康明斯柴油机供油系统故障分析

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摘要：本文从造成康明斯柴油机启动爆燃故障的原因出发，分析了康明斯柴油机燃油供给系统的特殊构成与工作特性，针对燃油供给管线布设中的问题进行了详细探讨，说明了PT柴油燃料系统安装的注意事项。

关键词：康明斯柴油机；启动爆燃；PT燃油供给系统；故障；低位浮子油箱；

引言

康明斯柴油机的燃油供给系统属于PT柴油燃料系统，此类柴油供油系统与一般柴油机的燃油供给系统相比，在组成、结构和工作原理上有很大的不同。PT燃油供给系统的基本工作原理是靠压力和时间来调节喷油量，也称为压力-时间供油系统，就是定时、定量的把滤清后的柴油以雾状喷入燃烧室，并根据外界负荷的需要对喷油量自动进行调节。

一、故障现象与隐患

起锚艇11号是我公司船舶施工处所属30KN起锚艇兼港作拖轮，装备两台康明斯KTA19-M3型柴油机，2011年由我公司船舶修造分公司建造。该船自建造完工投入使用以来，两台主机一直存在启动爆燃的现象，使用一段时间后，发现在柴油机油底壳机油中混有少量柴油，柴油机油底壳中渗进柴油后，会降低机油粘度和机油压力以及降低机油中各种添加剂的百分比含量，机油无法形成油膜造成运动部件的加速磨损，影响机油效果，如果渗入量较多，则会酿成柴油机烧瓦、拉缸等重大事故。

二、PT柴油燃料系统工作原理与特性分析

针对以上所述的隐患，我们分析了柴油机启动爆燃及柴油进入油底壳的故障原因：康明斯KTA19-M3型柴油机的燃油供给系统属于PT柴油燃料系统。而PT柴油供油系统与一般柴油机的燃油供给系统相比，在组成、结构和工作原理上有很大的不同。“P”和“T”分别是英文“压力”（Pressure）和“时间”（Time）的缩写，它的基本工作原理是靠压力和时间来调节喷油量，也称为压力-时间供油系统。下面对这套燃油系统做一下介绍：

起锚艇11号的康明斯KTA19-M3型柴油机这套系统由油箱、柴油滤清器、PT泵、喷油器等部分组成。由油箱流出的柴油通过滤清器后进入PT泵。柴油滤清器用于滤清和沉淀柴油中的杂质和水分，其结构和一般柴油滤清器相同。PT泵将从油箱吸来的柴油增压后压向喷油器，其出口处的压力是变化的，它是用改变供油压力来改变供油量，以适应柴油机在各种工况下的需要。而喷油器的作用是根据PT泵出油口的压力控制柴油的喷射量，并以高压将柴油成雾状地喷入燃烧室，多余的柴油经回油管流回油箱，这种喷油器的结构和一般喷油器的结构不同。

PT柴油供给系统是根据简单的液压原理来工作的，即：

1. 在密闭容器内的平衡液体中，任意一点的压力如有变化，这个压力的变化将传给液体中的所有各店，而且其值不变。

2. 流过小孔的液体的体积，与液体流经小孔的断面面积及小孔前后压力差的平方根成正比，即：

W=C・A・T

式中： W――流过小孔的液体的体积

C――流量系数

A――小孔的断面面积

T――流过的时间

G――重力加速度

r――液体的比重

P――小孔秦厚德压力差

由上式可以看出，当液体流经小孔时，由于小孔的节流作用，必然产生压力损失，小孔的截面积越小，压力降低越多。

把上述原理应用到PT柴油供给系统中还必须满足如下要求：

1. 一个燃油泵（PT泵），它从柴油箱吸出柴油并将柴油压送到每个气缸的喷油器。

2. 要能控制送往喷油器的柴油压力，使每个气缸能够根据柴油机工作的需要得到相应的供油量。

3. 适当尺寸和型式的柴油通道，使柴油机在所在的转速和负荷下，分配到各个喷油器的柴油压力都相同。

4. 各个喷油器接受从PT泵来的低压油，并将其定时、等量的以高压成雾状喷入燃烧室。

PT泵的作用就是完成柴油的输送和压力的调节，以控制柴油机的扭矩和转速。

三、燃油供给系统故障原因分析

根据康明斯柴油机这套燃油供给系统的工作原理和结构特点进行分析，造成柴油机起动爆燃和油底壳中出现柴油的原因是柴油在机器不工作时集聚在燃烧室里，分析整个油路，造成这种故障可有以下几个原因：

1.油箱处于喷油器高位，存在压力差，导致柴油在停机状态下经油箱和PT燃油泵自行流入喷油器，又经燃烧室渗进油底壳。

2.PT燃油泵主轴油封损坏，导致柴油通过此油封经正时齿轮箱进入油底壳。

3.PT燃油泵电磁切断阀密封圈失效，柴油通过切断阀自行流入喷油器，经燃烧室渗进油底壳。

4.当喷油器喷孔过大，（正常值约为0.2032mm）或受损时，燃油在停机状态下滴入燃烧室，进而渗进油底壳。

5.喷油器上、下两道O形密封圈失效，燃油通过密封圈进入气门室和燃烧室，继而渗进油底壳。

四、解决燃油供给系统故障的措施

我们针对上述可能的故障原因逐一进行排查，基本排除了PT泵故障、喷油器故障、燃烧不良等原因，产生故障的主要问题集中在油箱与喷油器相对位置不当引起燃油经喷油器渗漏的问题上。通过观察机舱内日用油柜与柴油机相对位置发现，日用油柜虽然出油口粗滤器管路所处位置低于柴油机喷油器，但因为总体高度略高，当燃油量较多时，油柜内液位任然高于喷油器，供油管路内压力较高，造成压力差，导致柴油在停车是经油箱和PT燃油泵自行流入喷油器，进入燃烧室形成累积，柴油机启动时造成爆燃，同时部分燃油穿过活塞环渗漏到油底壳，进入油系统。

要解决这个问题，则需降低日用燃油柜位置，使其成为低位油箱，但该船机舱内空间狭小，再做改动非常不便且工程量很大，同时工期长，耽误施工生产。因此决定截断日用油柜与柴油机燃油系统的直接联系，采取另安装一套低位浮子油箱的办法解决这个问题。具体方案如下图所示：

结束语

该型号柴油机燃油供给系统经此方法改装后消除了原先存在的问题，去除了故障隐患，满足了船舶使用要求，轮机人员反映良好，达到了预期的效果。目前国内各个水上施工企业所属工程船舶装备康明斯船用柴油机数量较大、市场占有率高，通过对该型柴油机故障原因的分析及供油系统的改造，使我们认识到其不同的结构与特殊的工作特性。船舶建造过程中虽然因为舱室空间有限而使设备安装和管路布设受到诸多限制，但必须注意到不同机械设备自身特性对安装的具体要求，统筹兼顾、才能取得良好的使用效果。

参考文献：

[1]重庆康明斯发动机有限公司.康明斯船用柴油机使用维护说明书：19～24

[2]王福根.船舶柴油机及安装[J].哈尔滨工程大学出版社 2006（2）：64～83

[3]满一新，余宪海.船机维修技术[M].大连海事大学出版社，2006（5） ： 201