柴油机燃油喷射系统的故障及处理分析解析.docx

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柴油机燃油喷射系统的故障及处理分析解析

重庆交通大学应用技术学院

2013届航运工程系毕业生论文

论文题目：

柴油机燃油喷射系统的故障及处理

班级：

10级轮机七班

姓　　名：

陈伟涛

指导教师：

谭显坤

日期：

2013年6月6日

重庆交通大学应用技术学院航运工程系

柴油机燃油喷射系统的故障及处理

轮机七班陈伟涛

[内容提要]:

柴油机的喷油系统主要由高压喷油泵、喷油器和连接喷油泵与喷油器的高压油管组成。

喷油系统必须能够保证柴油机具有良好的燃烧过程，保证柴油机的动力输出和运输的可靠性和经济性，对此，对喷油设备的类型及功能要求就非常高。

喷油设备中由于存在精密偶件，在设备运行的过程中由于油的品质，运行操作等影响，喷油设备容易受到损坏，对柴油机的正常运行有较大的影响。

本文详细介绍了几种喷油泵、喷油器的作用和特点，及常见的故障和处理措施。

关键词：

柴油机喷射系统喷油器喷油泵作用故障措施

[Abstract]:

Dieselfuelinjectionsystemmainlyconsistsofhigh-pressurefuelinjectionpump,injectorandconnectionwithhigh-pressuretubeoftheinjectorfuelcomposition.Theinjectionsystemmustbeabletoensuredieselenginehasgoodcombustionprocessofdieselengine,guaranteethereliabilityofthepoweroutputandtransport,andtheeconomyoftheinjectionequipmentforthis,thetypeandfunctionalrequirementisveryhigh.Duetotheexistenceofinjectionequipment,precisionaccidentallypiecesintheequipmentrunningprocessbecauseoilquality,operation,suchasinjectionequipmenteasilyinfluenceweredamaged,thenormaloperationofdieselenginehaveamajorinfluence.Thispaperintroducesseveralkindsofinjection,injector,functionandfeatureandcommonfaultandmaintenancemethod.

[Keywords]:

DieselengineInjectionsystemInjectorandfuelinjectionpumpFunctionfaultmaintenance

引言

现代船舶柴油机的燃油喷射系统绝大多数采用直接作用机械驱动式（简称直接作用式或直接喷射式），即由喷油泵排出的高压燃油直接作用于喷油器并喷入气缸。

根据喷油量调节机构的不同，喷油泵又分为回油孔调节式和回油阀调节式两大类。

回油孔式喷油泵结构简单、紧凑，价格低廉，因而在大、中、小型柴油机中普遍应用。

与回油孔式喷油泵相比，回油阀式喷油泵密封和耐磨性好，但是回油阀式喷油泵体积大，不适用结构紧凑的高速及中速柴油机使用，通常用于大型低速柴油机，回油阀式喷油泵的结构比较复杂，造价较贵且管理麻烦。

喷油器均为液压启阀式。

1.燃油喷射系统的组成

1.1喷油泵的作用和分类

喷油泵是柴油机喷油系统中最重要的组成部分，它的作用是对燃油建立高压，然后按各缸发火次序定时、定量、定压均匀地通过喷油器，把雾状的燃油喷入燃烧室内燃烧作功。

如果供油量过多则不能完全燃烧，柴油机指标恶化、经济性下降；如供油量太少，又会引起柴油机动力不足。

如供油时间不恰当，会同时影响柴油机经济性、动力性及排放指标。

如各缸供油不均匀度超标，则个别缸会超负荷，而有的缸不能充分利用，这样既影响柴油机的工作稳定性，亦影响其他性能。

可见，只有当喷油泵正常的供油条件下，柴油机才能正常工作，为此，人们常把喷油泵称作是柴油机的“心脏”。

喷油泵有回油孔式喷油泵和回油阀式喷油泵。

不管哪一类，喷油泵的关键在于一个“泵”字。

泵油的数量、压力和时间都要非常精确，并且按照负荷自动调节。

喷油泵是一个加工精细，制造工艺复杂的部件。

（1）回油阀式喷油泵

结构特点：

回油阀式喷油泵的特点是柱塞上没有斜槽，泵中设有进、回油阀，进、回油阀由柱塞通过摆杆驱动。

工作原理：

始点调节回油阀式喷油泵的工作原理，当柱塞从最低位置上行到一定位置时，摆杆的右端和顶杆下降到刚刚脱开进油阀时，进油阀在弹簧力作用下关闭。

这时柱塞上部的燃油开始被压缩，这就是喷油泵的几何供油始点。

当柱塞上升到最高位置时泵油终止。

此时，摆杆右端和顶杆均处于最低位置，在进油阀和顶杆之间出现一间隙。

当柱塞处于最高位置时，此间隙越大，表示柱塞有效行程越长，油泵供油量越大。

调节进油阀下方的间隙就可以调节喷油泵的供油量，一般调节供油量的方法有两个：

一是转动偏心轴，即改变摆杆的偏心支点的高低位置来使摆杆右端抬高或放低，亦即将顶杆抬高或放低，因而使间隙变小或增大，这是“油量总调”。

二是转动顶杆下部的调节螺钉，按逆时针方向将调节螺钉旋出，顶杆伸长，间隙减小，供油量减小，这是“单独调节”。

图1-1回油阀式喷油泵的工作原理

图1-2回油孔式喷油

（2）回油孔式喷油泵

结构特点：

回油孔式喷油泵的结构特点如图1-2所示。

其主要零件是油泵柱塞1与套筒2（两者称柱塞偶件）、出油阀13与出油阀座8（称出油阀偶件）。

其中柱塞偶件是关键部件。

调节齿条4与柱塞1上的齿圈相啮合，移动调节齿条带动柱塞转动，以实现油量调节。

图1-3为一光滑的圆柱筒，上部有进油孔2，套简装在油泵体壳体内，油孔2与泵体内的低压油道相通。

柱塞5为—光滑的圆柱体，它的上部开有直槽3和螺旋槽4，下端有凸缺6和小头7。

柱塞装在套筒内，两者之间配合精度高、间隙小（一般为0.0015-0.0025mm），为了保证获得高压，又要保证柱塞偶件间必要的润滑间隙。

柱塞偶件都经过研磨选配成飞对，不能互换。

图1-3柱塞和套筒结构图

工作原理：

柱塞下行，从柱塞顶面打开套筒上的进、回油孔开始，随着柱塞的下行，上部容积增大，燃油在进油压力的作用下经进、回油孔进入套筒内腔，直到柱塞运行到最低位置。

当柱塞从最低位置被喷油泵凸轮顶动开始上行时，部分燃油经进、回油孔流回进油空间，直到柱塞上部端面将回油孔关闭，燃油才开始受缩。

柱塞继续上行，套筒内腔的燃油压力逐渐增大，当压力增大到超过高压油管中的剩余压力与出油阀弹簧压力的合力时，出油阀开启，高压燃油经高压油管流向喷油器。

当柱塞上行到斜槽打开回油孔时，柱塞上部的高压燃油即经柱塞头部的直槽和斜槽与回油孔相通而流回进油空间。

此时，套筒内腔的燃油压力迅速下降，出油阀自动关闭，喷油泵停止供油。

1.2喷油器的分类和作用

喷油器的作用：

喷油器是柴油机燃油系统的重要部件之一，其主要作用是燃油在一定的压力下，以雾状的形式喷入燃烧室，并合理分布，以便和空气混合形成最有利于燃烧的可燃混合气。

喷油器的分类：

喷油器按结构形式分为开式喷油器和闭式喷油器两种。

（1）开式喷油器。

开式喷油器的结构简单，没有针阀等闭锁机构，其蓄压室通过喷孔直接与燃烧室相通，当喷油泵供油时，泵油压力只要高于气缸内介质压力并克服喷孔节流阻力，燃油在压力差的作用下，将燃油喷入气缸。

因开式喷油器没有针阀等运动部件，因此结构简单；缺点是在低速、小负荷工况时，燃油雾化不良，燃油与空气混合质量不高；喷油终止时，又滴漏油现象，容易造成积碳、喷孔堵塞等问题，影响工作的可靠性。

（2）闭式喷油器。

所谓闭式，就是在喷油器上安装针阀，针阀被喷油器弹簧预紧压在阀座上，形成喷油器闭锁机构，它将高压油路系统与燃烧室分开。

这种闭式喷油器的优点是，喷油开启压力可以通过调整针阀弹簧预紧力、喷油压力大小和作用时间，可保证喷油的持续时间；喷油开始和结束迅速准确；燃油被切断后，无后滴现象。

由于闭式喷油器这些优点，所以得到广泛应用。

1.3闭式喷油器的结构和工作原理

1.3.1闭式喷油器结构

闭式喷油器是由喷油器体、紧帽、针阀偶件、针阀弹簧、调节垫片、进油管接头和回油管接头，中间体等组成。

喷油体：

在密封锥带上部，制有蓄压室、下部喷嘴处有集油槽压力室，他们分别为燃油压力和喷射压力聚集室，在集油槽处钻有喷油孔，孔径为dc、孔深用b；集油槽宽用c，深度用t表示，针阀体上制有进油道与蓄压室相通。

针阀偶件：

它是燃油系统三大精密对之一，由针阀和针阀体组成。

针阀：

也称喷针，其头部视其类别不同而各异。

圆锥体部分与阀体表面是高精密度配合面，圆锥面起切断油路和密封作用，防止燃油进入燃烧室；当针阀抬起时，形成环状通道，圆锥角一般为60°；后部锥体处于喷油器蓄压室内是燃油压力作用面，针阀上部是导向部和配合表面，配合表面精度很高。

在针阀尾部是直径较小的支撑部分，针阀上升时尾部支撑部与顶杆接触止动。

针阀压力调整装置：

针阀压力的调整装置有针阀弹簧、调整垫片、弹簧座、调整螺栓等组成。

调整螺栓可调整针阀弹簧预紧力，借以调整针阀开启压力，顶杆螺栓可调节针阀升程（y）的大小，渗漏柴油通过泄油螺栓中孔，流入回油管。

喷油器头部结构：

喷油器头部有两种结构形式，一种是喷孔式，另一种是轴针式。

他们由喷油器针阀头部和喷油器体头部配合形成。

1.3.2闭式喷油器的工作原理

从喷油泵压出的高压燃油，经过高压油管、管接头缝式滤清器，通入喷油器体内腔油道进入蓄压室。

当蓄压室压力积聚升高，超过作用在针阀承压锥面的喷油器弹簧预紧压力和针阀体运动惯性力时，便使针阀产生向上抬起的趋势。

设作用于针阀承载面上的垂直分力为pu，喷油器弹簧恢复力和惯性力为E，两者作用方向相反。

当puE，针阀在pu作用下，克服喷油器弹簧恢复力和向上运动的针阀惯性力向上抬起，此时在针阀锥体和喷油器体座面之间形成环形通道，柴油压力一部分向针阀抬起空间填充并进入喷油气体头部集油槽和喷油孔道，另一部分保持针阀向上运动，当pu>>E时，针阀向上运动位移达到ymax（针阀最大升程），被安装在针阀体上部的止动销止动，不再向上抬起，此时，若喷油器中柴油喷油压力又大于气缸内介质压力，柴油从喷油器喷出。

当喷油泵沟通回油孔泄压后，燃油在喷油器内的压力减小，被压缩的燃油膨胀，可继续使针阀处于抬起位置且延长喷油持续时间；当pu

喷油器完成一次喷油过程。

所以，喷油泵按喷油规律供油，喷油器完成喷油过程。

提高针阀开启速度，降低针阀坐落对密封锥面的冲击应力，可以改善喷油特性，提高喷油器使用寿命。

针阀开启压力的调整多采用改变预紧垫片厚度的办法，只能有初调整；采用低惯量针阀，可减小坐落时的冲击力，提高使用寿命。

2.喷油设备的常见故障分析及处理措施

2.1喷油泵的常见故障分析

喷油泵的主要故障有柱塞、套筒偶件故障和阀偶件的故障。

塞和套筒是高压油泵中的一对重要的偶件，其作用是保证高压油泵准确的正时、足够的供油压力、精确的供油量和可靠的工作。

高压油泵工作一段时间后，柱塞-套筒偶件主要产生以下损坏：

（1）圆柱配合面的过度磨损

柱塞和套筒的工作表面产生磨损，柱塞螺旋槽附近的工作表面磨损尤为严重，套筒的最大磨损部位一般在油孔的上部。

配合面的磨损将使配合间隙增大，泵油压力降低，进而影响喷油压力，导致雾化不良，燃烧恶化；各缸油泵的柱塞-套筒偶件的磨损不同，泵油压力不同，各缸喷油量不等，以致各缸功率不等，柴油机各缸功率不平衡。

（2）柱塞工作表面的穴蚀

柱塞螺旋槽附近的工作表面上产生穴蚀。

穴蚀时由于燃油喷射终了时，螺旋槽的边缘将回油孔打开的瞬间，套筒内的高压油急速冲出，使套筒内压力骤然降低。

螺旋槽边缘的油压低到该处温度对应的燃油蒸发压力时燃油气化形成气泡。

随后的高压燃油或其压力波使气泡溃灭，强大的冲击波作用使螺旋槽附近的工作表面金属剥蚀，即产生穴蚀。

（3）圆柱配合面上的拉痕及偶件咬死

柱塞-套筒偶件圆柱配合面，还会产生纵向拉痕，偶件卡紧甚至咬死。

这两种损坏的主要原因是由于燃油净化不良、燃油中含有较多坚硬的机械杂质、配合间隙过小和偶件材料热处理不当引起的。

（4）出油阀-阀座偶件故障

出油阀-阀座是高压油泵中的另一对精密偶件，在高压泵中起蓄压、止回和减压的作用。

出油阀-阀座偶件的主要损坏形式：

工作表面过度磨损。

出油阀的导向面、减压凸缘和密封锥面产生过度磨损；出油阀座的密封锥面和内孔产生过度磨损。

偶件配合面的过度磨损将使配合间隙增大，泵油量增多，造成不完全燃烧的后果。

密封锥面的磨损导致密封性下降，高压油回流，泵油压力降低。

阀与阀座卡紧、咬死或关闭不严而使出油阀处于常开的故障。

2.2喷油泵的常见故障及处理措施

（1）喷油泵磨损导致柴油进机油：

机油明显升高，且伴有柴油味，严重时从加机油口或通气孔向外冒油。

对于活塞式输油泵，柴油进入机油，只有俩种途径；柴油可直接从输油泵的滚轮体侧间隙进入喷油泵下室润滑油中；喷油泵分泵柱塞偶件磨损超限，造成分泵内漏，内漏的柴油会流入润滑油中。

处理措施：

打开喷油泵的侧盖，启动发动机，若分泵柱塞处有柴油溅出，说明分泵柱塞偶件磨损超限，需更换柱塞偶件并应在试验台上校验喷油泵。

拆下输油泵用手油泵泵油，若输油泵滚轮侧间隙处有柴油冒出，证明输油泵有故障。

也可拆下输油泵及各连接油管，拧紧手油泵，堵住输油泵的出油口，从其进油口引入压力为0.4MPa的气体，若滚轮侧间隙有气体冒出，则证明输油泵有故障，应更换。

（2）喷油泵出油口与高压有关接头处漏油：

喷油泵凹型出油口与圆凸型高压有关街头因磨损导致密封不严而漏油。

处理措施：

在喷油泵出油口凹型接头上加垫一个凹型圆铜垫即可。

此种垫在各校泵厂都有，且可随校泵免费赠送，喷油器与高压油管连接处漏油也可采用此法，实践证明效果非常好。

（3）喷油泵轴折断：

若喷油泵４个细牙螺栓拧不紧，在发动机工作时，松动的泵与泵座发生干磨，进而出现间隙越大，最后将导致喷油泵安装位置发生移位，喷油泵与传动轴不同心而使轴折断。

处理措施：

用适当厚薄的紫铜皮作垫，垫在泵与泵座之间。

消除间隙。

装复喷油泵时，应先清理螺纹孔，然后将4个固定螺栓拧紧至规定力矩，并检查喷油泵轴与传动轴的同轴度，不符合标准应重新调整。

建议在拆喷油泵时，可连同泵座一同拆下。

2.3柱塞偶件的处理措施

柱塞偶件圆柱配合面磨损后，一般采用以下方法修复：

（1）寸选配法

将一批磨损报废的柱塞、套筒分别精磨消除几何形状误差后按加工后的尺寸重新装配，在保证要求的配合间隙下互研称一对新偶件。

此法重新选配率较低，一般约为20%左右，并且在零件数量较少和船上条件不宜采用此法修复。

但可以使部分报废偶件重新获得使用。

（2）修理尺寸法

保留套筒，对其进行机械加工消除几何形状误差，按修理后的套筒尺寸配制柱塞，互研后达到要求的配合间隙。

（3）镀铬修复

采用镀铬工艺修复偶件使恢复要求的配合间隙。

常采用偶件之一进行镀铬，即将套筒内孔加工或修理尺寸，使柱塞外圆面镀铬达到修理尺寸，互研成对，保证恢复要求的配合间隙和性能。

此法效率高，可使90%以上的偶件恢复使用。

套筒端面腐蚀密封不良时可在平板上按“8”字形研磨。

2.4喷油器的常见故障分析及处理措施

喷油器是柴油机的关键部件，其工作的好坏直接影响柴油机的动力性、经济性、排放、可靠性。

根据混合气形成和燃烧的要求，喷油器应具有一定的喷射压力、喷射行程、合适的喷油锥角，此外喷油器在需停止喷油时应能迅速切断燃油供给，不发生滴油现象。

因此，对喷油器必须予以重视。

（1）针阀与针阀孔导向面磨损：

针阀在针阀孔内频繁地往复运动，加之柴油中杂质污染的侵入，会使针阀孔导向面逐渐磨损，因而间隙增大或出现拉伤刻痕，导致喷油器内漏增加，压力降低，喷油量减少，喷油时间滞后，造成柴油机起动困难。

当喷油时间延迟过多时，柴油机甚至不能运行，此时应更换针阀偶件。

（2）喷油器雾化不良：

当喷油压力过低，喷孔磨损有积碳、弹簧端面磨损或弹力下降时，都会致使喷油器提前开启，延迟关闭，并形成喷油雾化不良现象。

柴油机功率下降，排气冒黑烟，机器运转声也不正常。

另外，由于粒径过大的柴油雾滴不能充分燃烧，便顺着缸壁流入积油盘，使机油油面增高，粘度下降，润滑恶化，还可能引起烧瓦拉缸的事故。

此时应将喷油器拆开清洗、检修，重新调试。

（3）喷孔阻塞：

因为燃油中混进了固体杂质微粒，或因燃烧不良产生积碳，工作时间稍长就会积结在喷油器的喷孔周围，使喷孔成为半阻塞状态。

喷孔一旦被阻塞，喷油泵的供油压力就会上升并伴有敲击的声音发出。

处理措施：

一方面是对于进入喷油器的燃油要经过严格的过滤；另一方面通过改善燃烧，防止因积碳过多而阻塞喷孔。

（4）喷油嘴滴油：

当喷油器工作时，针阀体的密封锥面会受到针阀频繁的强力冲击，再加上高压燃油不断地从该处喷射出，锥面会逐渐出现磨损或斑点，从而造成喷油器滴油。

当柴油机温度低时，排气管冒白烟，柴油机温度上升后则变成黑烟。

排气管会发出不规则的放炮声，此时若停止向该缸供油，排烟和放炮声就会消失。

处理措施：

拆下喷油嘴，检查针阀的运动是否灵活，座面的密封性是否良好，然后进行仔细的清洗和研配或者更换新的喷油嘴偶件。

（5）喷油嘴腐蚀和端部积碳喷油嘴腐蚀是由于排气中硫化物引起的冷态腐蚀所致，发生腐蚀的喷嘴是因为金属表面太冷，以致于受到化学侵蚀。

凡发现腐蚀的喷嘴应一律换掉。

喷嘴的端部积碳在柴油机怠速或低负荷下运行时容易形成。

当柴油机负荷增加时，结集在喷油嘴上的碳渣在燃油喷出时就会被烧掉。

端部积碳对于燃油的雾化以及在燃烧中燃料分布的均匀性产生一定的影响，造成燃烧不完全，柴油机的功率下降，并带来后燃现象及各种机械故障的产生。

处理措施：

将喷嘴器拆下，用机械或弱腐蚀的方法清除掉喷嘴上的积碳。

喷孔内部的积碳清除很重要，但一定保护好密封座面，使其不受损伤。

为防止清除用的钢丝折断在孔中，必须将钢丝装在夹头中进行，钢丝露出喷孔的长度不应超过2 mm。

（6）针阀卡死

柴油中的水分或酸性物质会使针阀锈蚀而被卡住，针阀密封锥面受损后，缸内可燃气体也会窜入配合面形成积碳，使针阀咬死，喷油器便失去喷油作用，致使该缸停止工作。

处理措施：

拆下喷油器，取出喷油嘴偶件，用工具将针阀拔出，如果不易拔出，可先将喷油嘴偶件放到柴油中加热20 min左右然后再取。

取时在针阀的尾部垫上铜皮，用钳子夹住尾部边旋转边往外拔。

拔出后放到清洗液中进行清洗，然后再重新装入。

如果是脏物侵入，经过清洗后便灵活了，如果是由于偶件的几何形状影响了灵活，要加入少量的研磨膏，进行轻轻的研磨，研磨后还要进行清洗。

（7）弹簧折断

喷油器的调压弹簧除钢性下降产生永久变形外，折断也是经常发生的，这已成为喷油器的薄弱环节之一。

主要是因为在高温高负荷、高频率的工作条件下，弹簧钢性的耐疲劳强度差而引起的。

处理措施：

提高耐疲劳强度，选择优质的耐热耐疲劳的材料，进行增强耐疲劳强度的表面处理喷丸等。

为了使调压弹簧工作安全可靠。

降低弹簧动力负荷，可将喷油器设计成弹簧能沉浸于喷油器体内的柴油中，使喷油器工作时，弹簧的工作圈相接触时能够产生液压“缓冲”和某些润滑作用，以防止其接触表面形成麻点面而导致弹簧的断裂现象。

在船用柴油机中，喷油设备的工作对喷油的燃烧有重要作用，因而对喷油设备的主要组成部件、喷油泵、和喷油器进行正确的故障分析，以便能更正确的维修和保养，使之在最佳状态下工作是十分必要的。

致谢

本论文是在我的老师谭老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。

他严肃的科学态度严谨的治学经神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。

谭老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向谭老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

我还要感谢在一起愉快的度过毕业论文小组的同学们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。

在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!

最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们!

最后，再次对关心、帮助我的老师和同学表示衷心地感谢！

参考文献

[1]李春野，付克阳主编.主推进动力装置[M].大连：

大连海事大学出版社.2008

[2]船舶柴油机/黄步松主编.北京：

人民交通出版社，2009.9

[3]朱建元主编.船舶柴油机.北京：

人民交通出版社.2008