周愛(ài)光，張寅虎，趙剛棟

(1.91202部隊(duì)，遼寧葫蘆島 125000;2.4808工廠威海修船廠，山東威海 264200)

64－115型空壓機(jī)冒黑煙故障分析

周愛(ài)光1，張寅虎2，趙剛棟2

(1.91202部隊(duì)，遼寧葫蘆島 125000;2.4808工廠威海修船廠，山東威海 264200)

文章針對(duì)64－115型空壓機(jī)冒黑煙問(wèn)題，從柴油機(jī)燃油系統(tǒng)著手，結(jié)合開(kāi)式噴油系統(tǒng)的特點(diǎn)，對(duì)冒黑煙故障進(jìn)行系統(tǒng)分析和研究，提出有效的解決方法，使這一困擾裝備保障的難題得到較好的解決。

64－115空壓機(jī);冒黑煙;開(kāi)式噴油器

64－115型自由活塞式空壓機(jī)是一種由內(nèi)燃機(jī)活塞直接帶動(dòng)壓縮機(jī)活塞進(jìn)行工作的空氣壓縮機(jī)，其動(dòng)力裝置為一種自由活塞水平對(duì)置、機(jī)械增壓、開(kāi)式噴油的2沖程柴油機(jī)。由于柴油機(jī)除啟動(dòng)和過(guò)渡工況外，均按點(diǎn)工況運(yùn)行，穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)速與負(fù)荷基本恒定，因此燃油系統(tǒng)中沒(méi)有調(diào)速器。該空壓機(jī)在使用過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到排氣冒黑煙故障，本文根據(jù)空壓機(jī)工作時(shí)負(fù)荷穩(wěn)定的特點(diǎn)，重點(diǎn)從燃油系統(tǒng)分析，總結(jié)冒黑煙故障的發(fā)生機(jī)理和修理措施。

1 冒黑煙故障的發(fā)生機(jī)理

傳統(tǒng)增壓式柴油機(jī)冒黑煙故障的主要原因有:供油量偏大、噴油時(shí)間晚、噴油霧化不好、燃燒空氣量不足等。雖然該型空壓機(jī)的動(dòng)力裝置與傳統(tǒng)增壓式柴油機(jī)在結(jié)構(gòu)上有明顯區(qū)別，但是燃燒機(jī)理一致，均是在壓縮上止點(diǎn)前噴油并壓燃點(diǎn)火工作，因此認(rèn)為該空壓機(jī)冒黑煙故障的機(jī)理與傳統(tǒng)增壓式柴油機(jī)相同，但是在細(xì)節(jié)上會(huì)有些區(qū)別。

1.1 供油量偏大

由于該柴油機(jī)工作時(shí)處于點(diǎn)工況，單位時(shí)間壓氣量與每循環(huán)供油量已標(biāo)定 (為標(biāo)準(zhǔn)值)，供油量偏大會(huì)導(dǎo)致柴油機(jī)工作偏離標(biāo)定工況，進(jìn)而可能產(chǎn)生冒黑煙現(xiàn)象。柴油機(jī)燃油系統(tǒng)的供油量大小主要受柱塞的有效工作行程控制，對(duì)于質(zhì)量合格的柱塞偶件，供油量的大小取決于柱塞斜槽關(guān)閉柱塞套進(jìn)油孔的時(shí)刻，圖1所示位置為零供油位置，此時(shí)柱塞完全遮蔽進(jìn)油孔。為了滿(mǎn)足空壓機(jī)可靠的停車(chē)，要求在零供油位置時(shí)柱塞套上的刻線與柱塞上的刻線重合。工作時(shí)供油量的大小可以通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)柱塞調(diào)整。如果空壓機(jī)工作時(shí)冒黑煙，但通過(guò)調(diào)整齒條位置可以改善，則需要檢查在零供油位置時(shí)柱塞上的刻線與柱塞套上的刻線是否重合。因此選擇質(zhì)量合格的柱塞和保證零供油位置時(shí)柱塞與柱塞套刻線重合是避免柴油機(jī)冒黑煙的必要條件。

圖1 柱塞偶件示意圖

1.2 噴油時(shí)間過(guò)晚

噴油時(shí)間過(guò)晚會(huì)造成柴油機(jī)工作冒黑煙。該柴油機(jī)的噴油時(shí)間要求是:在活塞組向內(nèi)運(yùn)動(dòng)至距中央27～29 mm時(shí)，開(kāi)始噴油，到距中央17～19 mm時(shí)，噴油結(jié)束。影響噴油時(shí)間的因素有:凸輪在軸上的安裝角度;同步齒輪在齒條上的嚙合位置;柱塞和柱塞套的相對(duì)高度。必須按規(guī)定順序檢查調(diào)整。最終不僅要保證噴油時(shí)間在規(guī)定范圍內(nèi)，而且柱塞與凸輪基圓接觸時(shí)柱塞頂面距柱塞套頂面的距離為 (9.4±0.1)mm時(shí)，即可確定噴油時(shí)間調(diào)整準(zhǔn)確。

1.3 噴油霧化不良

該型柴油機(jī)使用的開(kāi)式噴油器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是霧化質(zhì)量相對(duì)于閉式噴油器較差，而且同時(shí)存在噴油的始點(diǎn)與終點(diǎn)不準(zhǔn)確，滴油等缺點(diǎn)。為有效克服以上缺點(diǎn)，在供油時(shí)采用特定的凸輪型線以提高柱塞速度的方法來(lái)解決。根據(jù)這種開(kāi)式噴油系統(tǒng)的特點(diǎn)，總結(jié)有3種因素可能對(duì)噴油霧化構(gòu)成影響。

1)油泵的壓力變化影響噴油霧化。該型空壓機(jī)的高壓油泵為單凸輪往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)供油，高壓油泵凸輪在活塞內(nèi)止點(diǎn)與外止點(diǎn)之間約260°的范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。分析圖1，在噴油時(shí)間調(diào)整完全準(zhǔn)確的情況下，柱塞從離開(kāi)凸輪基圓至噴油結(jié)束的運(yùn)動(dòng)行程為4.8 mm。當(dāng)柱塞運(yùn)動(dòng)4.8 mm的行程時(shí)，搖臂上的滾輪即運(yùn)動(dòng)到凸輪70°的位置，此時(shí)的滾輪升程約為5.3 mm(計(jì)算過(guò)程省略)。如果在調(diào)整噴油時(shí)間時(shí)，噴油時(shí)間滿(mǎn)足要求，但是柱塞與凸輪基圓接觸時(shí)柱塞頂面距柱塞套頂面的距離大于 (9.4±0.1)mm時(shí)，則會(huì)造成噴油結(jié)束時(shí)柱塞行程大于4.8 mm，造成凸輪噴油段型線后移，型線后移的結(jié)果會(huì)造成噴油末端壓力降低;同時(shí)噴油過(guò)程中活塞向內(nèi)止點(diǎn)做減速運(yùn)動(dòng)，凸輪轉(zhuǎn)速也相應(yīng)降低，也會(huì)使噴油壓力降低，二者共同影響加劇了噴油霧化不良，造成排氣冒黑煙。而當(dāng)柱塞頂面距柱塞套頂面的距離小于 (9.4±0.1)mm時(shí)，則會(huì)影響到柱塞的充油效率以及柱塞可能與出油閥干涉。因此在調(diào)整噴油時(shí)間時(shí)一定要在滿(mǎn)足噴油時(shí)間準(zhǔn)確的同時(shí)確保柱塞與凸輪基圓接觸時(shí)柱塞頂面距柱塞套頂面的距離為 (9.4 ±0.1)mm。

2)輸油閥的截止特性影響噴油霧化。輸油閥在開(kāi)式噴油系統(tǒng)中作用主要是保證燃油系統(tǒng)有相對(duì)準(zhǔn)確的噴油始點(diǎn)和終點(diǎn)，避免滴油和后燃，同時(shí)也可以防止燃燒室中的高壓燃?xì)夥祷刂寥加拖到y(tǒng)中。柴油機(jī)工作時(shí)，由于柱塞回油孔的節(jié)流作用，實(shí)際供油量會(huì)大于幾何供油量，如果輸油閥截止失效，不僅會(huì)造成噴油時(shí)間不準(zhǔn)確，霧化不良，也會(huì)造成噴油延續(xù)和供油量偏大。

輸油閥的截止特性主要體現(xiàn)在密封性上。如圖2所示，如果密封面1、3發(fā)生泄漏，將會(huì)導(dǎo)致高壓燃油泄漏至低壓系統(tǒng)中，使得燃油量減小和霧化變差，如果密封面2、4發(fā)生泄漏，將會(huì)導(dǎo)致燃油的噴射和停止時(shí)間準(zhǔn)確性變差，同時(shí)高壓燃?xì)饪赡軙?huì)進(jìn)入燃油系統(tǒng)，造成高壓油管發(fā)熱。

圖2 輸油閥示意圖

3)噴油器影響燃油霧化。該型開(kāi)式噴油器的工作原理是:噴油器工作時(shí)，2股油流經(jīng)過(guò)斜油孔，沿著出油槽以極高的速度在噴孔位置迎面相互撞擊，在燃燒室中形成扇形錐體狀的霧化，噴油器結(jié)構(gòu)如圖3所示。影響噴油器霧化的結(jié)構(gòu)因素有:出油槽與噴孔的尺寸，噴油器頭部研磨密封面的密封情況以及出油槽的位置對(duì)稱(chēng)情況。

圖3 噴油器結(jié)構(gòu)示意圖

由于2個(gè)斜油孔直徑為0.9 mm，2個(gè)出油槽為0.3 mm×0.3 mm的方孔，噴孔直徑為0.7 mm，從各個(gè)油孔的截面積分析，實(shí)際的加速霧化噴嘴應(yīng)該為出油槽，其尺寸的大小直接影響霧化性能。出油槽尺寸過(guò)大，將會(huì)造成實(shí)際的噴射壓力降低，噴霧的顆粒度增大，霧化性能變差。過(guò)大的噴孔和較低的噴射壓力也會(huì)造成油束的穿透性增強(qiáng)，導(dǎo)致大量的油滴直接撞擊到較冷的汽缸壁表面，無(wú)法與新鮮空氣充分混合燃燒，使得燃燒惡化。噴油器頭部的研磨密封面為油流創(chuàng)造了一個(gè)相對(duì)完整的加速通道，如果該面密封性較差，將會(huì)使得油束通過(guò)油道時(shí)發(fā)生泄漏，壓力降低，噴出的油霧形狀發(fā)生變化，均不利于燃油在燃燒室中與空氣充分混合，不利于燃燒;如果出油槽在加工時(shí)的對(duì)稱(chēng)性不好，將會(huì)造成2股油束在撞擊時(shí)不充分，霧化不良，也會(huì)造成燃燒惡化。

1.4 新鮮空氣量不足

空壓機(jī)在工作時(shí)，如果空氣過(guò)濾器發(fā)生堵塞，掃氣泵的氣閥漏氣，或者掃氣泵的閥板安裝不正確，均會(huì)造成柴油機(jī)換氣效果差，較少的新鮮空氣使得進(jìn)入汽缸的燃油無(wú)法充分燃燒，進(jìn)而造成燃燒惡化，產(chǎn)生冒黑煙故障。

2 燃油系統(tǒng)故障件修復(fù)的可行性研究與實(shí)踐

64－115型空壓機(jī)的燃油系統(tǒng)零部件由于生產(chǎn)批量小，廠家單一，造成了配件價(jià)格昂貴，修理成本大。而且目前在修理過(guò)程中更換的很多原廠家生產(chǎn)的新配件也存在質(zhì)量問(wèn)題，使得空壓機(jī)冒黑煙故障難以排除，因此對(duì)于一些舊配件進(jìn)行修復(fù)研究具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

2.1 輸油閥

如圖2所示，在檢修輸油閥的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)輸油閥的各個(gè)密封面位置的密封性均不同程度的存在問(wèn)題。密封面2、4位置由于是周期性密封，而且工作時(shí)有大量燃油在壓出閥開(kāi)啟時(shí)流過(guò)，而且燃油壓力大，流速高，容易造成氣蝕;密封面1、3位置為靜密封，相對(duì)可靠性較好。對(duì)于已經(jīng)發(fā)生氣蝕的零件要予以更換，未發(fā)生氣蝕的密封面可以研磨修復(fù)。此外，壓出閥與內(nèi)、外閥座的配合間隙為0.029～0.043 mm，有些配件在檢修時(shí)或者選配壓出閥之后，發(fā)現(xiàn)配合間隙過(guò)大，超出標(biāo)準(zhǔn)要求，此時(shí)可以對(duì)圓柱形配合面進(jìn)行修復(fù)，以增加尺寸，滿(mǎn)足配合要求。輸油閥的可靠性是通過(guò)在閥的上端用0.5 MPa的空氣保壓并持續(xù)15 s不泄漏，或者直接裝機(jī)試驗(yàn)。由于該型出油閥構(gòu)造精密，分解不便，因此在修前試驗(yàn)時(shí)未發(fā)現(xiàn)有排氣冒黑煙故障時(shí)，可不予分解。

2.2 噴油器

如圖3所示，在檢修過(guò)程中發(fā)現(xiàn)噴油器存在的主要問(wèn)題是噴針與噴嘴的配合間隙過(guò)大，標(biāo)準(zhǔn)要求為0～0.026 mm，而實(shí)際檢修過(guò)程中發(fā)現(xiàn)個(gè)別間隙竟達(dá)到0.2 mm。噴油器工作時(shí)噴針與噴嘴均為靜止，圓柱配合面主要起對(duì)中作用，過(guò)大的配合間隙會(huì)造成噴針與噴嘴的對(duì)中性不好，進(jìn)而造成噴油器頭部的研磨密封性無(wú)法保證。修復(fù)噴針與噴嘴的配合間隙的方法主要是給噴針的配合圓柱面上電鍍以補(bǔ)充材料，填補(bǔ)間隙。而且有時(shí)候噴嘴的內(nèi)孔呈現(xiàn)圓錐形，此時(shí)要精確測(cè)量尺寸，根據(jù)配合要求在噴針的兩段配合面上電鍍不同厚度的材料，以保證配合密封性，修復(fù)完成后需要重新研磨噴油器前端的密封錐面，檢查并疏通油孔、油槽。

3 燃油系統(tǒng)存在的固有缺陷與改進(jìn)探索

該型空壓機(jī)所使用的開(kāi)式噴油系統(tǒng)已經(jīng)被現(xiàn)代柴油機(jī)所淘汰，原因是開(kāi)式噴油系統(tǒng)相比閉式噴油系統(tǒng)在燃油霧化、燃油的精確噴射與停止方面存在固有缺陷。為徹底改善目前該開(kāi)式燃油系統(tǒng)的不足，從理論上分析，可以在保證原始單循環(huán)的供油量和噴油時(shí)間不變的前提下，用一套目前技術(shù)成熟和成本較低的柴油機(jī)燃油零部件替換改進(jìn)。改進(jìn)時(shí)需要重新設(shè)計(jì)噴油凸輪，沿用舊泵體和柱塞偶件，泵體做少量改進(jìn)以實(shí)現(xiàn)出油閥偶件的裝配，安裝閉式噴油器，噴油器噴孔位置需重新調(diào)整，以滿(mǎn)足扇形椎體狀的霧化。經(jīng)過(guò)上述改進(jìn)，原來(lái)的開(kāi)式噴油系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為閉式噴油系統(tǒng)，一方面增加空壓機(jī)工作可靠性，另一方面如果做大量改進(jìn)則可以降低修理成本。

Beginning with the fuel system in diesel engine，combining the character of the open oil-injection system，a systematic analysis and research to the fault of black smoke is given and some effective methods are put forward to solve the problem，which puzzled people in equipment-guarantee.

64－115 air compressor;giving black smoke;open oil-injector

U673

C

1001－8328(2013)05－0015－03

周愛(ài)光 (1962-)，男，遼寧新民人，高級(jí)工程師，大學(xué)本科，主要從事艦船修理工作。

2013－04－19