大連海事大學(xué)輪機(jī)工程學(xué)院 趙俊豪 黃連忠 馮 偉

6S35MC和6L32柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)的對比*

大連海事大學(xué)輪機(jī)工程學(xué)院 趙俊豪 黃連忠 馮 偉

以船舶常用的6S35MC和6L32柴油機(jī)為例，介紹二者燃油噴射系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理，總結(jié)各部件的特點(diǎn)。6S35MC柴油機(jī)采用的是雞心凸輪，帶停車閥和吸油閥的噴油泵，由燃油循環(huán)冷卻的噴油器，從而可實(shí)現(xiàn)停車不換油，但各部件構(gòu)成略復(fù)雜；6L32柴油機(jī)采用普通凸輪，帶停車汽缸和出油閥的噴油泵，由淡水循環(huán)冷卻的噴油器，停車需要換油，但各部件構(gòu)成略簡單。最后，提出二者在操作和管理中的不同措施，供輪機(jī)管理人員參考。

凸輪；噴油泵；噴油器

*大連海事大學(xué)基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)-青年骨干基金項(xiàng)目（2012QN024）

MAN B&W和WARTSILA是世界船用柴油機(jī)的兩大著名品牌。在世界船用低速機(jī)市場，MAN B&W品牌的占有率高達(dá)80%，WARTSILA品牌約占16%；在世界船用中速機(jī)市場，WARTSILA品牌的占有率約38%，MAN B&W品牌約占27%。[1]其中，MAN B&W的 S-MC系列和WARTSILA的L系列柴油機(jī)分別是低速和中速機(jī)的典型代表，在船舶中得到了廣泛應(yīng)用。

有文獻(xiàn)介紹過兩種柴油機(jī)噴油泵和噴油器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，但一直少有文獻(xiàn)對兩大柴油品牌的燃油噴射系統(tǒng)進(jìn)行綜合對比分析，尤其是各自的燃油凸輪與噴油泵的匹配問題值得探討。本文分別以MAN B&W 6S35MC和WARTSILA 6L32柴油機(jī)為例，介紹兩種典型的柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并進(jìn)行相應(yīng)對比，希望能為輪機(jī)管理人員的日常操作和維護(hù)管理工作提供一些借鑒。

一、燃油凸輪

圖1、圖2分別為6S35MC和6L32柴油機(jī)的燃油凸輪輪廓圖。前者為雞心凸輪，其特點(diǎn)是基圓段很短，工作段占據(jù)了大部分圓周；后者為普通凸輪，其特點(diǎn)是工作段短且陡，基圓段占據(jù)了大部分圓周。由于燃油凸輪的作用，在柴油機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)，6S35MC柴油機(jī)噴油泵的柱塞將長時(shí)間處于上止點(diǎn)，6L32柴油機(jī)噴油泵的柱塞將長時(shí)間處于下止點(diǎn)。

圖1 6S35MC柴油機(jī)燃油凸輪圖

圖2 6L32柴油機(jī)燃油凸輪圖

二、噴油泵

1.6S35MC柴油機(jī)噴油泵

圖3所示為6S35MC柴油機(jī)的噴油泵。其主要部件是柱塞－套筒偶件，以及安裝在油泵上端的停車閥（又稱空氣刺破閥）和吸油閥。

在柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，控制空氣進(jìn)口4處無氣源，停車閥和吸油閥處于關(guān)閉狀態(tài)，0.8 MPa左右的燃油從進(jìn)油口7經(jīng)通道A進(jìn)入吸油閥閥腔B，克服其彈簧彈力后打開吸油閥，燃油進(jìn)入泵腔C。隨著柱塞的上行，回油口9首先被封閉，泵腔內(nèi)燃油被加壓，隨之使吸油閥落座，泵腔封閉，高壓燃油經(jīng)高壓油管5供應(yīng)至噴油器。當(dāng)柱塞下行時(shí)，回油口9首先開啟，燃油進(jìn)入套筒外圍的回油腔D，并經(jīng)循環(huán)油口2進(jìn)入燃油供給系統(tǒng)的回油管路，回流至混油桶。之后，隨著泵腔C內(nèi)壓力的降低，吸油閥再次被進(jìn)口處的燃油打開，燃油進(jìn)入泵腔，為下一循環(huán)的泵油做準(zhǔn)備。

當(dāng)有停車指令時(shí)，控制空氣經(jīng)進(jìn)口4供至停車閥空氣活塞的上方，停車閥向下運(yùn)動(dòng)，吸油閥被強(qiáng)制打開，噴油泵因泵腔不再封閉而喪失泵油能力，從而實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)的迅速停車。進(jìn)口4接有兩路控制空氣，一路用于正常的停車，一路用于應(yīng)急停車。

6S35MC柴油機(jī)噴油泵的特點(diǎn)是：

（1）泵腔頂部設(shè)置停車閥和吸油閥。當(dāng)噴油泵打開回油口時(shí)，高壓油管中的壓力可迅速降低，使噴油器迅速關(guān)閉，避免了滴漏和重復(fù)噴射現(xiàn)象。[2]

（2）回油時(shí)，由于無止回作用，會(huì)導(dǎo)致油泵進(jìn)口處油壓的劇烈波動(dòng)，需要在進(jìn)油總管上裝設(shè)緩沖器。

（3）為減少高壓油管中的燃油回流量，保證下一循環(huán)的充分供油，其噴油泵需要與雞心凸輪配合使用。即在一個(gè)循環(huán)內(nèi)，柱塞在大部分時(shí)間內(nèi)上止點(diǎn)，從而保持高壓油管中油壓較高且穩(wěn)定；柱塞下行過程很短暫，則回油口9和進(jìn)油口7的開啟時(shí)間也很短，可以避免油壓的劇烈波動(dòng)而影響進(jìn)油并造成穴蝕。

（4）由于設(shè)置有停車閥，停車迅速、可靠。

（5）燃油從泵上端的吸油閥進(jìn)入泵腔，從下部的循環(huán)油口流出，可以實(shí)現(xiàn)燃油的循環(huán)；在停車時(shí)，燃油還可經(jīng)高壓油管進(jìn)入噴油器并形成循環(huán)，做到短時(shí)停車不用換油。

2.6L32柴油機(jī)噴油泵

圖4所示為6L32柴油機(jī)的噴油泵。其與6S35MC柴油機(jī)噴油泵的主要區(qū)別是泵上端設(shè)置的是等壓卸載出油閥。

該噴油泵設(shè)有引噴出油閥2和主出油閥3。供油初期，少量的燃油經(jīng)引噴出油閥進(jìn)入噴油器，而在主噴射階段，大量的燃油經(jīng)主出油閥進(jìn)入噴油器。這樣既使燃燒初期工作柔和，又可以控制整個(gè)噴射和燃燒過程不至于太長。

6L32柴油機(jī)噴油泵的特點(diǎn)是：

（1）泵腔頂部設(shè)置出油閥，出油閥具有蓄壓、止回和卸載作用，使供油壓力逐漸累進(jìn)，回油時(shí)防止燃油倒流、重復(fù)噴射和穴蝕的產(chǎn)生。

（2）需要與普通凸輪配合使用。柱塞長時(shí)間位于下止點(diǎn)，泵腔內(nèi)長時(shí)間處于低壓狀態(tài)。

（3）由于設(shè)置有引噴出油閥，可有效地避免爆燃的發(fā)生。

（4）柴油機(jī)的停車通過氣動(dòng)停油機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。每個(gè)高壓油泵的油門齒條連接到一個(gè)氣動(dòng)活塞上，當(dāng)有停止指令（包括正常停車和應(yīng)急停車）時(shí)，氣動(dòng)活塞動(dòng)作，將油門齒條拉到零位。

（5）泵腔上無循環(huán)油出口，燃油不能循環(huán)；在停車時(shí)，燃油無法到達(dá)噴油器，停車時(shí)一般需要換用柴油。

三、高壓油管

早期的高壓油管一般是單層的，一旦出現(xiàn)裂紋或密封不良問題，往往會(huì)導(dǎo)致高溫燃油流出，產(chǎn)生機(jī)艙著火的隱患。隨著社會(huì)的進(jìn)步，航運(yùn)界對船舶安全的要求越來越高。船舶建造規(guī)范規(guī)定：2002年7月1日之后建造的國際航行船舶，其高壓油管應(yīng)有漏油防護(hù)及報(bào)警裝置。

6S35MC柴油機(jī)的高壓油管較長，管外包覆著柔性保護(hù)套管。保護(hù)套管的下部開孔，通過泄油管連接到漏油檢測裝置。檢測裝置底部開有很小的泄放孔，并設(shè)有浮球式液位開關(guān)和溢流管。當(dāng)有少量的泄漏發(fā)生時(shí)，燃油通過泄放孔流至泄放柜，不會(huì)導(dǎo)致液位開關(guān)動(dòng)作；如果因高壓油管破裂或密封不良而導(dǎo)致燃油嚴(yán)重泄漏，泄放孔將不足以泄放大量的燃油，油位迅速升高，使液位開關(guān)動(dòng)作，從而發(fā)出警報(bào)，提醒輪機(jī)員對漏油情況進(jìn)行檢查。同時(shí)，泄漏的燃油經(jīng)溢流管流入燃油泄放柜。

不同的是，6L32柴油機(jī)的高壓油管較短，管外包覆著鋼性保護(hù)套管，其漏油檢測裝置中裝設(shè)的是電容式液位開關(guān)。

四、噴油器

1.6S35MC柴油機(jī)噴油器

圖5所示為6S35MC柴油機(jī)的噴油器。噴油器內(nèi)有兩個(gè)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，由針閥A、針閥體B和調(diào)壓彈簧C組成。燃油由噴油器頂部進(jìn)入。當(dāng)柴油機(jī)不噴油時(shí)，燃油由電動(dòng)輸油泵供給，如圖5（1）所示，此時(shí)由于燃油壓力較低，止回閥關(guān)閉，即其止回閥E封閉燃油下行通道，在止推座F的下部有一個(gè)旁通孔b開啟，燃油經(jīng)此旁通孔在噴油器體內(nèi)循環(huán)后回到回油管路。在噴油期間， 如圖5（2）所示，燃油由高壓噴油泵供給，油壓大于1MPa時(shí)，止回閥被油壓抬起D1，旁通孔b關(guān)閉，燃油向下進(jìn)入下部針閥的油腔內(nèi)。在燃油壓力達(dá)到啟閥壓力時(shí)，針閥B被油壓抬起D2，燃油噴入汽缸，見圖5（3）。

6S35MC柴油機(jī)噴油器的特點(diǎn)是：

（1）省去了單獨(dú)的冷卻系統(tǒng)，在備車期間燃油可對噴油器進(jìn)行循環(huán)預(yù)熱，在運(yùn)轉(zhuǎn)期間對噴油器冷卻并兼有驅(qū)氣作用。

圖5 6S35MC柴油機(jī)噴油器

（2）針閥下部帶有一根與噴孔相匹配的滑動(dòng)軸針，噴射時(shí)軸針在噴嘴中滑動(dòng)，對噴嘴產(chǎn)生清潔作用，從而大大降低噴嘴積炭乃至堵塞的可能。也正是由于滑動(dòng)軸針的存在，應(yīng)盡量避免對此噴油器進(jìn)行霧化試驗(yàn)，因?yàn)殪F化試驗(yàn)一般采用黏度很低的柴油，會(huì)使軸針和噴嘴產(chǎn)生磨損。

（3）噴油器啟閥壓力由彈簧的安裝預(yù)緊力和有關(guān)零件尺寸預(yù)先確定，使用中不能進(jìn)行調(diào)節(jié)。如需調(diào)節(jié)則應(yīng)解體噴油器并換用專用彈簧墊片。若噴油器故障，一般需要換新，舊件丟棄，或送廠家指定的修理廠進(jìn)行修復(fù)。

2.6L32柴油機(jī)噴油器

圖6所示為6L32柴油機(jī)的噴油器。這種類型的噴油器結(jié)構(gòu)相對簡單。當(dāng)噴油泵開始供油時(shí)，高壓燃油經(jīng)進(jìn)油口4、進(jìn)油通道A進(jìn)入針閥9周圍的環(huán)形槽內(nèi)。隨著燃油壓力的升高，當(dāng)作用在針閥錐面上的壓力足夠克服彈簧5的彈力時(shí)，針閥上升打開噴嘴，燃油噴入汽缸。

6L32柴油機(jī)噴油器的特點(diǎn)是：

（1）無循環(huán)油通道，在停車時(shí)，燃油不能經(jīng)高壓油管進(jìn)入噴油器。

（2）噴油器本體3內(nèi)鉆有冷卻水通道B，實(shí)現(xiàn)淡水冷卻。淡水冷卻效果足夠好，所以不需要像6S35MC柴油機(jī)的噴油器那樣設(shè)置滑動(dòng)軸針對噴嘴進(jìn)行清潔。

（3）噴油器的啟閥壓力可經(jīng)調(diào)節(jié)螺釘1進(jìn)行調(diào)節(jié)，在船上可方便地通過啟閥壓力試驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整，并可實(shí)施霧化試驗(yàn)。

表1 6S35MC和6L32柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)的對比

圖6 6L32柴油機(jī)噴油器

五、兩種柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)的對比

根據(jù)上述分析，對兩種柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)原理、日常操作和維護(hù)管理三方面進(jìn)行對比，結(jié)果如表1所示。

六、總結(jié)

可見，6S35MC和6L32柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)在燃油凸輪、噴油泵、高壓油管和噴油器等方面均有明顯區(qū)別，在操作、管理的便利性方面也各有千秋，輪機(jī)管理人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)各機(jī)型的特點(diǎn)實(shí)施相應(yīng)的操作管理手段，以保證柴油機(jī)的可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。

[1]李斌.船舶柴油機(jī)[M].大連:大連海事大學(xué)出版社,2008.

[2]李春野,付克陽.主推進(jìn)動(dòng)力裝置[M].大連:大連海事大學(xué)出版社,2008.