ALPHA 电子注油器ACC 注油原理分析

李明武

（大连港轮驳公司，辽宁大连 116001）

0 引言

MAN 公司自2002 年推出ALPHA 电子注油器后，在传统的MC 型柴油机及电控ME 机上取得了广泛的应用。比较机械注油器，ALPHA 注油器能够精准控制注油定时，同时采用ACC（Adaptive Cylinder oil Control，自适应气缸油控制）气缸油控制原理，提升了柴油机经济性和可靠性。MAN 公司推出ALPHA 注油器后，在说明书和服务信函中仅提供了注油率的指导值，但并没有给出ACC 注油原理的实验开发过程。由于部分轮机管理人员对ACC 注油原理不理解，主观上仍不敢于降低注油率，导致主机异常磨损甚至发生严重拉缸事故。本文在总结MAN 公司服务信函及培训资料基础上，阐述气缸油的作用和气缸油膜的形成条件，分析ACC 注油原理，并给出ALPHA 注油器气缸注油率调节注意事项，希望能够对管理ALPHA 注油器有所裨益。

1 二冲程柴油机气缸润滑作用

1.1 气缸润滑作用

十字头式柴油机的活塞和缸套需要有专用的气缸注油系统进行润滑。缸套的圆周均匀地开有数量不一的注油孔，其内表面相应的位置设有波浪形的布油槽。注油接头安装在注油孔内，当活塞向上运动，活塞环经过注油孔时，气缸油泵通过注油接头注入气缸油。气缸润滑的作用有：

（1）在活塞环和缸套之间建立一层动力油膜，润滑和密封活塞环和缸套配合面。

（2）清洁活塞环和环槽间的燃烧沉积物，避免活塞环粘着，保证活塞环的正常工作；同时保持污染物成分散状态，能够从扫气箱放残至机外。

（3）中和燃烧形成的硫酸，控制低温腐蚀。

1.2 气缸油膜

活塞和缸套之间形成完整的气缸油膜，对于气缸的工作状态至关重要。影响气缸油膜的影响因素有：①准确的气缸注油定时；②气缸油的类型和总碱值要和燃用的燃油相匹配；③新缸套和活塞环必须进行良好的磨合；④气缸油注油率要符合柴油机厂家的推荐值，并且要根据扫气口检查的气缸实际情况进行调节；⑤气缸油注油率在特殊情况时要增加。

2 ACC 注油原理

MAN 公司对气缸磨损和气缸注油率之间的关系做了大量的实验研究[1]，发现实际的注油率应与燃烧的燃油量和燃油含硫量正比。对于气缸润滑的三大作用，只要不低于最低注油率0.6 g/（kW·h），气缸注油就能满足前两个功能，即形成完整的气缸油膜和有良好的清洁作用。因此，气缸油的注油率取决于第三个功能—中和硫酸控制低温腐蚀，实际注油率与所燃烧燃油的硫总量成正比，即与燃烧的燃油量和燃油含硫量正比。

2.1 气缸油膜与注油率的关系

为研究注油率对气缸油膜的影响，MAN 公司在实验机缸套上不同位置安装了传感器测量油膜厚度[2]。在控制实验变量方面，对比电子注油器和机械注油器，黏度等级SAE40 和SAE60 的气缸油注油率为0.4～1.5 g/（kW·h）。实验的油膜厚度数据对比见图1：在缸套的低负荷区域油膜厚度随注油率变化较大，而在缸套的高负荷区域，注油率从2 g/（kW·h）降到0.6 g/（kW·h）时油膜厚度维持在安全和相当稳定的1 μm 左右。这就是说，注油率在0.6 g/（kW·h）时能够建立最优的油膜厚度，无需提高注油率。

图1 注油率和不同负荷区域的油膜厚度关系

2.2 气缸油清洁作用和注油率的关系

气缸油的清洁作用取决于其添加的清净分散剂，由于清净分散剂通常成呈碱性，碱值越高的气缸油也意味着清洁性更好。MAN 公司在实船上对主机进行了实验，扫气口检查表明，采用MAN 公司认可的从BN40 到BN70 的气缸油，注油率在0.6 g/（kW·h）及以上时能够保证良好的气缸燃烧室部件的清洁性和扫气箱污染物的正常放残。

2.3 ACC 注油原理

基于以上的实验室和实船研究，气缸注油率只要不低于最低注油率0.6 g/（kW·h），气缸油就能够形成足够完整的油膜和提供合适的清洁作用。正是由于采用电子控制，ALPHA 电子注油器能够很容易地在人机控制面板上设定注油率、实现ACC 注油模式。不同于传统的机械注油器，柴油机磨合后注油率通常保持不变，采用ACC 注油模式的电子注油器，其注油率是随所燃用燃油的含硫量变化的，从而极好地控制了气缸的低温腐蚀。部分负荷的注油量由于和负荷成正比，不存在部分负荷时机械注油器过度润滑的现象，不仅大大节省气缸油的消耗，同时也能保障气缸的良好状态。

3 ALPHA 电子注油器注油率的调节

采用ALPHA 电子注油器的主机降低了气缸注油率和获得了更好的气缸状态，但也对气缸注油率的调节提出了更高的要求，即要严格避免过度润滑和严格根据气缸状态调节注油率。

3.1 过度润滑的危害

二冲程柴油机气缸油的注油率应当适宜：注油率太小，相同工况下注油量少，会加剧活塞环与缸套磨损；注油率太大，不但浪费，而且会在燃烧室形成过多沉积物和加剧活塞和缸套的磨损。采用ALPHA 电子注油器的主机过度润滑，更容易发生机械抛光和化学抛光。这些主机多数情况下为MAN 公司2000 年后推出的“Oros”燃烧室设计主机，其主要特征是活塞采用高顶岸设计，降低了缸套和缸盖的配合面，从而有效降低缸套的燃气压力和温度、大大减少硫酸的形成。由于燃烧室形成的硫酸减少，又采用了注油更为精准的电子注油器，注油率从1.7 g/（kW·h）下降至0.6 g/（kW·h）。同时，由于燃烧室硫酸数量的降低以及活塞的高顶岸设计，过度润滑会在活塞顶岸产生更多的碳酸钙积垢，更易发生机械抛光和化学抛光现象。

3.2 严格根据气缸状态调节注油率

采用ALPHA 电子注油器的主机应按照厂家推荐逐渐降低气缸注油率，图2 为60 以下小缸径主机（Mk6 及以上）的注油率调节曲线[3]。在实际操作中，应严格结合扫气口检查，逐步降低注油率，避免过度润滑，以获得最优的气缸状态。需要注意的是，不可盲目、机械地照搬厂家推荐程序，尤其是要注意必须在扫气口检查的基础上决定是否降低注油因子。

图2 ALPHA ACC 电子注油器注油率调节曲线

厂家给出的注油率调节曲线是基于经验，无论注油率大小还是运行时间都不是绝对值。从ALPHA 电子注油器服务信函也可以看出这一点：最初推出时间为2002 年，当时没有采用ACC 注油原理，仍推荐更低的固定注油率，以及部分负荷的注油量与平均有效压力成正比；后期随着电子注油器使用经验的增加，厂家注油因子从0.34 g/（kW·h）降至0.26～0.34 g/（kW·h）；2007 年，推荐0.26 g/（kW·h）为最优注油因子，比以前的推荐范围能够降低气缸磨损率；2009 年，对60-98 的大缸径机推荐注油因子0.2 g/（kW·h）。

采用ALPHA 电子注油器的主机标准设计为“Oros”燃烧室，除了高顶岸之外，活塞环为CPR（Controlled Pressure Relived，控制泄压）多镀层设计。表面镀层为铝磨合层，内部为陶瓷耐磨镀层。在磨合期调节注油率时必须严格结合扫气口检查进行，否则有拉缸风险，尤其是在1500 h 左右时铝磨合层将磨掉。如果气缸没有磨合好，此时盲目降低注油率，极硬的陶器层和缸套还没有形成良好的配合面，加之注油率较低，极易发生拉缸事故。这样的事故在管理实践中屡见不鲜[4]。

4 结论

采用ACC 模式的ALPHA 电子注油器能够降低主机的注油率和气缸磨损率，同时由于和采用“Oros”燃烧室设计的主机相匹配，也带来了二冲程机气缸注油率的新问题。

（1）在理解ACC 注油原理的基础上，参照厂家推荐程序逐步降低注油率，避免过度润滑。

（2）在调节注油率过程中，不可机械照搬厂家程序，严格根据扫气口检查进行调节，才能保障主机获得良好的气缸状态，避免拉缸事故。