大連海事大學(xué) 仉大志

談ALPHA電子注油器及其管理

大連海事大學(xué) 仉大志

介紹ALPHA電子注油器系統(tǒng)及工作原理，詳細(xì)分析注油率調(diào)節(jié)方式，并總結(jié)在注油率調(diào)節(jié)管理上應(yīng)注意的事項(xiàng)。

ALPHA電子注油器；ACC；注油率調(diào)節(jié)；管理

ALPHA電子注油器（下文簡(jiǎn)稱ALPHA注油器）與傳統(tǒng)的機(jī)械注油器相比，有著能使汽缸保持良好的潤(rùn)滑狀態(tài)、節(jié)省汽缸油、降低廢氣顆粒排放等優(yōu)點(diǎn)，在MAN B&W二沖程船用柴油機(jī)上得到了廣泛應(yīng)用。MAN B&W ME系列機(jī)型均采用ALPHA注油器，MC系列新造機(jī)大多采用此注油器，一些采用機(jī)械注油器的MC機(jī)型也紛紛改造采用電子注油器。筆者曾在兩艘采用ALPHA注油器的新造船舶上工作，想談一下對(duì)ALPHA注油器及其管理工作的認(rèn)識(shí)。

一、ALPHA注油器簡(jiǎn)介

1.ALPHA注油器系統(tǒng)

ALPHA注油器系統(tǒng)如圖1所示，它由泵站、注油器單元、注油器控制單元、人機(jī)交互面板、觸發(fā)系統(tǒng)及負(fù)荷傳感器等組成。

（1）泵站：由兩個(gè)獨(dú)立操作的泵、加熱盤管、過(guò)濾器和一個(gè)吸入油箱組成。泵站啟動(dòng)面板的電源是各自獨(dú)立供給，以保證油泵運(yùn)行安全。

（2）注油器單元：每個(gè)汽缸都有一個(gè)注油器單元，對(duì)于缸徑在700～980 mm的柴油機(jī)每缸有兩個(gè)注油器，而對(duì)于中小缸徑型柴油機(jī)來(lái)說(shuō)可設(shè)置一個(gè)注油器。每個(gè)注油器的進(jìn)油處有一個(gè)氮?dú)鈨?chǔ)壓器，壓力為2.5～3.0 MPa，在出口處也有一個(gè)小氮?dú)鈨?chǔ)壓器，壓力為0.15 MPa。每個(gè)注油器上安裝反饋傳感器和電磁閥，根據(jù)柴油機(jī)的型號(hào)裝有3～6個(gè)注油槍。

（3）ALPHA注油器控制單位：由控制注油器的三個(gè)電子器件——主控制單元（MCU）、備用控制單元（BCU）和轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)單元（SBU）組成。

（4）負(fù)荷變送器：負(fù)荷變送器連接油門總桿，因此把柴油機(jī)的油門刻度的百分比連續(xù)不斷地傳送到主控制單元（MCU）。油門刻度百分比近似看做平均有效壓力百分比，從而配合轉(zhuǎn)速百分比對(duì)柴油機(jī)的負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算。

（5）觸發(fā)系統(tǒng)（曲軸編碼器）：曲軸編碼器連接在曲軸前端，信號(hào)通過(guò)一個(gè)接線盒傳送到主控制單元，通過(guò)這個(gè)信號(hào)主控制單元決定噴油正時(shí)。對(duì)于那些曲軸前端不適于安裝角度編碼器的柴油機(jī)來(lái)說(shuō)，一般在飛輪端安裝觸發(fā)環(huán)和測(cè)速裝置。

（6）備用觸發(fā)系統(tǒng)：備用觸發(fā)系統(tǒng)由安裝在飛輪端的兩個(gè)轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置組成，因此可以將柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)傳送到備用控制單元。

（7）人機(jī)交換面板（HMI）：人機(jī)控制面板通常安裝在集控室內(nèi)，可以很方便地調(diào)整汽缸油注油器參數(shù)，并顯示出各種數(shù)值和報(bào)警，手動(dòng)啟動(dòng)油泵和汽缸油預(yù)潤(rùn)滑等操作。

2.ALPHA注油器工作原理

從日用油柜出來(lái)的汽缸油經(jīng)高壓泵站增壓至4～5 MPa，然后通過(guò)共軌油管輸送至注油器。每個(gè)注油器帶有儲(chǔ)壓器，儲(chǔ)壓器起到穩(wěn)壓的作用。注油器接收到主控制單元控制信號(hào)時(shí)，電磁閥通電，注油器向注油槍注油。該主控制單元接受來(lái)自曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)、負(fù)荷變送器的主機(jī)負(fù)荷信號(hào)以及轉(zhuǎn)速信號(hào)，經(jīng)過(guò)計(jì)算后給出注油定時(shí)和注油量，控制注油器的電磁閥以合適的啟閉實(shí)現(xiàn)各個(gè)汽缸的汽缸油注入。每次注油的情況通過(guò)反饋信號(hào)發(fā)光二極管顯示。

注油正時(shí)是依據(jù)曲柄角度編碼器的兩個(gè)信號(hào)控制的，一個(gè)是以第一缸上止點(diǎn)的信號(hào)為準(zhǔn)，另一個(gè)是曲軸位置傳感器信號(hào)（曲柄轉(zhuǎn)角），ALPHA注油系統(tǒng)通常是在壓縮行程、第一道活塞環(huán)上升至對(duì)準(zhǔn)注油孔時(shí)開(kāi)始向活塞環(huán)注油的。

注油量由主控制單元?jiǎng)討B(tài)控制，在綜合考慮了柴油機(jī)的負(fù)荷、轉(zhuǎn)速后確定出最佳注油率。注油器的每次噴油量是恒量控制，改變注油率由改變噴油頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)。也可根據(jù)需要依據(jù)柴油機(jī)的工況在人機(jī)交互面板上手動(dòng)設(shè)定注油量，人工面板可以在60%～200%之間（其默認(rèn)值是100%）對(duì)各汽缸的注油率進(jìn)行獨(dú)立調(diào)整。

柴油機(jī)部分負(fù)荷下的注油率有兩種控制方式：與負(fù)荷成比例或者與平均有效壓力（MEP）成比例。控制方式可以在系統(tǒng)初裝時(shí)在系統(tǒng)設(shè)定，目前缺省設(shè)置是與負(fù)荷成比例。平均有效壓力信號(hào)來(lái)自負(fù)荷變送器，反映油門百分比；負(fù)荷信號(hào)是主控制單元根據(jù)平均有效壓力百分比信號(hào)與轉(zhuǎn)速百分比信號(hào)計(jì)算得來(lái)。

柴油啟動(dòng)及機(jī)動(dòng)操作時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入變負(fù)荷模式，即LCD（Load Change Dependent）模式。此時(shí)，程序自動(dòng)加大25%注油率，注油率隨主機(jī)轉(zhuǎn)速變化，通常時(shí)間持續(xù)30 min。為避免柴油機(jī)低負(fù)荷工作時(shí)汽缸注油量過(guò)少，當(dāng)負(fù)荷低于25%時(shí)，程序?qū)⒆⒂吐兽D(zhuǎn)換為隨轉(zhuǎn)速變化。

系統(tǒng)正常情況下是由主控制單元（MCU）控制工作，如果系統(tǒng)檢測(cè)到故障會(huì)在集控室發(fā)出報(bào)警，具體的報(bào)警內(nèi)容可在人機(jī)交互界面面板（HMI）上顯示出來(lái)。如果主控制單元（MCU）發(fā)生故障，那么備用控制單元（BCU）就自動(dòng)投入工作。當(dāng)主控制單元（MCU）和備用控制單元（BCU）都發(fā)生故障時(shí)，將發(fā)出自動(dòng)降速信號(hào)到柴油機(jī)的安全系統(tǒng)。

二、ALPHA注油器注油率調(diào)節(jié)

1.汽缸注油的作用

二沖程柴油機(jī)汽缸注油作用有三點(diǎn)：

（1）保證活塞與缸套間有合適的油膜，為摩擦副提供潤(rùn)滑。

（2）提供足夠的堿，中和燃油產(chǎn)生的硫酸。

（3）抑制燃燒室結(jié)炭，溶解并攜帶燃燒產(chǎn)物到掃氣箱，即具有清凈分散作用。

MAN公司通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，包括在缸套上安裝傳感器監(jiān)測(cè)油膜厚度及采用不含清潔分散劑的滑油等，發(fā)現(xiàn)注油率只要不低于最低注油率，即可保證潤(rùn)滑厚度，為活塞和缸套提供足夠的潤(rùn)滑。而清潔分散作用只與添加劑有關(guān)，與注油量多少關(guān)系不大，最低注油率能夠保證良好的清潔分散性。這樣，只要不低于最低注油率，注油器注油率只與柴油機(jī)負(fù)荷即噴入汽缸燃油量和燃油含硫量相關(guān)。

2.注油率對(duì)汽缸狀態(tài)的影響

汽缸注油率應(yīng)當(dāng)適宜。注油率太小，活塞和缸套之間的摩擦面難以形成完整的潤(rùn)滑油膜，出現(xiàn)半干摩擦，輕者加快缸套、活塞環(huán)和活塞裙部的磨損，重者會(huì)因摩擦面漏氣破壞油膜出現(xiàn)拉缸咬缸現(xiàn)象。注油率太大，除造成不必要的浪費(fèi)外，還會(huì)產(chǎn)生缸套的機(jī)械拋光和化學(xué)拋光現(xiàn)象，加劇磨損。如果注油率太大，過(guò)多的汽缸油在活塞頂部焦化結(jié)垢，同時(shí)汽缸油不能消耗的堿性添加劑在活塞頂部積聚結(jié)垢，尤其是高頂岸活塞的活塞頂部更易結(jié)垢，結(jié)垢達(dá)到一定厚度與缸壁接觸，破壞缸壁的油膜，增加了缸壁及活塞環(huán)的磨損，這種現(xiàn)象就是機(jī)械拋光。此外，汽缸需要適度的酸性腐蝕，以在缸套壁面上產(chǎn)生微觀結(jié)構(gòu)上的石墨溝槽，滑油可以儲(chǔ)存在小的溝槽里以利于活塞和缸套之間的潤(rùn)滑。注油率太大還會(huì)使汽缸完全處于堿性環(huán)境，缺少酸性腐蝕，不能形成具有儲(chǔ)油能力的石墨溝槽，不利于摩擦面油膜的形成，導(dǎo)致所謂的化學(xué)拋光，從而加劇活塞和缸套間的磨損。

對(duì)于采用高頂岸結(jié)垢活塞的二沖程柴油機(jī)，尤其需要注意調(diào)節(jié)注油率，注油率過(guò)大或過(guò)小都會(huì)加劇活塞和缸套的磨損，嚴(yán)重的會(huì)產(chǎn)生拉缸咬缸事故。

3.ALPHA ACC注油器注油率調(diào)節(jié)

（1）注油因子

基于ALPHA注油器大量成功的使用經(jīng)驗(yàn)，MAN公司于2004年后將注油率隨負(fù)荷變化模式作為缺省的控制模式。采用負(fù)荷模式控制注油量的ALPHA注油器稱為ALPHA ACC（adaptive cylinder oil control）電子注油器，引入了注油因子概念。注油率計(jì)算公式為：注油率=注油因子×S%。注油率既能隨負(fù)荷變化，同時(shí)也隨燃油含硫量變化而變化。汽缸油注油率與噴入汽缸內(nèi)的硫含量成正比，能夠很好地控制硫酸腐蝕。每次加裝不同含硫量的燃油時(shí)，注油因子一定，根據(jù)含硫量計(jì)算注油率，在人機(jī)交互面板上按照廠家提供的注油率設(shè)定表可以很方便地手動(dòng)設(shè)定注油率。

注油因子是MAN公司在船舶上實(shí)驗(yàn)、在缸套磨損率較理想的情況下得出的經(jīng)驗(yàn)值，經(jīng)實(shí)驗(yàn)得知在使用一定堿值的汽缸油條件下注油量與燃油的含硫量具有一定的線性關(guān)系, 如圖2所示。注油因子0.26 g/kWh，是MAN公司對(duì)于使用BN70的汽缸油、600 mm缸徑以下采用ALPHA ACC注油器的二沖程機(jī)推薦的基本注油因子。其中0.6 g/kWh是在足以中和酸性產(chǎn)物的同時(shí)為了維持油膜厚度所需的最小汽缸油注油率。MAN公司不再推薦基本注油率，而是推薦基本注油因子?；谑褂媒?jīng)驗(yàn)，在不低于最低注油率的前提下，按照基本注油因子調(diào)節(jié)注油率，既可保證柴油機(jī)安全運(yùn)行，又能使汽缸狀態(tài)保持最佳。

圖2 ALPHA ACC潤(rùn)滑曲線圖

（2）注油率調(diào)節(jié)

筆者工作過(guò)的Y輪主機(jī)為MAN B&W6S35MC-C柴油機(jī)，采用的就是ALPHA ACC電子注油器。主機(jī)初次投入運(yùn)行，或者缸套、活塞環(huán)換新后的磨合運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)廠家建議的磨合程序，如表1、圖3所示。

磨合初期按固定注油率方式逐步降低，然后按照注油因子與含硫量相結(jié)合方式降低注油率，需要調(diào)整的是逐步降低注油因子到基本注油因子，但不能低于最低注油率0.6 g/kWh。500 h前逐步降低固定注油率，然后按注油因子及燃油含硫量確定注油率，在接下來(lái)的2 000 h按固定時(shí)間表，配合掃氣口檢查將注油因子從0.34 g/kWh降到基本注油因子0.26 g/kWh。

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圖3 Y輪ALPHA ACC電子注油器注油率調(diào)節(jié)曲線

三、ALPHA注油器管理

（1）日常操作管理。ALPHA注油器由程序控制，自動(dòng)化程度高，日常操作管理簡(jiǎn)單。備車時(shí)，盤車前在人機(jī)交互面板上按下預(yù)潤(rùn)滑鍵，注油器自動(dòng)注油。航行值班時(shí)，注意檢查油壓油溫，及每個(gè)注油器中間接線盒上的反饋指示燈是否正常閃亮，每天計(jì)算汽缸油的消耗量和掃氣箱的放殘量，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)查找原因并消除。每月切換備用泵，也有系統(tǒng)設(shè)定自動(dòng)每天切換備用泵的。了解注油器警報(bào)類型及應(yīng)急處理措施，一旦出現(xiàn)故障能及時(shí)處理。

（2）定期檢查保養(yǎng)。定期把發(fā)動(dòng)機(jī)No.1缸轉(zhuǎn)到上死點(diǎn)位置，檢查編碼器接線盒上的指示燈（亮），即檢查定時(shí)是否準(zhǔn)確。定期檢查轉(zhuǎn)速采樣傳感器與感應(yīng)件間的間隙。掃氣口檢查時(shí)，檢查注油器注油情況。定期檢查控制箱及電路板等電器部件。定期檢查注油器單元儲(chǔ)壓器壓力，拆檢保養(yǎng)注油器。

（3）注意加強(qiáng)汽缸油流量和負(fù)荷變送器監(jiān)控。ALPHA注油器控制簡(jiǎn)化精確，但與機(jī)械注油器比較起來(lái)不夠直觀，除按說(shuō)明書要求監(jiān)控其運(yùn)行參數(shù)外，注意通過(guò)汽缸油流量計(jì)及程序計(jì)算監(jiān)控汽缸油每日消耗量是否正常。MAN公司曾通報(bào)出現(xiàn)過(guò)注油器LCD功能在船舶正常定速航行時(shí)誤啟動(dòng)，導(dǎo)致注油量過(guò)大的現(xiàn)象。對(duì)于負(fù)荷變送器，注意檢查其MEP轉(zhuǎn)換百分比是否與油泵油門實(shí)際刻度相匹配。曾有同行遇到過(guò)由于負(fù)荷變送器變形導(dǎo)致注油量不正常的情況。[1]

（4）對(duì)于汽缸油注油率的調(diào)節(jié)，在管理上要膽大心細(xì)。不論機(jī)械注油器或電子注油器，在實(shí)際應(yīng)用中，一般的趨勢(shì)都是注油率過(guò)大。這主要是因?yàn)橹鞴茌啓C(jī)員主觀認(rèn)識(shí)上的不足。通常認(rèn)為注油率調(diào)小有主機(jī)拉缸的安全隱患，一旦出現(xiàn)問(wèn)題就要承擔(dān)責(zé)任；而注油率大一點(diǎn)不會(huì)出現(xiàn)安全問(wèn)題，即使有不良后果也是長(zhǎng)期積累才能顯現(xiàn)出來(lái)。如果公司管理人員沒(méi)有提出明確要求，主管人員就不愿嚴(yán)格按照說(shuō)明書要求調(diào)節(jié)注油率。事實(shí)上，對(duì)于新造船舶處于磨合期的主機(jī)，各方面運(yùn)轉(zhuǎn)良好，根據(jù)電子注油理論及實(shí)踐，主管人員要有這樣的信心，嚴(yán)格按照廠家推薦的調(diào)節(jié)程序，結(jié)合掃氣口檢查，逐步降低注油率，堅(jiān)信只要不低于最低注油率就不會(huì)出現(xiàn)安全事故。相反，注油率過(guò)高，反而可能會(huì)出現(xiàn)安全事故。

（5）注意注油率調(diào)節(jié)的時(shí)機(jī)。注油率調(diào)節(jié)的最佳時(shí)機(jī)是在磨合期內(nèi)，但個(gè)別管理人員未能按照說(shuō)明書要求在磨合期內(nèi)逐步降低汽缸油注油率，磨合期后注油率仍然很大。這時(shí)再降低注油率需要尤其謹(jǐn)慎小心，因?yàn)榇藭r(shí)汽缸由于汽缸油注油率過(guò)大導(dǎo)致了機(jī)械拋光及化學(xué)拋光，汽缸潤(rùn)滑狀態(tài)不良，如果盲目將汽缸油注油率降得過(guò)大，極有可能導(dǎo)致拉缸事故。某輪主機(jī)采用ALPHA ACC注油器，累計(jì)運(yùn)行4 149 h，接船輪機(jī)長(zhǎng)在HMI面板將注油率仍設(shè)定為118（對(duì)應(yīng)于1.3 g/kWh），接班輪機(jī)長(zhǎng)認(rèn)為注油率設(shè)定過(guò)大，調(diào)整HMI面板注油率至106（1.17 g/kWh），360 h后（累計(jì)運(yùn)行4 509 h）再調(diào)整HMI至94（1.03 g/kWh），其后主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)631 h開(kāi)始拉缸。該主機(jī)此次拉缸事故，吊了6個(gè)缸，更換了4個(gè)缸套和6套活塞環(huán)。[2]

四、結(jié)論

ALPHA電子注油器已推出十幾年，在實(shí)船上應(yīng)用極為成功，既改善了汽缸磨損狀態(tài)，又降低了汽缸油消耗，為船東節(jié)省了大量汽缸油及維護(hù)費(fèi)用。作為輪機(jī)管理人員，只要深入了解其工作原理，建立信心，做好汽缸油注油率調(diào)節(jié)及其他管理工作，就能使電子注油器真正發(fā)揮作用，從而保證船舶主機(jī)的安全高效運(yùn)行。

[1]王偉飛.ALPHA電子注油器的一個(gè)不可忽視的重要參數(shù)[J].航海技術(shù),2011(1):52-53.

[2]張海迎.從某柴油主機(jī)拉缸事故談汽缸潤(rùn)滑新技術(shù)[J].航海技術(shù),2011(3):51-54.