◎朱月平 中交四航局江門航通船業(yè)有限公司

柴油發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速恒定，負(fù)荷變化平順，較少出現(xiàn)冒煙的情況。電噴機(jī)組燃油噴射的量和時間更加準(zhǔn)確,精度高且便于控制，出現(xiàn)異常冒煙的情況更少。但其始終使用的是化石燃料，冒煙現(xiàn)象是無法避免的，在機(jī)器冷啟動、短暫的大負(fù)荷突加等特定狀態(tài)下冒少量的煙屬于正?，F(xiàn)象。但如果柴油發(fā)電機(jī)組在穩(wěn)定的負(fù)荷下正常運(yùn)行時出現(xiàn)了冒煙現(xiàn)象，則說明柴油機(jī)可能出現(xiàn)了故障。根據(jù)機(jī)器排出的煙色可以初步分析柴油機(jī)故障原因以進(jìn)行進(jìn)一步檢測，解決異常冒煙問題。

1.現(xiàn)象描述

某船廠在2021年建造的三艘珠海游船共使用了6臺康明斯QSB5.990kW電噴發(fā)電機(jī)組，每船2臺不并車，互為備用。6臺機(jī)組分三批先后到廠裝船，6臺機(jī)組的原動機(jī)屬同一批出廠，前4臺機(jī)組裝船調(diào)試一切正常。但最后一艘船的2臺機(jī)組出現(xiàn)了異常冒白煙及頻率不穩(wěn)定的情況，具體表現(xiàn)為：冷啟動，機(jī)器正常、頻率穩(wěn)定。運(yùn)行約1至2分鐘后出現(xiàn)頻率波動同時發(fā)動機(jī)排出非常明顯的白煙，持續(xù)約20秒至30秒消失，之后頻率持續(xù)穩(wěn)定，無異常現(xiàn)象。熱機(jī)連續(xù)啟動，則無此現(xiàn)象。經(jīng)多次冷啟動試驗(yàn)，以上現(xiàn)象可以重復(fù)。

盡管冒煙現(xiàn)象持續(xù)時間不長且僅在冷啟動后初期的2到3分鐘內(nèi)出現(xiàn)，熱機(jī)后就會消失，完全不影響使用。但本船是雙體旅游客船，發(fā)電機(jī)排氣出口位于兩個船體片體中間主甲板下形成的通道內(nèi)，白煙造成隨風(fēng)向不同時船艏或者船艉煙霧繚繞。而且只有一艘船的兩臺機(jī)組出現(xiàn)問題且對比明顯，船東強(qiáng)烈要求對這兩臺機(jī)組進(jìn)行檢查，消除冒煙現(xiàn)象。

2.異常現(xiàn)象產(chǎn)生的原因

2.1 頻率波動

①電噴機(jī)組集成了大量電子控制元器件，受到電磁干攏的可能性較大。大致可分為外接控制器件、機(jī)旁控制箱、機(jī)身電腦EMC三部分，每一部分都有可能受到電磁干擾。②機(jī)身電腦EMC中對機(jī)器標(biāo)定即參數(shù)設(shè)置不準(zhǔn)確，電子噴油量、提前角等參數(shù)有誤。③油器、油路或者機(jī)械故障問題，燃燒異常轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定造成頻率波動。

2.2 異常冒煙

①冒黑煙，黑煙主要是燃料中不完全燃燒的碳粒組成。燃料過量供給、進(jìn)氣量減少、燃燒室結(jié)構(gòu)出現(xiàn)故障、噴油器和控制系統(tǒng)故障等都會造成冒黑煙。②冒白煙，白煙是環(huán)境氣溫較低，冷啟動氣缸溫度低時燃料未燃燒，或者霧化后的燃料顆?；烊肓怂蛘呶闯浞蒽F化的燃油隨廢氣排出就會出現(xiàn)排氣冒白煙。③冒藍(lán)煙，機(jī)油過量竄入燃燒室參與燃燒的結(jié)果就是冒藍(lán)煙。一般柴油機(jī)都會有一個約0.5%左右機(jī)油正常消耗量，一旦超過這個值將會有藍(lán)煙現(xiàn)象發(fā)生。

3.機(jī)組配置組成、故障分析及檢查

3.1 機(jī)組配置及相關(guān)電路

3.1.1 機(jī)組的組成

本批次機(jī)組原動機(jī)均為新機(jī)且屬于同一批次，但出廠先后順序不同，出現(xiàn)故障機(jī)組為最后出廠。原動機(jī)運(yùn)至發(fā)電機(jī)組組裝廠后，由集成廠按康明斯要求配置機(jī)旁控制箱（機(jī)旁控制箱內(nèi)主要模塊為康明指定專用品牌產(chǎn)品），安裝滿足船級社要求的傳感器，進(jìn)行電氣系統(tǒng)接線、電球匹配及對中、油水管路濾器連接、最終的臺架試驗(yàn)取證等工作。

ECM CM2880電控模塊是電噴發(fā)動機(jī)的控制電腦，電噴機(jī)的油壓油溫、冷卻液溫度、進(jìn)氣壓力、曲軸轉(zhuǎn)速、噴油器控制及安全保護(hù)等幾乎所有參數(shù)均在ECM中設(shè)置，ECM通過J1939通訊接口向機(jī)旁箱HMC9000A模塊提供監(jiān)測數(shù)據(jù)等，CM2880必須通過專用軟件來設(shè)置。

HMC 9000A模塊是機(jī)旁控制箱的主要組成部件，負(fù)責(zé)機(jī)組啟停、ECM參數(shù)的報警和顯示、油水溫度停機(jī)控制、轉(zhuǎn)速顯示；提供機(jī)組轉(zhuǎn)速、增益和下垂度調(diào)節(jié)電阻接口，但不參與原動機(jī)本身的控制。

雙聯(lián)油水分離器為一級粗濾器，安裝于燃油泵入口，原動機(jī)機(jī)帶二級精濾器。

3.1.2 機(jī)組控制主電路簡圖

機(jī)組電氣系統(tǒng)簡圖如圖1所示，該圖為機(jī)旁控制箱電路的一部分，包括電源、與ECM機(jī)身電腦的接口、與HMC9000A模塊的接口，外接調(diào)節(jié)裝置等。機(jī)旁控制箱內(nèi)相對獨(dú)立的顯示和接口等與發(fā)電機(jī)本身無直接關(guān)聯(lián)的部分電路限于篇幅這里不再顯示。

如圖1 所示，該機(jī)組外接兩路DC24V電源，按船舶系統(tǒng)設(shè)計主電源接自機(jī)旁專用蓄電池組。備用電源來自船用DC24V充放電系統(tǒng)，長期由充電機(jī)浮充供電。ECM CM2880控制電腦通過插頭與機(jī)旁控制箱連接，ECM+/ECM-提供電源，J1939通訊口用與ECM與機(jī)旁箱內(nèi)HCM9000A模塊的通訊。其它Droop，Gain，Speed Bias調(diào)整等均是外接電位器，用于微調(diào)機(jī)組的特性。

3.1.3 機(jī)組燃油系統(tǒng)

如圖2所示，04為船舶日用燃油艙，通過一級粗濾器03供油至機(jī)帶燃油提升泵07入口，經(jīng)二級精濾器02過濾后進(jìn)入高壓共軌噴油回路。燃油中較大的雜質(zhì)經(jīng)過兩級濾器之后，基本上可以滿足供油要求。但如果水份含量過大，一級濾器（油水分離器）過濾后，還有可能帶水份進(jìn)入噴油回路。

圖2 機(jī)組燃油系統(tǒng)圖

3.2 故障的分析及排除

針對現(xiàn)象描述，考慮到為同一批次新電噴機(jī)且只有一艘船出現(xiàn)問題，故先考慮故障是否由外部電磁干擾引起，再考慮油品油路質(zhì)量問題引起的游車，新機(jī)器本身的原因極少放在最后檢查。

3.2.1 頻率不穩(wěn)定，從電控方向考慮

1）首先懷疑機(jī)組外接調(diào)節(jié)裝置或線路受到干擾，本船兩臺機(jī)組設(shè)計為互為備用不并車，外接裝置為3個4.7千歐微調(diào)電阻，分別用于Droop,Gain和Speed Bias調(diào)節(jié)。其中Droop用于調(diào)節(jié)并機(jī)發(fā)電機(jī)組空載到全載之間的轉(zhuǎn)速下降值，本船不并機(jī)，冒煙出現(xiàn)在單機(jī)運(yùn)行，頻率上下波動，直接排除。Gain調(diào)整發(fā)動機(jī)的動態(tài)增益，裝在機(jī)旁控制箱內(nèi)，影響發(fā)動機(jī)的穩(wěn)定性和突加突卸性能，機(jī)組除在冷啟后前兩三分鐘內(nèi)冒煙外一切正常，因此排除Gain設(shè)置問題。Speed Bias通過電壓調(diào)整發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速,可接電阻也可接穩(wěn)定的5V電壓，2.5VDC時設(shè)定為調(diào)整0轉(zhuǎn)，小于2.5VDC的偏移值為對應(yīng)的轉(zhuǎn)速減小，大于2.5VDC的偏移值為對應(yīng)的轉(zhuǎn)速增加。

Speed Bias調(diào)節(jié)電阻裝于主配電板內(nèi)，離發(fā)電機(jī)組有20多米距離用帶屏蔽電纜接線?？紤]該調(diào)節(jié)電阻品質(zhì)不高或者連接電纜外套接地不好，在線路上感應(yīng)出了干攏電壓導(dǎo)致頻率波動。檢查后重新采購一個高品質(zhì)高精度的微調(diào)電阻用于更換，同時將原調(diào)節(jié)電阻連接電纜沒有完整接地的屏蔽護(hù)套兩端重新嚴(yán)格接地之后冷啟動機(jī)組觀察，仍有頻率波動及冒煙現(xiàn)象。

2）如圖示本機(jī)組兩路DC24V電源，根據(jù)規(guī)范要求一路來自機(jī)旁蓄電池，另一路來自船用充放電板，懷疑充放電板直流電源不純凈，雜波造成控制箱和ECM受干擾。于是采購一臺知名品牌DC24V隔離電源，先后將DC24V船電和機(jī)組控制箱、機(jī)旁蓄電池電源和控制隔離后冷啟機(jī)，問題仍未排除。

3）機(jī)旁控制箱內(nèi)控制模塊干擾。經(jīng)與集成商溝通后確認(rèn)該控制箱模塊HMC9000A的功能僅為顯示功能和報警，不涉及發(fā)動機(jī)的控制，模塊干擾可能很小。但考慮到該模塊集成較多功能，元件復(fù)雜，是否會有干擾的可能，故還是從無異常的船上拆了一塊控制模塊試驗(yàn)，問題未排除。

4）在調(diào)試時船上使用的是岸電，發(fā)電機(jī)組并沒有合閘，船上有風(fēng)機(jī)、燒焊等作業(yè)、發(fā)電機(jī)組旁邊有部分電氣控制箱通了電，懷疑船上作業(yè)設(shè)備的電磁信號干擾到了ECM。于是停掉船上其它作業(yè)，檢查周圍通電的控制箱并斷電，冷啟機(jī)試驗(yàn)，問題未排除。

5）檢查ECM模塊，ECM模塊是一個有較高IP防護(hù)等級的整體模塊，無法拆解且僅有幾個插口無法從外觀上判斷出好壞，另外ECM模塊在機(jī)器上的安裝也比較正規(guī)，各傳感器的安裝和接線也非常規(guī)范，因此從機(jī)器可以正常運(yùn)行可判斷出ECM本身故障可能性沒有。

6）聯(lián)系康明斯售后，懷疑機(jī)器標(biāo)定問題，遂派人使用專用軟件對機(jī)器ECM進(jìn)行刷機(jī)重新標(biāo)定。售后工程師具體標(biāo)定了什么內(nèi)容，我們無從得知，但標(biāo)定后確有一臺機(jī)組在初期出現(xiàn)冒白煙減輕的現(xiàn)象，另一臺沒有變化。這次的減輕現(xiàn)象使得大家相信是標(biāo)定的問題，于是不斷改變參數(shù)重復(fù)標(biāo)定，兩臺機(jī)組互相對比，但是故障一直都沒有排除，在這里耗時較長。

3.2.2 從油品油路考慮冒煙問題

1）油管路受到污染，有污染物或者水份進(jìn)入燃油系統(tǒng)。拆開燃油管路檢查，船廠油管路干凈符合要求，油水分離器濾芯和機(jī)帶精濾器干凈無污染，初步排除油路問題。

2）油品質(zhì)量不高，油內(nèi)含水量過大會造成白煙現(xiàn)象。于是采購了一些與船廠不同渠道的燃油，裝于一個干凈油桶放在機(jī)艙專門供油給機(jī)組，冷啟動后還是會出現(xiàn)同樣的故障，排除油品原因。

3.2.3 從機(jī)械方向考慮

柴油機(jī)噴入氣缸的霧化燃油未燃燒就被排出，就會出現(xiàn)冒白煙的現(xiàn)象，同時燃燒不充分也會使機(jī)組頻率波動。造成這樣情況的原因主要有以下幾個，逐一檢查排除。

1）發(fā)動機(jī)溫度過低，一般在環(huán)境溫度比較低時冷啟動機(jī)器，會出現(xiàn)一些冒白煙現(xiàn)象，但僅處于啟動時冒白煙。但當(dāng)時調(diào)試正值9月份左右，環(huán)境溫度不低，而且是在冷啟動后約1至2分鐘才出現(xiàn)冒白煙現(xiàn)象，同時其它4臺機(jī)組沒有任何異常，因此溫度過低問題不太可能。又檢查了中冷器冷卻后的進(jìn)機(jī)空氣溫度，與其它正常機(jī)組對比，發(fā)現(xiàn)溫度也是正常，排除溫度過低問題。

2）油路有空氣，油品不純。此項已在3.2小節(jié)排除。

3.2.4 原動機(jī)故障

在前面所有檢查中大家均認(rèn)為同一批次、新機(jī)出現(xiàn)這種奇怪現(xiàn)象是不可能的，大家也懷疑過是不是機(jī)器本身的問題，但因?yàn)樾聶C(jī)不便于拆檢。在上述所有項目都檢查完后，在與康明斯深圳公司的一位同行交流時認(rèn)為，既然外圍所有因素已經(jīng)排除到這一步，那基本可以確定就是機(jī)器本身的問題，不用懷疑。因此造成頻率波動和冒白煙的原因無非就是噴油有問題或者冷卻液泄漏。

在與康明斯售后聯(lián)系溝通后，該機(jī)型缸體、缸蓋采用集成化設(shè)計，基本不可能有漏水現(xiàn)象的發(fā)生，除非內(nèi)部產(chǎn)生了裂紋，但綜合來看這也不可能。于是決定先檢查機(jī)組的噴油嘴，拆下一臺機(jī)組的噴油嘴后，發(fā)現(xiàn)有兩個噴油嘴上有少許積碳，其它4個噴油嘴則比較干凈。由于是新機(jī)，最后將整套噴油嘴全部換新，冷啟機(jī)后發(fā)現(xiàn)不再出現(xiàn)冒白煙的頻率不穩(wěn)的現(xiàn)象。多次重復(fù)，機(jī)組運(yùn)行正常。

將另一機(jī)組拆開后，同樣發(fā)現(xiàn)有部分噴油嘴有積碳的問題，換新后問題解決。

3.2.5 可能的原因

安裝于這兩臺機(jī)組上的噴油嘴在品控上可能出現(xiàn)了不一致的問題或者出廠批次不一等原因，機(jī)器在冷啟動后1至2分鐘內(nèi)氣缸溫度并沒有達(dá)到正常值，噴油嘴出現(xiàn)積碳，積碳使噴油霧化不良而造成冒白煙現(xiàn)象，而部分氣缸燃燒不完全則造成轉(zhuǎn)速（頻率）不穩(wěn)定。之后隨運(yùn)行時間的增加，氣缸內(nèi)溫度升高而積碳減少，噴油霧化正常后異?，F(xiàn)象也隨之消失。再次冷啟，上述問題重復(fù)。

4.結(jié)語

船用發(fā)動機(jī)出現(xiàn)異常冒煙的情況比較復(fù)雜，不同的煙色有不同的原因，這些可能是機(jī)器本身的故障，也可能是安裝和使用不當(dāng)造成。船用發(fā)動機(jī)如應(yīng)用于發(fā)電機(jī)組，異常的現(xiàn)象又會多一些。如本例中的頻率不穩(wěn)定，在主機(jī)的應(yīng)用中可能就不會考慮。如果出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，就需要我們逐一認(rèn)真分析，找出原因，排除故障，解決問題。本例在幾乎檢查了整個系統(tǒng)后，才確定噴油嘴的問題。盡管同一批次出廠新機(jī)，但其噴油嘴有可能品控不同出現(xiàn)問題，從而造成了這個問題，這個連廠家售后都無法相信。