东风8B机车柴油机喷黑油原因分析与控制处理措施

许东力

(南车洛阳机车有限公司 科技开发部,河南洛阳471002)

东风8B机车是国产大功率重载货运内燃机车,在运用过程中经常发生柴油机喷黑油现象,有关机务段、修理厂因处理此问题耗费了很大的精力,效果很不理想。

1 机车柴油机喷油现象及运用情况

机车长时间低速空载时,从增压器排气管向外喷出黑色的油污,量少时会在机车顶盖、车体表面有点状黑油,量多时会沿机车顶盖向下流出大量黑油。而机车加载状态下、低速空转时间短的情况下不会发生该现象。

对郑州、新乡、新丰镇机务段等东风8B机车数量较多的机务段实地调研,大多数机车都存在喷黑油情况。而与东风8B机车装用相同16V280ZJA柴油机的东风11机车则很少发生喷黑油现象;同为货运用途的东风4B机车基本没有喷黑油现象。

2 东风8B机车柴油机喷油原因分析

(1)喷燃油原因分析

①设计缺陷导致机车低速空载情况下燃烧不充分

从东风8B与东风4B机车及柴油机的结构特点与性能分析,东风8B机车装用16V280ZJA柴油机,最高转速1 000 r/min,最低转速 400 r/min,柴油机装车功率3 680 kW,气缸直径 280 mm,活塞行程285 mm;喷油泵小流量110～135 cm3/min(转速200 r/min时)。东风4B机车装用16V240ZJB柴油机,最高转速1 000 r/min,最低转速430 r/min,柴油机装车功率2 430 kW,气缸直径240 mm,活塞行程275 mm;喷油泵小流量平均值115 cm3/min(转速250 r/min时),若转速设定为200 r/min,喷油泵小流量平均值92 cm3/min。

东风8B机车柴油机相对东风4B机车柴油机进气不足;柴油机在机车最低转速空载运行时,增压器虽然转动,但是增压作用很小,进入气缸的空气主要是靠活塞向下死点运行时产生的真空度吸入,此时对240、280柴油机来说进气条件基本相同,由于280柴油机喷油泵小流量大而进气需求量大,相比较而言280柴油机显得进气不足,因此在低速空载情况下易发生燃烧不充分情况。东风8B机车柴油机最低转速400 r/min相对于东风4B机车柴油机的430 r/min偏低,一方面是考虑到280柴油机本身气缸直径大、若采用430 r/min会导致空载油耗率增加。

由于280柴油机最低转速偏低,导致废气能量偏小从而使增压器的增压压力不足,造成喷入气缸的燃油不能完全燃烧。240柴油机最低转速430 r/min,进入增压器的废气能量较大,增压器的增压效果较好从而各缸燃烧状态良好。280柴油机加载情况下增压器的增压效果明显、各缸燃烧充分,这也就是东风8B机车加载状态下不喷油的原因。虽然东风11机车也装用16V280ZJA柴油机,但是作为客运机车很少时间低速空载运行,不会反映出喷黑油现象。由于东风8B机车柴油机易发生燃油不能完全燃烧情况,因而会引发气缸套磨损、活塞环磨损导致的喷机油现象。

②零部件故障导致燃油不能完全燃烧

喷油器雾化不良、卡死、滴油等故障,会导致部分燃油不参与燃烧,随废气一同喷出。喷油泵柱塞裂、柱塞磨损、柱塞卡死、出油阀卡死等故障会导致喷油器雾化不良、二次喷射、隔次喷射等故障,从而引发燃油不能完全参与燃烧随废气喷出。

③柴油机组装调试不当引起燃烧不良

供油提前角偏小,会导致燃烧不良。喷油泵小流量误差大,会导致在低速空载工况下部分喷油器雾化不良。两侧供油拉杆行程不同步,会导致一侧喷油器雾化不良。压缩压力偏低,会导致燃烧不良情况。喷油器突出量过大或过小,会导致喷出的雾状燃油过多的接触气缸盖、气缸套、活塞顶等不能完全参与燃烧。柴油机台架试验调试不当,低工况爆发压力相差过大,使部分喷油器雾化不良或不雾化。高压油管、高压直管孔径过大或过小以及高压油管长短等都会影响喷油器雾化。

(2)喷机油原因分析

①气门杆与气门导管之间间隙过大,会导致在气门开关过程中机油进入燃烧室,不能燃烧的机油随废气喷出。②一些原因导致的气缸套磨损、活塞环磨损会使机油穿入燃烧室造成喷油。

3 控制措施与处理方法

从上述分析可以看出,东风8B机车柴油机喷油现象主要是由于其设计缺陷造成的,想要彻底消除需要对柴油机乃至整车进行改进,显然是不现实的;因此在机车检修过程中有针对性地提高柴油机燃烧性能会使喷油现象得到控制,还可以降低相关故障(气缸套拉伤、活塞环磨损)的发生率。通过对新丰镇机务段大修回段的东风8B机车观察发现,燃烧性能较好的机车喷出的黑油很少,而燃烧状态不良的机车喷出的黑油很多会给用户造成不良的影响。

3.1 控制喷燃油措施

(1)选用优质配件,保证喷油器雾化状态良好

①选用质量较好的喷油器针阀偶件,降低针阀烧死引起的雾化不良、滴油等故障。②对高压油管、高压直管,在装车前检查孔径是否通畅、大小是否符合图纸要求,高压油管长度是否符合图纸要求,对不符合图纸要求的不予装车,确保各气缸喷射规律正常、均衡。③选用质量较好的喷油泵柱塞偶件及出油阀偶件,降低喷油器雾化不良、2次喷射、隔次喷射等故障的发生率。

(2)保证柴油机组装调试质量

①保证各缸供油提前角为22±0.5°,前提是B值、K值测量准确,在柴油机台架试验时进行校核。

②保证喷油器对气缸盖底面的凸出量为5.3～5.8 mm,对气缸盖喷油器孔深度、喷油器安装长度进行检测,安装喷油器时选配;拔出喷油器或安装喷油器时应检查喷油器安装孔内是否有残存垫片。

③喷油泵进行流量分组,保证同台车小流量误差不大于8 cm3、大流量误差不大于 4 cm3。

④将各气缸压缩压力提高至要求范围的中上限。16V280ZJA柴油机的压缩压力规定范围是2.84～3.14 MPa,气缸余隙高度(压铅值)规定值为4.5～4.7 mm,可控制压铅值在4.5～4.6 mm,使压缩压力提高到3～3.14 MPa,能够提高各气缸的燃烧效率。

⑤调整好左右控制拉杆的行程使两侧形成一致。组装时检查左右拉杆行程,通过调整横拉杆的调节杆来保证,使左右侧拉杆的行程差不大于0.2齿条刻线。

⑥柴油机台架试验时调整各气缸低工况(最低转速空载)爆发压力不低于3 MPa,各气缸差值不大于0.1 MPa,确保各气缸在最低转速空载情况下燃烧均衡、降低喷油器雾化不良发生率。

⑦适当提高最低转速。东风8B机车柴油机最低空载转速为400±10 r/min,可以将其调整至405～410 r/min,提高柴油机最低转速下的燃烧性能。

3.2 控制喷机油措施

(1)保证气门导管与气门杆之间的间隙符合要求。气缸盖检修时,对气门导管进行尺寸检测、内孔状态检查(粗糙度状态),复查气门杆尺寸。

(2)安装气缸套前检查气缸套内孔粗糙度是否符合图纸要求、孔径尺寸及形位误差是否符合设计要求,装车后复查孔径尺寸及形位误差。

(3)活塞连杆组装前,检查活塞顶、活塞裙是否有高点、飞边毛刺,检查活塞环槽尺寸是否符合设计要求,活塞环安装时按照规定角度安装,检查活塞环与环槽之间的间隙是否符合设计要求。

(4)柴油机台架试验及装车试验过程中,尽量减少低速空载运行时间,降低因个别气缸燃烧不良而导致的气缸套拉伤、活塞环非正常磨损。

3.3 发生喷油现象后的处理方法

(1)判断喷油的气缸

长时间低速空载运行的柴油机喷油后,会在排气波纹管处集聚大量黑油,这些黑油会向外渗出,哪一气缸波纹管有黑油渗出则表明该气缸喷油。也可以拆下增压器废气进气弯管判断哪一气缸喷油。

(2)判断是喷机油还是喷燃油

柴油机最低转速空载状态下,将需要检测的喷油气缸的供油齿条退至停油位,打开示功阀,检查是否有油雾不断喷出,若油雾不断喷出而不能停止则应判断为喷机油,否则判断为喷燃油。

(3)处理程序

①喷燃油的处理程序,检查压缩压力—检查低工况爆发压力—复查气门间隙—检查高压油管与高压直管—校验喷油器—校验喷油泵—复查供油提前角。在复查过程中,发现的问题都应消除。

②喷机油处理方法,确认哪一气缸喷机油后,应将该气缸气缸盖吊下,检查气门导管与气门杆的间隙、盘车检查气缸套是否有磨损、拉伤情况。

4 结束语

自2009年5月0036、5282、5283机车发生柴油机喷油现象后,经过研究分析制定了上述控制处理措施,取得了明显的效果;从2009年7月开始至今,交车工序没有再发生东风8B机车柴油机喷油现象,机车出厂后也未有该类问题反馈。国外一些大功率内燃机车采取了间隔供油技术解决了柴油机喷油现象,今后可考虑对东风8B机车柴油机采用同类改进设计彻底消除该类故障。