柴油机低速运转不稳的原因及对策

2020-11-29周刚

中国新技术新产品 2020年5期

周刚

（中交广州航道局有限公司，广东广州 510290）

柴油机在运行过程中所承受的负荷处于不断变化的状态，需要发挥调速器作用，将柴油机运转的速率控制在有效范围内，使柴油机在整个生产工作中处于稳定运行状态。但是，柴油机在实际工作过程中，存在转速不稳的现象，一方面不利于柴油机性能的有效发挥，对应的工作效率有所下降，间接导致出现一些安全隐患；另外，柴油机所消耗的油料将会增加，使柴油机的运行成本增加，在严重的情况下，柴油机的使用寿命会缩短。因此，对引发柴油机低速运转不稳的因素进行探讨具有一定的现实意义和必要性。

1 柴油机转速稳定需要的支持条件分析

首先，柴油机转速稳定需要由循环供油系统、喷油器等作为支撑，例如要求对每个循环供油系统提供相同数量的油，并且要求喷油器雾化质量相同，这样才能有效确保柴油机转速的稳定性。

其次，柴油机的稳定运转需要发挥调节器自动调节转速的作用，由于调节器在调节转速的过程中会根据外界负荷而变化。因此，要求所选择的自动调节器具有一定的灵活性，能够根据外部负荷的变化快速地对其转速进行调节，将其转速控制在有效范围内，使柴油机转速的稳定性增强。

2 柴油机低速运转不稳的负面影响及因素分析

2.1 负面影响

首先，柴油机低速运转不稳会影响柴油机的功率，在一定程度上会使柴油机的耗油量增多，间接增大了柴油机的使用成本；其次，倘若柴油机出现了严重的低速运转不稳的现象，在很大程度上会降低柴油机的使用寿命；最后，柴油机低速运转不稳会影响柴油机与其相配套的有关工作机械的稳定性，特别是柴油机提供发电动力时，由于不具备稳定的转速，导致其提供稳定的电源频率与电压等，此时不仅会使仪器与设备运行出现异常，可能还对柴油机和机组、电网等的并网运行产生不良影响。

2.2 因素分析

柴油机低速运转不稳定主要表现为怠速运转不稳定和“游车”这2 种现状，其中怠速运转不稳定指的是柴油机在怠速运转过程中出现不规律的震抖、转速快慢不均匀的现象，或者柴油机在换挡、减速等情况下出现熄火的现象，具体体现在以下2 个方面。

2.2.1 导致怠速运转不稳定的因素分析

怠速属于汽车工作状况的一种，是发动机在空挡情况下运转的一种现象。导致发动机怠速运转不稳定的因素主要有以下3 个。1）柴油机在运转过程中，如果负荷有所增加，对应地其转速将会下降，而怠速弹簧、启动弹簧在性能不佳或者调整不当的情况下，这些弹簧将会变软，供油齿杆无法快速地提高其转速，导致柴油机自动熄火的情况发生[1]。同时，当柴油机处于怠速运转过程中，其飞锤张开的角度比较小、磨损严重，滑套将会进入飞锤的内部，出现不连续的碰撞情况，导致怠速运转不稳定。飞锤受到离心力影响，不易对调速进行合理控制，一旦柴油机出现急减速的情况，供油拉杆调节无法准确达到怠速位置，导致发动机熄火。2）当柴油机处于低速运行状态，柴油机曲轴旋转的惯性比较小，如果喷油泵供油不均匀，使柴油机转速稳定性受到一定的影响。并且当喷油泵支撑凸轮受到磨损时，其轮轴可能受到一些无规律的窜动，导致柴油机出现运转不稳定的情况。3）当柴油机在气缸压缩力不足的情况下，由于不同气缸压力降低的程度不同，即使喷油泵所提供的油料比较均衡，也无法确保柴油机运转的稳定性。同时，在低压油路状态下，如果柴油机供油系统出现堵塞或者油质质量不达标，其供油量将会出现时多时少的现象，间接性导致柴油机运转不稳定。

2.2.2 造成“游车”现象因素分析

“游车”是指柴油机在低速或中速运转状态下，出现了具有规律性、持续时间长的故障情况[2]，主要由调速反应滞后于实际变速引发。

首先，当调速器内部杠杆连接销孔出现磨损或者松弛时，调节供油量的调速运转将会出现滞后现象，当调速反应滞后于实际转速的变化时，会使调节振幅不断提升，当调节振幅超出其规定范围，供油量的下降则会导致柴油机的转速降低，借助调节器来实现反向调节，导致调速超出允许的范围，从而发生“游车”现象。

其次，在稳速弹簧调节不符合要求的情况下，也会出现“游车”现象，这种情况与怠速不稳的条件下所发生的弹簧调整不规范情况类似，这类情况由稳速弹簧与供油系统无法共同作用造成。

最后，柴油机运速稳定需要喷油泵供油齿杆发挥其调节作用，但是柴油机在实际运行过程中，由于供油齿杆受生锈、变形等因素的影响，会出现严重的磨损情况，或者喷油泵调速器设备安装存在不合理的情况，这些情况都会减弱供油齿杆的灵活性，当其阻力达到一定程度，则会出现“游车”情况。借助灵敏的弹簧杆拉动阻力测试齿杆，8、6、4、2 缸喷油泵，其对应的拉动阻力范围分别应为≤150g、≤130g、≤90g、≤60g。

3 有效诊断和处理柴油机低速运转不稳定问题的策略

针对柴油机低速运转不稳的现状，可以通过优化故障检查方法、设备等来提升故障检测准确性，促使故障诊断、处理效率提升，从而有效解决柴油机低速运转不稳问题[3]。同时，在对柴油机低速运转不稳的原因进行分析的过程中，要求操作、维修人员能够用专业技能来判断其故障因素，用科学的方法来处理这些故障，减少人为因素导致的故障事件。可以从以下3 个方面入手对柴油机低速运转不稳定问题进行诊断和处理。

3.1 对燃油系统、调节器故障进行诊断和处理

首先，针对柴油机进油管道堵塞、喷油泵供油不连续等引发转速不稳定的现状，需要判断柴油机是否处于负重情况下，如果此时柴油机在负重条件下运行，则可以诊断出是由于负重情况引发的运速不稳定。而柴油机在空车、下坡环境下运速比较稳定，则可以判断出其燃油系统存在一定问题，需对该系统进行全面检查，了解该系统是否存在堵塞情况，通过定期保养、清洁等方式保证管道的畅通。

其次，针对调节器调节失灵导致的运转不稳定的情况，要求对其柱塞部件、柱塞套等进行检查，了解其安装位置、安装方式是否存在问题，一旦发现柱塞套安装有误，需要按照科学的安装方法对其重新安装；如果发现调速杠杠与喷油泵体摩擦力过大，可以借助锉刀对二者相连接的位置进行打磨；如果发现调速干间隙比较大，也可以利用锉刀对其锉修，这样能够提高调节器的灵活性。

3.2 对曲轴轴向窜动、油质不达标等因素引发的故障进行分析

首先，针对曲轴轴向窜动引发的柴油机转速不稳的情况，借助专用磨床，根据所要求的标准对曲轴齿轮断面进行磨削[4]，如果处于曲轴齿轮不易拆卸或者没有专用磨床的情况下，通过垫合适纸垫的方式来达到柴油机速率提高的目的，达到对整个调速系统进行调整的目的。同时，如果发现曲轴齿轮一端主轴承磨损比较严重，需要对其主轴承进行更换来保证柴油机转速的稳定。

其次，由于新换的调速滑盘孔与锥面跳动量间距超过其范围，可以制作一款专用的带锥度的芯棒，对其锥面进行测量，使其达到规定的范围。对喷油嘴部件被污染、喷油压力低等引发的转速不稳定的情况，要求定期对喷油嘴部件更换、清洁，将喷油压力调整在允许范围内。同时，针对柴油油质掺杂水分造成的转速不稳定的情况，要求按照所使用的柴油型号在正规渠道进行选购，定期对所使用的柴油品质进行检测，对柴油过滤器、箱体等进行科学的清理和保养，避免这些因素对柴油机转速的稳定性带来影响。

3.3 对柴油机调节器、喷油器等装置进行检查

首先，对柴油机转速不稳定故障进行诊断，可以将齿轮室上的观察孔盖拆下，然后启动柴油机，将调速杠杆固定在某一位置。如果这种情况下转速稳定，可以反映出其故障可能存在于调节器上，在此基础上，借助改锥将调速杠杆按住来判断其故障是否在调节器方面，在这种情况下，如果柴油机运转正常，则可以排除调节器方面的故障。

其次，需要进一步对燃油系统进行检查。柴油机燃油系统包括喷油器、出油阀和柱塞三大精密偶件，这些偶件间隙范围为0.001 mm ～0.003 mm，倘若间隙范围出现变化，那么必然会影响柴油的正常运行。例如将喷油泵接头上的螺母拆掉，观察其是否存在气泡特征，一旦发现有气泡冒出，则判断出油路内部存在空气，并对其管道、管道连接位置等进行检查[5]，了解这些部位是否存在破裂或者缝隙，如果发现管道破裂、管道连接位置存在缝隙等，需要采取相应措施进行处理。

最后，基于以上检查，如果柴油机转速依旧不稳定，通过更换喷油器来排查故障，如果更换喷油器后转速稳定，则说明原有喷油器存在故障。同时，将拆下的喷油器安装在高压油管上，启动柴油机，通过观察其喷油情况来判断故障，如果出现雾化、滴油等现象，说明喷油器存在故障。

3.4 使用单排供油技术缓解游车现象

单排供油技术指当柴油机处于空转运行时，不继续供给燃油给一排缸。因为仅有一排缸运行，增加了燃油量，同时雾化效果较为理想，会使各缸燃烧情况得到优化，柴油机转速也会逐渐稳定下来。当前，德国MTU 公司生产出的大功率柴油机很多都应用了单排供油技术，因为该技术能够使柴油机空转油耗减少，另外能够对柴油机的低速稳定性起到优化作用。柴油机中应用该技术，左纵拉杆各缸燃油会在柴油机空转工作时被停止，使柴油机的低速稳定性不断提升，减少空载油耗。