船机故障心莫慌，遇事不决船机帮
导读
MTU4000系列船用柴油机在工作时易出现过高的排气温度的不利工况，本文针对这一情况进行了故障分析，得到了引发这一故障的主要因素有：燃油质量、雾化质量、进气质量、运动部件状况，并对上述因素进行逐个的排查。
本文还探讨了燃油系统的工作原理，以及喷油器的工作原理、检查方法及故障处理，并提出了相应的应对措施。
此外，本文从管理的角度出发，给出了有效避免柴油机排温过高的建议，并阐述了对机械设备进行日常管理时需要注意的问题。
一、MTU4000系列柴油机以及排气系统
在20世纪90年代，德国MTU公司开发研制了MTU4000系列柴油机，该系列的柴油机能够达到当年IMOⅡ排放标准（船舶行业），原有的喷油泵也变为使用共轨式喷射系统(COMMON RAIL)。
MTU4000系列柴油机开发中运用到的新技术是柴油机燃烧技术，这一技术的优点是：共轨式喷射系统的利用改变了传统喷射系统的约束，削弱了有害物质的排量，同时也使 柴油机的燃烧效率得到了很大的提高，作为新一代柴油机，具有大功率、高速的特点。
MTU4000系列柴油机利用了直喷燃烧技术和液体冷却技术，总排量为65L，气缸径内为165ｍｍ，行程为190ｍｍ，柴油机的额定转速为2000rpm，按ISO3046标准最大功率为2320KW即为该款柴油机的系列号。
MTU4000M70是我国粤港澳地区高速双体客船主机的主要型号，下面以该型号为例对柴油机的进排气系统作简要介绍：
1、低负荷工作时
当发动机低负荷时（即转速低于1680），空气由A排废气涡轮增压器吸入并增压送入A排中冷器，由于低负荷时只有一半的气缸为有效做功，由ECU控制断缸喷油，B排增压器进气风门处于关闭状态，所以B排空气
通过A排中冷器与B 排中冷器之间的平衡管输入，空气经中冷器冷却后经由进气管进入气缸。
2、高负荷工作时
当发动机高负荷时（即转速高于1680），A、B排废气涡轮增压器同时工作，A排空气由A排废气涡轮增压器吸入并增压送入A排中冷器经冷却后由进气管进入到气缸头，B排空气由B排废气涡轮增压器吸入并增压送入B排中冷器经冷却后由进气管进入到气缸头，A、B排多余的增压空气由平衡管进去到中间的预推阀排到排气歧管。
二、常见故障检查，分析与修理
燃油燃烧情况能够通过排气温度的高低来判断，柴油机的排气温度过高时，会导致其热负荷增加，增强了热应力，这就会对材料性能、润滑条件、使用寿命等造成不利的影响。
若不能对过高的排气温度进行有效的控制，可能会导致零件烧毁，最常见的就是排气阀烧毁，零件烧毁可能使正在高速运行的柴油机的安全受到威胁。
因此，监测并控制好排气温度，有利于保证柴油机在正常工况下运行。
在对柴油机进行故障检修时，应提前向船方相关负责人咨询该主机在运性时的情况；如：排温偏高的状态是固定的还是波动的；排温偏高的气缸与正常温度气缸的偏差大小等。
这些信息对之后的故障判断都会很有用，排温偏高的气缸若是有波动则大多数是电气部分引起的故障，如排温传感器故障，信号线束故障，ECU故障等。
如果排温偏高数值没有波动的则大多数是机械部分引起的故障。
主机机械部分引起的排温偏高应要引起充分的重视，特别是在初步排除了燃油、进气方面的故障后应尽快泊厂检修。
1、燃油供给系引致的排温高
（1）雾化质量
导致雾化质量差的原因是：
燃油颗粒粗糙，质量差，燃烧时燃油与空气的接触不完全、混合不均匀，发生了不充分燃烧，提高了排气温度。
通过化学成分和技术指标可以分析燃油的质量，在对燃油进行选择审核这些指标，对于不能满足指标要求的燃油应该严格禁止使用。
因为一旦选用了质量不达标的燃油，燃油就会发生不充分燃烧，这会使得柴油机的排气温度持续增加。
在燃油选择的时候，除了要关注燃油的质量是否达标以外，其选择还应该具有针对性，即不同的机型所选用的燃油粘度应有所差异。
若燃油与柴油机不能进行合理的匹配，也会使得排气温度增大，甚至会导致柴油机的运行出现中断。
在进行燃油的选择时，还有应该考虑到燃油运行的温度，根据生产实践中四冲程柴油机的使用情况，可对燃油温度进行手动控制，通过对温度的调节来改变燃油的粘度，从而达到对燃油质量进行控制的目的。
（2）喷油器出现故障
导致排气温度过高的原因有三点：
1）启阀压力过低，启阀压力过低主要是由下述情况引发的：
因错误安装或卡死使喷油器处于常开状态；压力弹簧断裂；压力弹簧或安装在压力弹簧上的锁紧螺母发生松懈。
启阀压力过低，喷油器喷油开始工作时会提早喷油，喷油结束时又发生延迟，这就增加了喷油过程的时长。
喷油时长的增加会降低雾化质量、使得燃油发生不充分燃烧，降低燃烧质量；同时还是会使后燃期燃烧情况恶化加剧，进一步降低了加燃烧质量，此时机件会出现过热现象，引发排气温度升高。
2）喷油孔直径偏大，会降低雾化质量，造成燃烧不充分，从而增加排气温度。
3）喷油嘴出现小孔、裂纹、以及密封不严的情况，都会使喷油嘴出现滴漏的现象，导致后燃期时长增加、燃烧情况恶化，从而增加排气温度。
当出现这种情况时，需要拆下喷油嘴并观察其结碳程度，此外，还需要进行一系列的试验，包括：密封性试验、启阀压力试验、雾化质量试验，以便验证该情况产生的具体原因。
（3）喷油提前角过小或过大
柴油机的排气温度、最高爆炸压力、平均压力增长率都与喷油提前角有关。
角度过小，将导致后燃恶化，增加排气温度和热负荷、减小热效率。
角度过大，将导致滞燃期延长、最高爆炸压力增大、柴油机启动困难、以及震动严重等情况发生。
因MTU4000系列的燃油喷射是通过电子技术实现，实际生产中，应依据说明书对ECU的数据进行核实和控制，以便确定合理的喷油提前角。
2、曲柄连杆机构导致的排温高
柴油机处于工作状态时，由于气缸套、活塞、活塞环、气门及气缸等件产生损耗，必然导致气缸气密性变差，从而造成气缸内部压缩空气的能力降低，更严重的可能是，柴油机发生排出气体温度高以及燃烧恶化等现象。
之所以气缸的气密性会下降，存在以下原因：
MTU4000系列的排列形式是V形，活塞受到其本身的重力作用，导致活塞容易发生偏磨，活塞顶部的炭日积月累，偏磨现象也随之越来越严重，最终导致缸套失圆。
3、配气机构导致的排温高
（1）进气质量
倘若进入气缸的空气质量较低，亦或是摄入的空气虽新鲜但量不足，燃油处于燃烧时，没有充足的氧气便不足以支撑其化学反应正常进行。
产生的不良影响就是燃油未能充分燃烧，从而增加了排气温度。
实际工作时，为了避免上述现象，务必认识到进气质量低的缘故。
总结实际经验得出以下两个方面的原因：
一方面是进入气缸内的气体总量小，另一方面是进入气缸内的气体温度高。
针对进入气缸内的气体总量小的问题，又存在内因与外因两方面。
内因：
1）气缸的进排气道不通畅。
倘若进气道堵塞，进气量将明显减少；假如排气道堵塞，废气则不能及时排出，导致增压器转速变慢，进而导致供气量降低。
2）增压器的空气流道堵塞：
一方面与进气滤网不通畅存在关联，亦或是压气机端、废气涡轮端积垢过多。
外因：
柴油机受到周遭的环境影响。
倘若大气压为负压，将致使气缸内的空气量低，便增加了排气温度。
针对进气温度高的问题，以增压柴油机为例，增压器即为了压缩空气，由物理理论可知，空气压缩，体积减小，则温度升高。
增压器的进、出气口处的空气存在较大温差，最高时大于70℃。
如发现是空气滤清器或者滤网脏堵了则需要更换或者清洗，若是增压器压气端叶轮粘附太多油气混合物则需要拆下涡轮增压器进气端壳体进行压气端叶轮清洗。
（2）中冷故障
假若存在脏物堵塞了中冷器的冷却水侧与气道，将直接影响其冷却性能，相应的便会升高进气温度，最终导致柴油机排出废气温度偏高。
由此，可以了解中冷器的传热原理，即通过对流以及导热的作用形式，有效降低了涡轮增压器中增压空气的温度。
热量的传输过程为：
冷却管壁的外部（对流）→冷却管壁的内部（导热）→管内冷却水（对流）。
然而实际情况是，大量导热系数低的油性混合物会吸附在中冷器的壁面上，形成一定厚度，从而使导热性能严重下降。
因此，实际传热量远远小于理想状态。
冷却效果降低，会提高处于燃烧室中的空气温度，则最终导致柴油机的排气、工作循环以及压缩始点等环节的温度偏高。
相关实验证实，进气温度每升高1摄氏度，将导致循环温度升高3摄氏度。
此外，因燃烧室容积固定，进入柴油机的空气密度与温度成反比，即温度增加，密度必然下降，对应的就是空气量下降，则会导致燃烧恶化（未达到充分燃烧的油气比，供油量为定值，供气量降低），发生后燃，严重时在排烟管中仍发生后燃，以致于排烟温度剧增，降低主机功率。
或者，存在脏物堵塞流道，通过中冷器的空气量不足，使供气量下降，上述恶化现象更严重。
由于中冷器的工作性质以及结构，油气、粉尘易吸附于中冷器的空气侧通道内，构成具有一定厚度的污秽层，随着厚度增加，冷却效果逐渐变差，增加了扫气温度，降低了进入柴油机的空气密度，最终使主机排气温度远远增加。
因此，若发现中冷器存在进出口冷却水的温度差异小，或是增压空气温度显著提高的现象，则需立即清洁中冷器。
（3）进排气阀出现故障
排气温度增加的原因还包括：
未关紧进排气阀、未正确调整进排气阀的间隙。
进排气门的气门盘、气门杆以及密封门发生损坏；气缸头和排气门壳体间密封不严；未能合理调试气门间隙；在排气门杆导套的下半部分，存在积炭过多现象，使其被卡，导致气门泄漏。
一方面，进气阀阀杆顶部在长期使用后发生磨损，使其气阀缝隙增加，此时，会较迟打开进气阀并提早关闭，结果导致燃烧室的进气量下降，压缩终点压力减小，发生燃烧恶化现象，使排气温度偏大。
另一方面，进气阀卡死，阀盘烧蚀，进气阀密封锥面在长期使用后发生损坏。
此类状况都会降低进气阀的密闭性，燃烧室内的空气从该处泄漏，导致与上述相同状况。
碰到此类问题，需检查进气阀阀盘是否泄漏，观察进气阀气阀的缝隙是否处于合理范围。
存在以下几类原因：
一是阀盘密封线处不平整使密封性变差，其次排气阀卡住，还有阀盘由于烧蚀成孔。
该类状况都会使空气泄漏，减少缸内气量，降低压缩压力，发生燃烧恶化，最终使排气温度偏大。
碰到此类问题，需检测排气阀活络与阀盘密封性。
气阀驱动机构出现故障。
一方面，存在以下几种可能：
凸轮和滚轮长期摩擦损坏；顶杆发生形变；摇臂（作用于进气阀阀杆）磨损；调节螺丝（摇臂调节气阀缝隙）未紧实。
此时，会较迟打开进气阀并提早关闭，结果导致燃烧室的进气量下降，发生燃烧恶化现象，使排气温度偏大。
另一方面，调节螺丝的紧实程度太大，进排气阀缝隙小于正常范围，若气阀处于工作温度的上限时，会由于气阀未闭合产生泄漏，此外还会烧蚀阀盘，结果缸内气量降低，发生燃烧恶化现象，使排气温度偏大。
碰到此类问题，需检测其两者间隙。
三、结语
为了尽量使柴油机排出气体温度处于正常范围，以及使其尽量正常运转，从而达到工作寿命变长的目的，故建议如下：
①经常关注并检查柴油机的工作状况和参数。
②保证燃油、滑油、冷却水的特性符合发电柴油机的要求，保证燃油得到合适的预处理。
③对增压器的空气滤清器要定期查看，需要时则进行更换，以及清洁压气端和中间冷却器等部位。
④此外，依据说明书上的规定，每隔一段时间都要检查发电柴油机。
⑤养成良好的用机习惯。
本文原创作者系：
粤兴机电工程(中山)有限公司 尹晓科
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