調節式與回油閥調節式兩種噴油泵。“育鯤”輪主副機油泵均采是回油孔調節式，本文只介紹回油孔調節式噴油泵。（1）工作原理回油孔調節式噴油泵柱塞與套筒組成一對偶件。柱塞在套筒內由凸輪頂動上下往復運動。當柱塞位于凸輪基圓時位置最低，此時套筒上部進（回）油孔開啟，燃油進入泵腔，見圖2（a）。柱塞由凸輪頂動上行，在柱塞頂端未關閉回油孔時，泵腔內燃油經回油孔流回進油空間直到柱塞上部端面剛好關閉回油孔時，泵腔燃油開始受壓縮，此即為幾何供油始點，如圖2（b）所示。柱塞繼續上行，當柱塞頭部的斜槽打開回油孔時，柱塞上方的高壓燃油經

11、柱塞頭部的直槽和環形槽與回油孔相通而流回進油空間，此即為幾何供油終點，如圖2（c）所示。從供油始點到供油終點柱塞上行的供油行程稱為柱塞的有效行程。此后柱塞繼續上行至最高位置，燃油一直流回進油空間。柱塞下行時泵腔經回油孔充油。圖2 柱塞泵工作原理圖（2）循環供油量調節原理圖3為循環供油量調節過程的原理圖。當供油量調節機構的調節齒桿拉動柱塞轉動時，柱塞上的螺旋槽與柱塞套油孔之間的相對位置發生變化，從而改變了柱塞的有效行程。當柱塞上的直槽對正柱塞套油孔時，柱塞有效行程為零，這時噴油泵不供油，見圖3（a）。按照圖中箭頭所指示的方向拉動調節齒桿6，則調節齒圈11按箭頭方向轉動，柱塞有效行程增加，噴油泵循

12、環供油量增多見圖3（b、c ）。如果朝相反方向拉動調節齒桿，則柱塞有效行程減小，循環供油量減少。圖3 循環供油量的調節1-柱塞套；2-柱塞；3、5-柱塞套油孔；4-柱塞腔；6-調節齒桿；7-直槽；8-螺旋槽；9-循環供油量容積；10-控制套筒；11-調節齒圈；12-調節齒圈緊固螺釘2.1.2噴油器噴油器的結構和參數決定著噴霧的質量。噴霧油束要與燃燒室形狀匹配以利于形成可燃混合氣。噴油器頭部與高溫燃氣接觸，工作條件極為苛刻。對噴油器的要求主要有：保證良好的霧化質量和合理的油束形狀；噴油開始和結束應利落、無滴漏和二次噴射等異常噴射現象。噴油器中的主要部件是針閥偶件，它由針閥和針閥體組成。針閥由彈簧

13、預緊。當作用在噴油器針閥承壓錐面上的油壓超過噴油器彈簧預緊力時，針閥開啟，高壓燃油從噴孔中噴入氣缸霧化，此燃油壓力稱啟閥壓力。當作用在噴油器針閥承壓錐面上的油壓低于啟閥壓力時，針閥關閉。噴油器針閥密封座面以下的容積稱之為壓力室容積。噴油結束時，針閥座關閉，但壓力室中存有燃油，且此部分燃油靠高溫蒸發在無噴射狀態下進入燃燒室內燃燒，燃燒不完全，使經濟性、排放指針惡化。因此，壓力室容積應盡量小。圖4 針閥結構示意圖a）單孔式 b）多孔式 c）軸針式針閥結構如圖4所示。圖4（a）為單孔式噴油器針閥，圖4（c）為單孔軸針式噴油器針閥。單孔式噴油器因霧化質量較差，油束分布不均，一般只用于對噴射質量要求不高

14、的渦流室式和分隔式燃燒室中。圖4（b）為多孔式噴油器針閥，所有開式燃燒室柴油機均采用多孔噴油器。對于強化程度較高的中、低速柴油機，大多使用冷卻式噴油嘴。這種噴油嘴在針閥體內部布置有冷卻液信道用以冷卻，這種冷卻方式稱為內部冷卻。冷卻液通常采用淡水或燃油。淡水導熱系數大，冷卻效果好。用燃油冷卻無需專門密封，系統較為簡單。目前，新型大中型柴油機普遍采用燃油冷卻。2.2育鯤輪主機燃油噴射系統MAN B&W6S35型柴油機燃油噴射系統如圖5所示 圖5 6S35型柴油機燃油噴射系統圖每個氣缸安裝一個高壓油泵、兩個噴油器。高壓油泵從燃油進口管吸入燃油，通過高壓油管向兩個噴油器同時供油，噴油器向氣缸噴入燃油，

15、供主機燃燒。油泵和噴油器均帶有回油管路，回油管均匯總到燃油出口管，出口管連接到燃油單元混油桶。當單缸不工作或主機停止時，來自主機燃油單元的高壓燃油流經油泵、噴油器，通過回油管回到燃油單元，能夠實現燃油的不停流動循環。這樣，當船舶進出港或停泊時，主機都不用換用輕油。燃油進口管及出口管之間，安裝背壓閥。通過調整背壓閥的設定值，使燃油進口壓力為7-8bar。進口管末端，裝有減震器，起到維持進機燃油壓力穩定的作用。高壓油泵頭部有放殘通道，如雙層高壓油管內部管壁破損漏油，燃油會通過放殘管路流經主機漏油報警裝置，進入燃油放殘柜。2.2.1主機高壓油泵圖6為MAN B&W 6S35MC型柴油機的高壓油泵，其

16、組成包括油泵本體、上蓋、柱塞、套筒、吸油閥和泄壓閥等。主機每個氣缸安裝一個油泵。油泵本體由螺栓緊固在凸輪軸箱上部，油泵上蓋和油泵本體由螺栓緊固在一起。上蓋上部安裝有吸油閥、泄壓閥和高壓油管，下部和油泵套筒緊固在一起。這樣，吸油閥、上蓋、套筒和柱塞上平面形成燃油密封空間。油泵底角插在滾輪導套內，凸輪軸箱內的凸輪驅動滾輪導套，滾輪導套帶動柱塞上下運動。套筒底部安裝調節齒圈，齒圈與油門齒條嚙合。油泵不工作時，來自油泵燃油進口管8bar壓力的燃油克服吸油閥彈簧的壓力，將吸油閥打開，進入油泵燃油空間。一部分燃油進入高壓油管和噴油器，然后進入噴油器燃油回油管；一部分燃油通過套筒上的回油孔進入噴油泵回油管，

17、這樣燃油可以在油泵和噴油器內循環。在使用和停車狀態下，燃油都可以在油泵和噴油器內循環，柴油機停車和機動航行時都不需換油油泵工作時，柱塞在凸輪作用下向上運動，關閉套筒上回油孔，燃油被柱塞壓縮產生高壓，吸油閥在油壓作用下關閉，燃油進入噴油器噴入氣缸霧化燃燒。當拉動油門齒條時，齒圈轉動帶動柱塞轉動，改變柱塞斜槽和套筒回油孔相對位置，改變噴油量。油泵上蓋的泄壓閥作用是將燃油泄壓。泄壓閥上部通入壓縮空氣管，當主機應急停車或停車時，空氣管內通入壓縮空氣，泄壓閥將吸入閥頂開，從而使油泵柱塞無法壓縮燃油，主機停車。 圖6 6S35MC型柴油機噴油泵2.2.2主機噴油器圖7所示是MAN/B&W6S35MC型柴油

18、機使用的一種非冷卻多孔式噴油器。這種噴油器的特點是可以使燃油系統中的燃油經噴油泵進入噴油器本體內循環冷卻，最后排至混油柜。當該缸噴射期間，高壓的燃油首先使燃油循環回路中斷，然后高壓燃油進入針閥的油腔內，待達到啟閥壓力時針閥開啟進行噴油。供油結束，油壓降低，針閥落座。當油壓降低至某規定值，上述燃油循環回路重新接通，噴油器本體的燃油循環重新恢復。這種結構不但省略了單獨的冷卻系統，而且這種燃油循環在柴油機備車期間可對噴油器進行預熱,在運轉期間對噴油器冷卻并兼有驅氣作用。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，由由針閥體A、針閥B組成。針閥B壓

19、力彈簧C壓緊在針閥體A上，針閥下端長切斷桿插入噴嘴H中。燃油由噴油器頂部進入。當柴油機不噴射時，燃油由輸油泵供給，如圖7（1）所示，此時由于燃油壓力較低，止回閥關閉，即其止回閥E封閉燃油下行信道，在止回閥上部有一個旁通孔開啟，燃油經此旁通孔在噴油器體內循環后排出。在噴油期間, 如圖7（2），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，燃油通過噴嘴噴入氣缸，見圖7（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。如需調節則應解體噴油器并加減調壓彈簧與針閥

20、凸肩間的專用彈簧墊片。圖2-27 MAN B&W MC型柴油機噴油器工作排原理圖A-針閥;B-針閥體;C-調壓彈簧;D-止回閥體;E-止回閥;F-止推座;G-壓力彈簧;H-噴嘴3故障排除3.1故障分析2號缸和5號缸故障現象分析可知其主要原因應是其供油量減少導致燃燒負荷降低并且排煙溫度降低導致的，經簡略分析供油量減少的原因有以下幾方面：（1）高壓油泵的滾輪和凸輪磨損嚴重，導致其凸輪的工作段變化，柱塞的有效工作段減少從而導致噴油量減少。（2）高壓油泵柱塞和套筒磨損嚴重，導致其燃油從兩者的配合面泄露，噴油壓力下降，進而導致供油量減少，或是柱塞在套筒內有卡阻現象的存在導致柱塞的有效行程減少，進而使供油

21、量減少。(3)高壓油泵的齒條的鎖緊片松動導致齒條的位置發生變化,進而柱塞與套筒的相對位置發生變化，壓縮終點經回油孔泄掉的燃油增多，進而導致供油量減少。(4)高壓油泵的進油閥卡死或磨損導致閉合不嚴，在柱塞上行壓縮燃油時，燃油經吸油閥泄走，導致燃油不能進行有效壓縮，進而導致噴油壓力下降，供油量減少。（5）高壓油管漏油從而經噴油器進入氣缸的燃油量減少。(6)噴油器針閥咬死，針閥不能及時啟閉或不能啟閉，導致燃油從旁通閥循環后流走，導致供油量減少。1號缸在低負荷時排煙溫度明顯高，分析可知其主要原因應是其噴油量明顯比其它缸多造成的，經簡略分析其可能原因有以下幾個原因：（1）高壓油泵的齒條的鎖緊片松動導致齒

22、條的位置發生變化,進而柱塞與套筒的相對位置發生變化, 壓縮終點經回油孔泄掉的燃油減少，導致其噴油量明顯增加。（2）噴油器的調壓墊片磨損或穴蝕，進而導致其啟閥壓力明顯降低，噴油量增多。（3）噴油器的調壓彈簧剛度下降或斷裂，導致的啟閥壓力降低，噴油量增多。（4）噴油器的針閥在開啟位卡死，導致燃油不用頂開針閥即可進入氣缸，從而使噴油量增多。（5）噴油器針閥柱面或密封錐面磨損導致的噴油壓力降低，霧化不良，燃油滴漏，進而導致的低負荷排溫的升高。(6)噴油器噴孔部分堵塞導致噴油泵供油結束噴油器針閥落座后又第二次開啟形成二次噴射，從而使噴油持續期延長，后燃嚴重，排溫升高。3.2故障排除根據故障原因的分析，我

23、們便開始了故障的排查,首先分析2號缸和5號缸：(1)檢查高壓油管，外部無漏泄口，且主機艙底部的測量高壓油管內部漏油的主機漏油報警裝置未報警，故可以排除高壓油管的故障。可附圖。（2）高壓油泵的滾輪與凸輪機構工作可靠,一般不會出現大的磨損，且打開凸輪軸道門后檢查發現凸輪與滾輪未發現異常磨損。（3）高壓油泵齒條在上次拆解高壓油泵安裝調試后使用中并未出現異常，且檢查齒條發現鎖緊片未發生松動且刻度無異常,所以故障原因不可能是齒條。（3）拆解高壓油頭，做啟閥壓力實驗如圖 ,發現壓力值在正常范圍內（370-390bar）故可排除是噴油器的故障。(4)最終我們認定應該是高壓油泵的原因，按照拆裝說明書拆解高壓油

24、泵，經我們查驗發現2號缸和5號缸的高壓油泵內大量結碳，且發現5號缸的吸油閥如圖由于大量結碳卡死在開啟位，進而分析得出5號缸高壓油泵柱塞在上行時，不能有效壓縮燃油導致燃油經吸油閥泄走，使噴入5缸的燃油量降低，排煙溫度降低。另外由于柱塞套筒大量結碳，導致了一開始油門齒條的卡阻現象。2號缸的高壓油泵的發現其柱塞磨損嚴重，附圖其表面有嚴重的拉傷現象，經大管輪鑒定，2號缸的柱塞和套筒報廢。并且由此可推斷2號缸的排煙溫度低的原因是柱塞和套筒的磨損嚴重導致的漏泄量增多，另外由于柱塞套筒大量的結碳導致柱塞與套筒有卡阻，使柱塞不能及時下落，從而導致滾輪導套與凸輪的撞擊(這也就解釋了為何2缸高壓油泵一開始有敲擊聲

25、),而且柱塞的有效行程減少從而使噴入氣缸的燃油量減少。然后分析1號缸：1, 高壓油泵齒條在上次拆解高壓油泵安裝調試后使用中并未出現異常，且檢查齒條鎖緊片未松動且刻度沒有異常,所以故障原因不可能是齒條.2、噴油器的原因。將1號缸的兩噴油器拆下，進行啟閥壓力的檢查，檢查時接上實驗的噴油器，先排除空氣，然后觀察開始噴油的壓力結果發現1號缸右側噴油器的啟閥壓力遠低于標準值。然后按照拆解說明書拆解了該噴油器，結果發現，其中的調壓彈簧（207）斷裂，附圖，導致啟發壓力降低，燃油噴射持續角增大，導致噴油量的增多及低負荷時排溫的升高。最終在錨地我們將5號缸拆解后清潔干凈，2號缸高壓油泵柱塞套筒換新，1號缸的噴

26、油器換新（拆下油頭換彈簧后檢查啟閥壓力正常），最終在我們從錨地駛回大連時，過程中運轉正常,上述故障得到排除。3.3故障原因這次故障解決后，大管輪等人分析這次故障的原因是因為加裝的燃油的油質不良的原因回到大連后將燃油樣本化驗分析可得：附圖由此可見燃油中固體雜質的含量為 遠遠超出正常的值范圍 這也就不難解釋這次故障的原因了，柱塞與套筒本是一對精密偶件。此偶件不能互換，如需更換應成對換新。柱塞應在套筒中自由往復運動并在高壓下保持良好的密封性，但允許有微量的漏油以潤滑其配合面。在工作中柱塞偶件收到燃油的腐蝕作用及燃油中所含雜質的擦傷。所以要求制造柱塞偶件的材料硬度高，耐磨、耐腐蝕，加工尺寸穩定性高。這

27、些要求通過正確選用材料（鎳鋼，鎳鉻鋼）、進行熱處理（如淬火，表面氮化、表面滲碳等）以及精密的加工工藝（配合間隙可達到0.0020.003mm，表面粗糙度）等來保證。然而當燃油中含有過量的催化劑殘留物，鋁、硅化合物（ SiO2等）及Ca3(PO4)2組成的堅硬固體，以及瀝青質等機械雜質時，當這些雜質進入偶件配合面試，容易造成偶件拉毛和磨損，過度磨損使偶件密封性下降，造成偶件漏油，噴油壓力下降，霧化不良，以致各缸供油不均，轉速不穩等。此外燃油中含有大量的雜質導致油泵內大量結碳，從而導致了進油閥的卡阻閉合不嚴，以及柱塞在套筒中的卡阻。噴油器彈簧的斷裂也是由于其在噴油器中的積碳卡阻失去彈性導致斷裂。3.4管理建議(1)在拆解噴油系統的時候，首先要熟悉說明書中的操作要求，當遇到很難拆解的部件時，不能依靠增大力量來達到目的，往往會造成損害設備的后果。拆下的部件依次擺放好，以便安裝。（2）對于易損件要加強監視，尤其是密封圈及精密偶件配合面，噴油系統內部的壓力很高，因此密封性十分重要。同時密封圈在