柴油机常见故障分析及诊断

黄雪平，谭鹏，胡绪昌，王振强（中国卫星海上测控部，江苏江阴 214431）



柴油机常见故障分析及诊断

黄雪平，谭鹏，胡绪昌，王振强
（中国卫星海上测控部，江苏江阴 214431）

摘 要：分析了柴油机的故障机理、故障现象及故障成因，研究柴油机的故障诊断方法。总结归纳现有的柴油机故障诊断技术。

关键词：柴油机故障诊断

0　引言

船舶柴油机故障是船舶航行时的大问题，一旦出现将会对船的动力造成影响。所以关注柴油机的故障诊断及维修技术是新船建造航行的重大课题。柴油机的故障可分为启动故障和运行故障两类，目前对这两种故障的诊断技术种类众多，发展迅速，也越来越向智能化规范化发展。

1　故障原因

1.1摩擦、磨损

摩擦是柴油机运行过程中不可避免的现象，磨损是摩擦的必然结果，润滑则是改善摩擦、减缓磨损的有效途径。影响摩擦的因素主要有：润滑条件、表面氧化膜、材料性质、载荷、滑动速度、静止接触的持续时间、温度、表面粗糙度。针对摩擦所能做到的主要手段就是润滑。配件寿命短和早期损坏，绝大多数属于摩擦损坏。过度磨损由下面几种原因造成：第一，润滑油的压力过低，主要原因是可能是润滑油泵齿隙过大导致润滑油的压力达不到额定值，或者润滑油系统中的滤器或管路出现堵塞。第二，润滑油不纯净，其中含有杂质，尤其是一些硬质的颗粒会导致摩擦零件出现磨损的问题。第三，润滑油发生了变质，如润滑油中参杂有水、添加剂失效或者参杂了燃油等。第四，环境的影响，比如润滑油温度过高会导致粘度下降，此时柴油机没有冷却会使柴油机拉缸而停机。

1.2变形

船舶装置在正常运转过程中，由于零件间的存在误差，装置零件受外力作用而产生体积或形状的改变即为形变，也叫变形，其分为弹性变形与塑性变形。零件的变形会使零件间的摩擦加剧，加速磨损，直至损坏失效，还会导致装置整体设备破坏。变形的原因大致分为几个因素：外载荷、温度、内应力、结晶缺陷。减少变形的措施有：改善设计、加强加工、矫正修理、规范使用。

1.3腐蚀

腐蚀是由于金属与其所处环境介质发生化学或者电化学作用而引起的变质和破坏，会显著降低金属材料的强度、塑性、韧性等力学性能，破坏金属构件的几何形状，增加零件间的磨损，恶化电学和光学等物理性能，缩短设备的使用寿命，甚至造成火灾、爆炸等。影响腐蚀的主要因素有：金属特性、成分、零件表面状况、环境。减轻腐蚀危害的措施有：正确选材、合理设计、覆盖保护层、电化学保护、添加缓蚀剂、改变环境条件。

2　诊断技术

2.1故障分类

1）柴油机启动故障分为启动不了或启动速度慢、运转时不规则振动强烈，柴油机转速达不到额定转速或起动后柴油机运行不正常、转速有波动起伏、甚至于柴油机停不下来等；如起动空气系统故障、冷却系统故障、燃油系统故障、润滑系统故障等［2］。

2）柴油机运行故障包括以下几种反常症状。

外观反常有柴油机烟气异常：排气冒白烟、蓝烟、浓黑烟，排气管串火、放炮；柴油机气缸头检查孔发现漏水、漏气，冷却水中有机油、冒气泡、增压器端向外呼气或喷水等现象。

温度异常是指如燃滑油或冷却水温度异常，轴承过热等。

压力异常是指如滑油、柴油、冷却水压力、曲轴箱真空度反常等。

声音反常是指出现不正常的声音如：异常的尖锐叫声、沉闷的放炮声、异常的敲击声、起动时发生爆炸声、转速上下波动产生的声音、废气涡轮增压器出现不正常的振动声等。

2.2常见故障现象及原因

1）故障现象：不能启动。原因分析：燃油系统中有空气，输油泵不供油或断续供油/供油提前角不对/活塞环，缸套磨损严重/电瓶没电/启动机打滑/空气滤清器堵塞/排气管堵塞。

2）功率不足及功率突然下降。原因分析：空气滤清器堵塞/气门间隙不对/压力压缩不足/燃油系统进入空气或堵塞/喷油器雾化不良/柴油机过热/排气管不通畅。

3）运转时有不正常响声。原因分析：喷油时间过早，发出节奏的清脆金属敲击声/喷油时间过晚，发出低沉不清楚声音/活塞碰到气门，低速时在气缸盖附近有敲击声/曲轴与连杆瓦配合不当/曲轴与曲轴瓦配合不当。

4）突然自动停车。原因分析：曲轴与轴瓦卡住/活塞与缸套卡住/燃油系统有空气/空气滤清器堵塞。

5）冷却水出水温度过高。原因分析：冷却水供给量不足/柴油机内部堵塞/水温表或感应塞损坏/柴油机超负荷/散热器散热效果差。

6）故障现象：不供油。原因分析：供油泵故障/柴油滤器或油路出现堵塞/供油管路中有大量空气。

3.3故障诊断

1）信息的获取：直接观察、性能测定、磨损残余物分析；

2）信息的监测与分析：凭五官进行外观检查，振动测量，噪声测量，温度测量，油样分析，频闪观察法，泄漏检测，厚度检测；

3）信息的处理：时域处理、频域处理、幅值域处理、时差域处理以及传递特性分析；

4）诊断的方法：

由于机械设备工作过程复杂，故障因素多样且不确定，各种故障之间的联系又复杂多变，同一种故障会有不同的表现形式，没有明显的规律可循，是一种多参数、对变量的模糊关系。因此，利用检测的状态信息，通过处理、识别，确定故障类型及部位，是故障诊断各环节中最困难的一项工作。目前已应用或研究的诊断方法主要有：

①参数比较诊断法

它首先采集柴油机正常运转时的详细参数数据，建立数据库进行存储。然后对柴油机进行实时监测，采集实时参数与存储的正常参数进行比较可以分析判断出柴油机的异常表现。

②检测振动特性变化法

它是从测量机械设备的振动特性变化来判断故障的原因和部位。

③故障树分析法

故障树分析（FTA）又称事故树分析，是安全系统工程中最重要的分析方法。事故树分析从一个可能的事故开始，自上而下、一层层的寻找顶事件的直接原因和间接原因事件，直到基本原因事件，并用逻辑图把这些事件之间的逻辑关系表达出来。通过它可以知道柴油机设备的薄弱环节，预测柴油机故障的可能性及对故障进行诊断。

④计算机辅助监测与诊断

借助计算机对机械进行连续的监测，可在任何时刻都能很好地了解其运行状态。当出现故障时，计算机能及时发出警报，提醒操作人员采取相应措施，及时控制。计算机还能根据获得的有关信息，及时做出较好的诊断和解释。

⑤人工神经网络方法

基于神经科学研究的最新成果，作为人工智能的一个重要分支的人工神经网络（ANN）方法，是对人脑中的一种模拟。它可以列出故障的模式，将其进行匹配、对其联想记忆和并做出相似归纳，对故障的复杂成因、故障与症状间的复杂对应关系，都能进行分类及识别，可以反映故障与故障现象之间复杂的非线性的相互映射关系。现在人工神经网络方法正处于高速发展阶段，它为故障诊断提供了新的路径。

⑥专家系统

专家系统是一种人工智能的重要运用。它是一种以知识为基础的智能化、高效的计算机程序系统，是计算机辅助诊断发展的高级阶段，是采用人工智能中的知识表示和知识推理技术来模拟通常由专家才能解决的复杂问题的方法。研制专家系统是故障诊断技术的必然发展趋势。

⑦网络化

计算机网络的高速发展使人们共享数据与知识变得简单快捷。网络化是诊断技术与通信技术、网络技术、计算机技术以及控制技术相结合的产物，它也将是故障诊断技术的必然发展趋势。

3　结论

柴油机目前是船舶的主要动力设备，所以掌握柴油机的故障诊断和维修对于从事船舶行业的人来说非常重要。而柴油机的故障诊断和维修技术也是日新月异，所以我们既要掌握现有的诊断维修方法，也要积极学习探索新的诊断维修技术。

参考文献：

［1］黄少竹.船舶柴油机故障分析诊断技术［M］.大连海事大学出版社，2005.

［2］蒋磊.船用柴油机故障诊断技术现状及发展趋势［J］.船舶，2010（4）.

Fault Analysis and Diagnosis of Diesel Engine

Huang Xueping，Tan Peng，Hu Xuchang，Wang Zhenqiang
（China Satellite Maritime Tracking and Controlling Department，Jiangyin 214431，Jiangsu，China）

Abstract:This paper analyzes the fault mechanism，fault phenomenon and causes of diesel engine.It researches fault diagnosis methods of diesel engine.The existing diesel engine fault diagnosis technology is summarized.

Keywords:diesel engine； fault； diagnosis

中图分类号：TM307

文献标识码：A

文章编号：1003-4862（2016）06-0059-02

收稿日期：2015-12-29

作者简介：黄雪平（1992-），男，助理工程师。研究方向：船舶动力。