船舶柴油机燃油系统常见故障分析及排除方法的研究

摘要：柴油机在船舶实际生产中的应用日趋广泛，其中燃油系统被称为船舶柴油机的血脉和心脏，燃油系统的工作状况将对船舶柴油机的使用寿命和性能产生直接影响。本文主要对船舶柴油机在实际运行过程中燃油系统的常见故障进行分析，并结合实际研究提出了相应的故障排除方法。

关键词：船舶柴油机 燃油系统 故障 排除

1 引言

船舶柴油机为船舶提供电力和推进动力，所以也称为船舶的动力装置，它是保证船舶安全航行、作业和停泊，以及船员、旅客正常工作和生活所必需的动力机械设备。船舶柴油机燃油系统故障将直接影响船舶航行安全，影响柴油机的动力性、经济性和可靠性。燃油系统被称为船舶柴油机的血脉和心脏，燃油系统故障将直接影响船舶航行安全，对船舶柴油机的可靠性、动力性、经济性和使用寿命等性能产生重要影响。

燃油系统是被誉为船舶柴油机的血脉和心脏，而喷油泵就是燃油系统中最重要的组成部件――心脏，它的作用是使燃油由低压提升为高压，然后通过喷油器把燃油雾化，按船舶柴油机各缸发火次序定时、定量、均匀地喷入燃烧室内和空气混合形成可燃混合气，并燃烧做功。喷油泵的结构相对复杂，柴油机的三对精密偶件：喷油嘴偶件、喷油泵出油阀偶件和喷油泵柱塞偶件都集中在喷油系统当中。务必选择专用仪器调试调速器和喷油泵，调试好的调速器和喷油泵不能随便拆卸。这是因为喷油泵的供油均匀性、供油规律和供油量大小将会对船舶柴油机的经济性、可靠性和动力性产生直接影响。调速器性能的优劣也会对船舶柴油机工作灵敏性、可靠性和转速产生直接影响。喷油器性能优劣直接影响燃油的雾化质量，而燃油的雾化质量又会影响燃料的燃烧效果；尽管喷油器的结构不是很复杂，但一定要经过专用检测仪进行检查和调试。船舶柴油机燃油系统中的滤清器、输油泵、喷油器和高低压输送油管等组成部件的性能很重要，一定要特别注意保养，定期进行清洁和检查。此外，喷油正时也非常重要，即使燃油系统各零部件性能良好，但喷油提前角不对也会对船舶柴油机的经济性、动力性和排烟情况产生直接影响。在对船舶柴油机燃油系统进行故障诊断前，一定要对燃油系统方面的相关知识熟练掌握，针对船舶柴油机发生的故障与检测结果，进行综合分析研究，作出准确的判断，以最简捷有效、最科学合理的措施进行故障排除。

船舶柴油机在运行过程中发生各种故障，故障原因多样千变万化，英国柴油机工程师和用户协会曾作过专门的调查研究，研究结果显示，船舶柴油机的故障主要表现为燃油系统的故障，燃油系统故障占总故障的百分之六十以上，比例最大；而在造成船舶柴油机停机故障的各种原因中，燃油系统的故障所占比例也是最大的，约占总故障的百分之二十七。因此，探讨和研究船舶柴油机燃油系统的故障分析及排除方法具有极为重要的现实意义。

2 常见船舶柴油机燃油系统的组成

常见的多缸船舶柴油机的燃油系统主要组成部件：燃油箱、、输油泵、低压油路、喷油泵、高压油路、燃油滤清器、传感器、喷油器、电子控制单元等。其中，低压油路燃油压力相对较低，它的主要目的是将燃油输送到喷油泵；高压油路燃油压力较高，它的主要作用是将燃油以高压通过喷油器后喷入燃烧室，经燃烧后产生的废气从船舶柴油机的排气管排出。如图1所示。

图1 常见船舶柴油机燃油系统

1――油箱；2――高压油泵；3――滤清器；4――传感器；5――电子控制单元；6――喷油器；

7――限压阀；8――共轨管；9――压力传感器

船舶柴油机燃油系统主要组成单元由燃油供给和调速两部分构成，工作时，输油泵从油箱吸取柴油，送至柴油滤清器，经滤去杂质后进入喷油泵。柴油经过喷油泵作用后，压力被提高到10MPa以上，再根据柴油机的工作情况，改变喷油量，通过喷油器喷入气缸燃烧室内，并在很短时间内与压缩后的高温空气混合，形成可燃混合气。

由于输油泵的供油量比喷油泵供油量大很多（约为喷油泵标定工况下最大供油量的2～3倍），输油泵供应的多余柴油经喷油器回油管和限压阀（溢流阀）流回到输油泵进口或直接流回油箱。

调速系统通过一套与调速器相联接的机械传动机构直接移动喷油泵调节齿条来实现调节船舶柴油机转速，以防止船舶柴油机发生飞车事故。

当外负荷增加，柴油机转速过低时，调速器就利用操纵杆拉动喷油泵调节齿条向增加供油量方向移动，使喷油泵喷油量增加，从而提高转速；反之，则减少喷油量进而降低转速，最终达到稳定船舶柴油机转速的目的。

3 船舶柴油机燃油系统常见故障分析及排除方法

船舶柴油机在日常工作中会发生各种各样的故障，引起故障发生的根源千变万化，我们必须从表面现象到本质原因进行探究、分析和查找，并最终确定导致故障的根本原因，排除故障。

当船舶柴油机在运行过程中发生故障时，轮机工程技术人员应保持沉着、冷静，结合工作实践经验和相关专业知识，仔细检查，及时对故障的特征进行认真分析，并透过现象看清本质故障，对故障产生的根源作出准确判断。在实际工作中，应采取“观看”、“倾听”、“触摸”、“嗅闻”等综合方法确定船舶柴油机哪一个系统或哪一个部件发生了故障，然后“对症下药”，及时排除故障：

“观察”：观察现象。观察船舶柴油机排气烟色、各仪表的读数，以及油、水等温度、压力的变化情况；

“倾听”：倾听声音。用细长的螺丝刀或其它金属棒作为辅助工具，轻触船舶柴油机表面，诊断运动部件所产生的声音是否正常；

“触摸”：触摸温度和振动情况。依靠手掌感觉检查判断船舶柴油机运动部件、配气机构等的工作情况和船舶柴油机运转时振动情况；

“嗅闻”：嗅闻气味。依靠感官鼻子的嗅觉功能，辨别判断船舶柴油机各部位是否产生异常气味。

必要时，应配合拆检查找故障原因。如图2所示。

图2 船舶柴油机燃油系统常见故障分析研究及排除故障方法

3.1 各缸供油量不均匀故障分析及排除方法

当船舶柴油机的各缸供油量不均匀，偏离一定范围（在标定工况下超过百分之三，部分负荷时超过百分之十，怠速工况超过百分之十五）时，船舶柴油机就会出现工作粗暴、运转不稳、缸内积炭、排气冒烟、油耗增加和功率降低等现象。

（1）个别缸喷油器的喷孔因积炭或磨损，导致喷孔面积缩小或扩大。当喷孔面积缩小时，供油量则减少；喷孔面积扩大时，供油量增加。要按要求定期清除喷油器、喷孔积炭。

喷油嘴等精密偶件具有很高的表面光洁度、严格的几何形状和严密的配合关系，正常使用寿命一般为2500h以上，但据调查，除制造质量和保管欠妥等原因之外，由于乱拆乱卸、清洗不当、装配调整不当、使用劣质燃油等原因，很少喷油嘴偶件使用寿命超过1500h，一般多在500h左右，有的甚至更短。如检查发现，喷油嘴的精密偶件需要进行更换，必须清楚喷油嘴偶件在设计和制造过程中是按实际测量的流量值和技术精度误差段进行分组的，同一船舶柴油机一定要根据具体要求选取同一组的喷油嘴偶件，不能随意取用。

（2）各缸的柱塞偶件磨损程度会出现差别，个别缸的磨损相对较多，造成密封性能变差，导致该缸的供油量减少。因此，出现各缸供油量不均匀时应对柱塞偶件进行密封性能检查，对磨损严重，已超过允许范围时，必须对偶件进行更换，待喷油泵各偶件重新安装后，应拿到试验台上进行调试校验，使喷油器的开启压力与标准喷油器要求的开启压力一致，以保证各缸供油量均匀。

（3）油量调节机构的齿条与轮齿之间、调节叉与柱塞调节臂之间，由于磨损程度不同会造成固定螺钉松动，配合位置出现改变，导致柱塞斜槽与回油孔相对位置发生不同的变化，造成柱塞的有效行程出现差异，导致各缸的供油量不均匀。

当齿条与轮齿磨损严重，配合间隙超过规定值要求时，应进行更换；当调节叉与柱塞调节臂磨损严重，配合间隙超过规定值要求时，也必须进行维护或更换处理，否则会出现喷油泵供油不均匀或断油时刻不一致，供油间隔角度不一致，导致柴油机运转不稳定。

（4）若某缸出油阀弹簧弹力减弱，会使该缸的出油阀开启压力降低；若某缸出油阀配合不严密，该缸供油量就会减少。检查方法：先拆开高压油管，然后用手摇油泵泵油，如发现有柴油从出油阀螺母接头处冒出，可判断该缸出油阀弹簧弹力减弱或出油阀密封配合不严密。

（5）船舶柴油机正时齿轮直接驱动喷油泵，若正时齿轮出现磨损严重的现象，凸轮轴轴向间隙就会变大，导致联接花键或联轴节与凸轮轴轴承配合松动等原因，都会影响各缸的供油均匀度；在船舶柴油机运行过程中，应加强对喷油泵的联接件、正时齿轮、凸轮轴和轴承等传动件进行检查和维护，如出现磨损严重，间隙过大且超过允许值时，必须对该部件进行维理或更换，否则易造成船舶柴油机运转不平稳。

3.2 供油提前角不准确的故障分析及排除方法

供油过迟（提前角过小），船舶柴油机易产生后燃，启动困难，燃烧不完全，排气冒烟，温度过高，功率不足；供油太早（提前角过大），船舶柴油机工作时会发生敲缸现象，工作粗暴，易损坏零件，也会导致船舶柴油机功率降低。

（1）喷油泵出油阀弹簧的弹力会影响出油阀启闭压力，弹力不足或过大，会导致喷油泵供油提前角增大或减小，改变出油阀的开启时间，从而影响喷油量。检查出油阀弹簧的弹力，如弹力不足，应予以更换。

（2）出油阀偶件、柱塞偶件磨损严重，导致偶件配合间隙增大，造成船舶柴油机工作过程中柴油回漏严重，导致供油提前角变小，应更换磨损严重的出油阀偶件或柱塞偶件。

3.3 喷油泵安装不当的故障分析及排除方法

（1）喷油泵被动盘错装半圈：这是一个针对采用十字形联轴器联接的喷油泵会出现的问题，由于安装不当，在安装被动盘时错装了半圈（180°），导致发生船舶柴油机无法正常启动和排气管无烟排出的故障；就算船舶柴油机在强力带动作用下着火，依然会发生排气管严重冒烟、声音异常现象，导致船舶柴油机无法正常工作。发生这种情况时，应先把联轴器的联接螺钉拆下，然后将喷油泵凸轮转动半圈后重新正确安装，最后还要检查并调整好船舶柴油机喷油泵的供油正时。

（2）喷油泵半圆键安装不正确：这是针对采用法兰盘联接的喷油泵而言，当船舶柴油机发生供油正时不准确，导致发动机出现启动困难、水温过高和冒烟严重等异常现象时，原因大多是由于供油提前角自动调节器与供油正时齿轮和喷油泵凸轮轴之间的半圆键安装位置不对造成，这时可通过喷油泵法兰盘上的弧形孔无法进行有效调整，先拆下喷油泵，可看到半圆键上出现有较明显的压痕，然后重新进行正确安装即可。

3.4 船舶柴油机无法正常、回油管无回油的故障分析及排除方法

（1）检查燃油管路接头是否松动，燃油系统中是否有空气。若船舶柴油机燃油系统中有空气，应予以排除：拧松位于燃油滤清器和喷油泵上的专用放气螺钉，然后用手摇油泵连续进行泵油，待燃油系统中气泡冒尽，再拧紧专用放气螺钉重新进行泵油；当回油管路中有回油时，再将手摇油泵拧紧；最后，拧开位于高压油管上靠喷油器侧的螺母，用螺丝刀等工具撬起喷油泵内的柱塞弹簧座，待气泡冒尽后，再拧紧螺母并再撬动几下，按此方法逐缸进行检测，使每个喷油器均充满燃油。

（2）对输油泵进油管和接头处滤网进行检查：看看是否存在漏气或堵塞故障；如对上述故障排除后还是无法供油，再对输油泵等进行排查。

（3）启动船舶柴油机时，应将喷油泵机械调速器的操纵手柄推至空载位置，检查机械调速器的操纵手柄位置是否正确。

（4）滤清器阻塞：清洗滤清器或更换滤芯。

3.5 低压油路故障分析及排除方法

若船舶柴油机低压油路中的油管、垫圈或接头由于老化、磨损等原因而出现燃油渗漏现象时，外面的空气将会进入低压油路从而形成气阻，引起供油不畅，导致船舶柴油机加速迟缓或启动困难，甚至会出现起动一会后或稍加负荷就自动熄火的现象。所谓低压油路，是指由油箱至喷油泵进油腔之间的进油和回油管路。当油管由于燃油脏污堵塞进油滤网和柴油滤芯，或由于变形、老化或杂质堵塞致使油管的通油截面积减小时，船舶柴油机将会产生供油量不足、启动困难和发动机功率下降的故障，该故障的排查可直接就车完成，无须进厂维修。判断油路究竟是进了空气还是堵塞的方法：可用手摇油泵泵油使油路内油压达到一定压力，然后拧开接头处的专用放气螺钉，若发现气泡无法冒尽，那就证明低压油路密封不好，有进空气情况；如发现根本没有气泡从专用放气螺钉处冒出，而只有柴油冒出，但柴油冒出无力，那就证明油路由于变形、老化或杂质等原因被堵塞了；正常的现象应是稍为拧松专用放气螺钉，就马上看到有油柱以较高的压力喷射出来。

排除上述故障的方法：更换已老化或磨损的油管、垫圈和接头，预防上述故障的方法：按要求经常对柴油滤芯和进油滤网进行检查、清洗，防止堵塞；经常对管路进行检查，若发现有漏气等隐患时马上进行有效处理。

3.6 高压油路故障分析及排除方法

平时要注意经常查看高压油管端头密封面接头密封面和油管外貌等，如某缸高压油管由于变形、老化或杂质等原因而出现堵塞现象时，启动柴油机后在高压油管部位处会发出较响的敲击声，而且因为该缸无法正常进行工作而引起柴油机功率降低。检查上述故障的方法：用板手把位于高压油管进油侧的螺母逐缸拧松，注意倾听声音，如发现拧松某缸螺母后敲击声即刻消失，可判定该缸即为故障缸，对该缸高压油管进行更换，便可排除故障，同时注意：若只是更换单根高压油管，应先拧紧喷油器端再拧紧喷油泵端。

3.7 输油泵止回阀密封不良故障分析及排除方法

船舶柴油机启动后工作平稳正常，但熄火停车一定时间后发现启动困难，拧松放气螺钉有气泡冒出，需排放干净空气后才能重新启动，这种故障大多是由于输油泵止回阀密封不良引起。检查方法：拆下输油泵出油侧的螺钉，用手摇油泵泵油至出油接头油腔内充满燃油，停止泵油，若发现接头油腔内油面下降较快，则说明输油泵止回阀密封不严。用工具把输油泵止回阀拆下，检查其密封性能是否完好，密封接触座面上是否存在杂质颗粒，止回阀弹簧是否变形或折断，然后根据具体情况可分别采取研磨密封面、清理密封座面、甚至更换止回阀弹簧或止回阀等措施排除故障。平时观察到的正常现象应为接头油腔内燃油油面至少在3min内不发生降低，用手摇油泵泵油时会发现有较高压力的燃油油柱从出油接头处喷射出来。

3.8 输油泵活塞弹簧折断故障分析及排除方法

船舶柴油机在运行中突然熄火，无法启动。用工具拧开喷油泵的专用放气螺钉，如发现低压油腔内没有燃油或只有少量燃油，用手摇油泵泵油使燃油充满整个低压油腔，待排尽空气后重新启动柴油机，如柴油机能够工作，但运行一定时间后又出现突然熄火停机现象，原因一般是由于输油泵活塞弹簧折断或失效所引起的故障。拆下螺钉，更换折断的弹簧即可排除故障。

运用“看、听、摸、嗅”综合方法对船舶柴油机进行故障分析及排除，在有必要进行拆检时，应注意根据处理故障的实践经验和具体条件从简单单元拆起。

4 结语

船舶柴油机燃油系统的发生故障异常的情况在实际生产中千变万化，必须认真查清产生异常现象的原因，这就要求我们善于进行分析、推理、判断，透过现象看实质，找出发生故障的原因和部位，将故障排除。

参考文献：

[1] IMO.Regulations for the Prevention of Air Pollution from Ships[S]， MEPC 40，1997.9-15.

[2] 汪如林.如何排除船舶柴油机燃油系统故障[N].中国水运报，2001年.

[3] 周文华.船舶柴油机高压共轨燃油喷射――电控系统开发研究[J].内燃机工程，2001（3）：44-47.

[4] 蒋德明.内燃机原理[M].北京：机械工业出版社，1988.314-316.

[5] 邵恩坡.柴油性质与船舶船舶柴油机排放的关系[J].船舶船舶柴油机，2001，（1）：51-53.

[6] 周玉明.内燃机废气排放及控制技术[M].北京：人民交通出版社，2001.

[7] 黄茂杨.船舶柴油机高压共轨燃油喷射系统[D]，东南大学，2005年.

[8] 陈其谔.船舶船舶柴油机燃油应用技术[M].北京：人民交通出版社，1987.70.

[9] 孔繁霖.柴油机燃油系统常见故障诊断与排除[J].包钢科技，2002，（6）：35-39.

[10] 唐厚君，徐维新.一种共轨式电控船舶柴油机的燃油喷射系统[J].内燃机学报，2000（2）：117-122.

[11] 胡先富，胡以怀.船用船舶柴油机燃油系统诊断技术的发展[A].大连海事大学校庆暨中国高等航海教育90周年论文集（机电分册）[C]，1999年.