8L48/60CR柴油机单缸排温异常故障原因及对策分析

袁彦伟，王振强

（中国卫星海上测控部，江苏无锡 214431）

0 引言

当前，测量船常年处于高负荷、长时间的工作状态，这对柴油机而言是极大的考验。文中测量船主机为MAN8L48/60CR电喷共轨柴油机，至今为止运行时间超过8 900 h。迄今为止，文中测量船主机单缸排温异常故障29次、主机节流阀故障2次、右主机推进控制手柄自动复零1次、右主机曲轴箱爆燃1次、左主机摇臂箱渗水1次、主机附属系统设备故障2次。单缸排温异常故障发生率高达82.9%，本文以电磁阀故障引起的主机单缸排温异常为案例，总结故障排查的过程，提出有效的对策措施，为提高岗位人员探究问题的能力、保障设备稳定运行夯实了基础。

1 燃油系统结构及原理

1.1 燃油系统的结构

燃油共轨系统主要由喷射管、蓄压器、止回阀、高压油管、喷油电磁阀、高压油泵和喷油器等组成，见图1。

图1 燃油系统图示意图

1.2 燃油系统的原理

如图2所示，外部的燃油供给泵从日用柜中将燃油吸出输送至高压油泵，高压油泵将经过节流阀的燃油加压输送至共轨存储单元中，并保持高压。预设需要喷射的燃油量然后通过设定喷油电磁阀组工作过程的开始时间、时长和结束时间来实现控制。电喷共轨柴油机对于传统柴油机最大的区别在于它通过节流阀和蓄压器实现油压的精确控制，使燃油喷射管压力大小与主机转速无关，消除了压力波动。

图2 共轨喷射系统原理图

2 故障统计、案例分析及处置

2.1 故障统计

自2016年10月起，左、右主机在出海执行任务期间先后发生29起主机排气温度异常故障，故障原时间和故障部位见表1。

表1 故障统计表

经过统计分析（见图3），由电磁阀故障引起单缸排温异常的概率高达到66%。所以本文对电磁阀故障引起的单缸排温异常案例进行分析。

图3 柴油机故障成因分布图

图3 柴油机故障成因分布图

2.2 故障案例及分析

2.2.1 故障案例

以第一次故障为例，2016年10月11日17时30分，船舶在海上正以85%的负荷航行，岗位人员突然发现左主机8号气缸排气温度直线下降。此时8号气缸实际排气温度显示为98 ℃～138 ℃，其它缸的排气溫度为380 ℃～400 ℃左右（见图4）。在后续观察中，8号缸出现短暂恢复发火后再次熄火的情况，反复3次。

2.2.2 分析定位

首先，组织技术骨干进行分析，喷射单元发出的8号缸喷射时间为3.1 ms，与其他缸相比并无明显异常，因此排除喷射单元模块的故障可能。其次，故障出现过短暂恢复发火后又熄火现象并且反复 3次。因此，怀疑此次故障由排温传感器接触不良或故障所致。对8号缸排温传感器进行检查、测量，拆检传感器接线盒内的接头是否松动，测量其电阻阻值是否正常，结果均正常，于是排除了传感器故障的可能。

接着对共轨单元管路系统做了进一步检查，对比其他各缸燃油喷射管脉动情况及爆发压力，发现左主机8号缸燃油喷射管的喷油脉动较弱，利用爆压表对气缸的爆发压力进行测量，结果显示8号气缸爆发压力为6.3 MPa，而其它气缸的爆发压力均在8 MPa左右。经与MAN公司技术人员远程技术诊断交流，在紧急停车后重新启动主机，发现故障现象依然存在，确认故障原因为气缸燃油喷射电磁阀组工作异常。

2.2.3 电磁阀组原理

首先分析电磁阀工作原理，见图 4。当电磁阀组不通电时（见图4（b）），弹璜张力使球阀关闭2/2阀室泄压通道，此时2/2阀室压力大于3/2阀室油压，推动阀芯向下运动，关闭2/2阀室至喷油器的注油通道，使喷射喷嘴关闭，气缸内喷油器不喷油。当电磁阀组得电时（见图4（c）），电磁阀线圈磁力克服弹璜张力将球体向上吸合，使2/2阀室泄压通道打开，油压向上流出形成泄压，活塞上方压力减小，造成3/2阀室油压大于2/2阀室油压，从而使柱塞向上移动，打开燃油喷射通道，使120 MPa～160 MPa的油压进入喷油器，喷射喷嘴针阀达到开启压力，喷嘴喷出油雾进入气缸与空气混合燃烧。当电磁阀失电时（见图4（d）），由于球阀失去电磁线圈的吸力，弹簧张力致使球阀关闭2/2阀室泄压通道，2/2阀室的上方越来越大的压力推动活塞向下移动，关闭注油通道，喷射喷嘴针阀关闭，而未喷射完的燃油压力在喷射后从回流管滴下来，离开阀组回至燃油泄漏报警箱，切断系统，喷射结束。

图4 波形参数的敏感性分析

2.3 解决故障

为了降低电磁阀组内部高压燃油外泄的风险，确保设备安全可靠性，电磁阀组外部采用整体结构，内部结构十分精密。因此，对于出现故障的电磁阀组，均采取更换备件的方法。需要准备扭矩扳手、润滑剂（含二硫化钼）、防护手套及清洁棉麻布等工具（见图5）。

图5 备件工具实物图

电磁阀组的拆卸步骤严格按照说明书进行，分别用20 N·m、50 N·m和90 N·m的力矩将六角螺栓拧紧。对8号气缸喷射电磁阀组拆卸装复后，对主机进行冲车、重启，设备恢复正常。

3 故障经验总结

3.1 故障总结

故障总结情况见表2。

表2 故障总结表

3.2 经验总结

首先，查看报警信息后，尽量掌握更多具体现象。例如排温变化速度与幅度、爆发压力、气缸声响、燃油喷射管脉动以及泄漏监测螺栓状态等。其次，当设备未能准确定位故障时，基于主机设备安全性，以是否会引发次生事故为首要原则进行喷油器检修，防止因喷油器油头吹落（见图 6）等原因引起大量燃油进入气缸，导致排烟温度过高，且大量燃油进入气缸会污染滑油，引起滑油变质。最后，如果通过具体现象无法定位，则结合先易后难原则，按照故障率从高到低的顺序进行排除（需注意不同运行时间阶段，各部件的故障率不同，须结合说明书和使用经验及时总结）。

图6 油头吹落的喷油器

3.3 如何做好单缸排温故障的预防工作

3.3.1 全程管控好燃油系统

电喷共轨柴油机对燃油的品质要求较高，尤其是电磁阀构造精密，细小的颗粒杂质都将引起卡滞或磨损，导致故障发生。因此，保持燃油状态良好至观重要，需要在后续工作中适时对主机燃油沉淀柜和日用柜进行清洁，出航之前彻底清洁燃油系统所有滤器，特别是大风浪航行时定时进行日用（沉淀）柜放残。温度对燃油的粘度有很大影响，根据说明书要求将燃油温度控制在45℃以下。

3.3.2 合理使用并做好维护保养工作

合理使用主机，尽可能避免在25%以下功率范围内（极低负荷）运行；定期盘车，冲车时观察示功阀、运行（尤其在加减负荷）时观察各缸排温变化，及时发现故障隐患，提前消除；按时维护保养，严格参照主机维护保养计划，高质量完成保养作业。

3.3.3 做好存档备份工作

目前阶段，岗位人员对主机单缸排温异常故障的主要处置建议及措施已形成《故障案例汇编》，为解决后续主机故障彻底的定性定量，及时做好故障数据、故障现象的存档备份工作提供依据。并在合适阶段对燃油、滑油进行取样以备分析，为后续的深入故障解决及预防提供第一手资料。

4 结论

自2016年以来，经过海上二十多次主机单缸排温异常的故障抢修经历，岗位人员积累了丰富的工作经验。针对单缸排温异常故障，已经形成一整套从故障分析到定位检修再到事后总结经验的完备流程。迄今为止，已经可以做到立足自身解决各种问题引起的主机单缸排温异常的故障，具有一定的应用价值。