【船机帮】MTU396柴油机气缸断油装置故障分析与排除

在某型船MTU16V396主机维修保障中，经常遇到主机起动后或接排 (齿轮箱与柴油机和船舶推进装置接合输出动力) 时，因气缸断油装置的因素导致的柴油机运转不稳定，转速波动 (习惯称 “波速”)的故障。

波速多发生在柴油机冷车起动后，持续时间不尽相同，一般2～10min。

当柴油机运转一段时间后温度上升，波速自行消除；短时内再次起动柴油机时也不会再出现波速现象。

还有一种情况是空车时转速不波动，接排后转速波动，且不会自行好转。

长期转速不稳定对柴油机正常工作不利；而接排后转速波动，柴油机将无法正常运行。

由于气缸断油装置的结构和该型柴油机控制系统的功能设计都比较特殊，须要从机械 、电控两方面综合分析，排查故障。

气缸断油装置是MTU16V396型柴油机的特有设计之一。

其作用是在低负荷时 (主要是怠速时) 将部分气缸的供油切断，使其不投人工作，以解决低速燃烧不好的问题。

MTU16V396柴油机采用两个串联的喷油泵各向前后8个气缸供油，如此为气缸断油设计提供了方便性。

气缸断油操作即停止一个喷油泵供油，使其控制的8个气缸不工作。 

气缸断油装置工作原理如图1所示。

图 1 气缸断油装置原理图

控制齿杆 6和 15分 别为 Ⅱ号喷油泵和 I号喷油泵的供油控制齿杆 ，两者通过液压装置联动或分离 。

Ⅱ号喷油 泵控制齿杆受电子调速器执行器 (电磁铁 )控制 ，I号喷油泵控制齿杆则通过气缸断油装置与Ⅱ号喷油泵控制齿杆联接。 

柴油机起动时需要较大的供油量，处于全缸工作状态。

起动后，控制系统 (ECS)监测到运转状 态 (离合)、转速 (怠速)、时 间 (起动滞后)和齿条位移符合预先设定的断缸条件时，就给电磁阀 发送信号使其动作，控制压力油在气缸断油装置内部的流动方向，从而脱开另一喷油泵的齿条联接，使其停止向气缸供油。

当ECS监测到条件变化时，如转速或负荷升高，则控制切换为正常全 缸工作状态。

1.故障一  空车怠速转速断续波动

(1)故障现象

怠速时转速 (设定为600 (r/min))不稳定，柴油机在断缸和全缸工作状态下反复转换。

起动后全缸工作，正常进入断缸工作状态，但很快又从断缸状态进入全缸状态，接着再进入断缸状态，如此反复循环。

转速波动主要发生在全缸工作状态，一般在设定转 600 (r/min)时 ，波动幅度在40～80 (r/min)。

断缸工作状态时转速不波动，但断缸瞬时柴油机转速有一个明显下降，之后缓慢回升，一旦自动转换到全缸状态，转速复又波动。

该故障一般出现在冷车起动时，运转一段时间待柴油机滑油温度和冷却水温度升高后会自行恢复正常；热车时再次起动柴油机不会再出现转速波动。

故障出现时，在柴油机机旁操作板 (LOP)显示屏上可清晰地看到 “断缸”标志不断变换及转速变化情况。 

(2)故障分析 

MTU16V396柴油机正常状态下，起动后很快进入断缸工作，在稳定的怠速转速下暖机备航。

该故障有两个异常现象：

一是全缸工作时波速；二是频繁地在全缸和断缸状态间转换。

第一个问题与气缸断油装置结构有关。

怠速运转不稳定的原因有很多，而大部分都与柴油机各气缸本身工作状态有关。

这里只讨论由于气缸断油装置故障所引起的转速波动。

如图1所示，气缸断油装置联接两个喷油泵的控制齿杆，而控制齿杆应该处于一种很灵活的状态，在调速器的控制下快速移动以调节柴油机供油量，任何阻滞均有可能影响调速器的正常工作，进而使柴油机运转不稳定，严重时转速失去控制。

气缸断油装置是由电磁阀和一套液压机构组成，不但要求内部液压柱塞与液压缸配合良好，而且还要与前后喷油泵的控制齿条精确同轴，以达到移动平顺，分离与结合迅速到位。

如当柴油机在维修过程中改变了气缸断油装置原安装位置，造成对中不好，或气缸断油装置内部有细微杂质，液压柱塞或液压缸拉毛、变形，则控制齿杆的正常运动就会受阻，其对调速器动作的响应就会滞后，从而干扰了调速器的正常工作，造成转速波动。

第二个问题是该故障的核心。

如果柴油机起动后顺利转换至断缸工作状态，并在此状态下稳定运行至油温和水温达到要求，那么即便一开始全缸工作时柴油机有短时转速波动，也不会影响到柴油机的正常运行。

在全缸和断缸状态间不断转换的过程中，可以看到以下特征：

柴油机起动并从全缸自动进入断缸工作状态后，转速有小幅下降，然后逐渐上升，上升过程中转速不波动；但转速一直上升不到设定的600 (r/min)怠速转速，在接近600 (r/min)时柴油机复转入全缸工作状态，如此循环。

分析该问题时要搞清楚气缸断油装置的控制参数设计。

该气缸断油装置控制系统设定了齿条位移的激活值 (Active．value)，即断缸工作时，控制系统对齿条位移量有一个限制，当达到限制值时，若柴油机转速仍达不到正常工作的600 (r/min)，则控制系统认为断缸条件不满足，又切换回全缸工作状态。

在柴油机因燃烧室积炭、磨损、泄漏、喷油等问题导致燃烧效率下降时这种情形均有可能发生。

如果是柴油机使用较长一段时间后发生的这种情况，且柴油机其他各工况工作参数均正常，则可通过调整控制系统参数来处理波速问题。

如果柴油机经维修后，调速器与高压油泵的连接位置发生改变，即电子控制系统所监测到的 “0”位不准确，也会导致同样的问题。

(3)处理措施

经以上分析，按先简后繁的原则制定以下针对性处理措施： 

(1)检查齿条 “0”位 ，如果有偏差则调整至正确位置。

根据经验：

若齿条 “0” 位指示偏大 0.2mm以上 (即柴油机工作时实际齿条位移比显示值小)，则故障一般可排除。

(2)检修气缸断油装置，拆卸清洗内部元件，去除零件毛刺，更换磨损和损坏的零件，检查油路畅通情况，重新装配和安装，安装时注意调好对中。

(3)用MTU专用软件将ECS程序模块中齿条位移的激活值适当上调 0.5mm。 

2. 故障二  接排后转速持续波动 

(1)故障现象

柴油机起动后很快转入断缸怠速工作，转速稳定；接排或增加转速时 (一般为770 (r/min ) 以上)，转速持续波动，且波动幅度较大。

该故障与故障一在负荷增加时的表现恰恰相反。

故障一在接排或增加转速时故障一般会减轻或消失；

而故障二只在接排后才表现出来。

其特点是柴油机空车时自动断缸，操作迅速且运转持续稳定；

一旦接排 (柴油机全缸工作)，转速立即发生较大幅度波动，动力系统不能正常工作。

(2)故障分析

当柴油机全缸工作时，I号、Ⅱ号喷油泵均投 入工作，但由于气缸断油装置运动不灵活，阻碍了调速器与控制齿杆的正常协调，从而导致转速不稳定。

与故障一不同的是，故障二是气缸断油装置在柴油机处于全缸工作状态时 (与I号喷油泵联接) 产生较大阻滞造成的，对断缸工作状态 (Ⅱ号喷油泵单独工作)没有影响。

（3）处理措施

故障二一般不会自行恢复，必须拆卸检查修理并重新安装气缸断油装置。

这里有一个简单判断是否是气缸断油装置动作不顺畅造成转速不稳定的方法，即在转速波动时，拧松将气缸断油装置固定在Ⅱ号喷油泵上的三只螺栓，用手托住气缸断油装置并在上下左右方向做微量调整，如果在某一个位置转速稳定了，就说明找到问题所在。

虽然气缸断油装置对安装位置要求很高，但设计制造时并未提供精确的定位安装结构，要通过三只螺栓孔的间隙和在与喷油泵接触的端面处加薄垫来调整。

所以安装时要进行多次试验，直到找到最理想的位置。

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