浅谈DF7型内燃机车柴油机燃油系统的穴蚀危害和措施

万学一

（太原铁路安全监督管理办公室驻湖东电力机务段验收室（大同分室），山西 大同 037005）

1 燃油系统中的穴蚀及其危害

燃油系统中穴蚀在高压油泵，高压油管和喷油器等各处均可能产生。如：穴蚀造成高压油泵泵体穿透，造成柱塞偶件滑动性能变差或卡带。穴蚀造成高压油管孔径改变或油管断裂。进一步影响油量改变。穴蚀还造成喷油器针阀偶件的雾化不良，滴油甚至根本不雾化。其原因之一是所用的金属材料硬度较低。在燃油系统中较硬的元件如喷油器针阀偶件上出现穴蚀的情况相对少一些。但在某些场合中穴蚀也可能使喷油器针阀偶件在运行几十小时后损坏。而喷油器针阀阀线的穴蚀会破坏喷油器针阀偶件的密封性能，造成雾化不良滴油甚至不雾化，从而使柴油机燃烧状态恶化，油耗量增加，严重的影响柴油机的经济性，可靠性和耐久性。总之燃油系统的穴蚀直接影响到柴油机的工作状况。

2 穴蚀原因

穴蚀破坏是物理效应和化学效应的综合结果。但是主要还是物理效应。柴油机在工作时，高压油泵的瞬时供油量和油压都是在变化的。其变化规律取决于供油凸轮的型线。我们知道燃油是有可压缩性的，由于燃油的可压缩性，高压油泵柱塞产生的压力是通过高压管并且以压力波的形式在高压油泵柱塞偶件和喷油器针阀偶件之间传播的。若此时，压力波不足以使喷油器针阀偶件的针阀升起时，所产生的压力波便全部反射回高压油管的内部，并且与高压油泵新产生的压力波叠加后重新向喷油器的针阀偶件传播。如此往复传播，直到针阀开启，喷油终了为止。因此在喷油过程中，高压油管内各断面的油压是随着时间的变化而变化的。当燃油系统中任何一点的压力下降到等于或低于该温度下的燃油蒸汽压力时便形成气泡。随后由于气泡外边的燃油压力高，气泡周围燃油表面张力低，气泡外面的燃油就有向气泡中心加速前进的趋势，并且有一定的动能，气泡在正压力波作用下就破裂。破裂时被压缩的气泡凝结成少量的燃油，同时产生非常高的压力，使金属表面造成脱落形成麻点，即出现穴蚀。随后形成不规则的凹槽。这样周而复始，就会使金属表面遭受破坏。

3 影响穴蚀的因素

燃油喷射系统中的穴蚀程度主要由液力参数决定。其次还与零件表面的质量，材料的特性，材料静态的应力状态，燃油品种和使用温度等因素有关。

3.1 液力参数根据有关科研设计单位的实验和测算，对波动穴蚀的破坏强度正比于气泡形成时期周围压力。对流动穴蚀，穴蚀的破坏强度正比于流速。

3.2 材料的表面状态材料内表面质量好，抗穴蚀能力就强，在多年的检修工作中可以证明，原东风7型内燃机车高压油泵长期使用内表面存在缺陷的对打孔的油管，结果在使用过程中，一个辅修可造成整台机车喷油器工作状态极差，雾化不良。而改变油管的状态后，使用内表面良好的高压油管，长期使用后喷油漆的工作状态仍然良好，改善了工作状况。两外材料表面硬度较高也能减少穴蚀破坏。

3.3 材料特性大量的实验证明选用合金钢制造的高压油管或度陶瓷的柱塞等，都可提高使用效果。

3.4 材料的静动态应力机械应力的叠加会对穴蚀损坏起助长作用。在对柴油机长期观察发现，有关头部较油管其他部位更为严重。这是因为油管头部在弯曲力矩作用下震动所致。

3.5 燃油品种和燃油使用温度不同品种燃油在不同的温度下，其蒸汽压力，声速，粘度和表面张力各不相同。零件表面抗穴蚀能力也会有所差异。

4 防止穴蚀破坏的措施

由于燃油喷射系统的参数关系复杂，引起穴蚀的因素很多。所以防止穴蚀必须从结构设计，材质，热处理，加工精度，燃油喷射系统匹配及使用部门的维护保养和检修等方面来综合考虑采取措施。

4.1 结构设计的改进。

4.2 供油凸轮型面的优化设计合理设计供油凸轮型面，使之适应瞬时间供油量和油压的变化规律。

4.3 采用高强度合金材料在产品的设计上采用高强度合金材料，防止对配件产生穴蚀。

4.4 采用工艺堵当前在一些高压油泵的泵体上采用工艺堵来抗穴蚀，延长高压油泵的使用寿命。

4.5 采用缓冲型出油阀缓冲型出油阀是在原下置等容卸载结构的基础上改进而成的。出油阀座面的下部增加了直径6毫米的阻尼圆柱，出油阀落座之前，卸载凸缘进入导向中孔之后，阀体内的燃油处于某种程度的密封状态，燃油的排泄只能通过6毫米和14毫米两处的配合间隙。利用燃油的阻尼作用，减缓出油阀落座速度，降低供油终了后的系统内回油速度。同时还可收到减少压力波震荡的幅度，减轻二次喷射的效果。使喷油器针阀偶件穴蚀减轻。目前DF4机车才用的就是这种出油阀偶件。

4.6 采用压力卸载式出油阀。目前东风4D型内燃机车使用的就是这种出油阀。它是用看来控制两次喷射之间泵体所保存的系统压力，防止在喷射后燃油从喷油器逆流。出油阀设有顺流阀和逆流阀各一个。它能保证在柴油机全部工况下高压燃油管内的剩余压力保持恒定。不受柴油机的负荷及转速的影响，可以改善部分负荷时的柴油机性能，改善喷油器的使用寿命。

4.7 喷油器偶件材料的选择随着柴油机功率等级和强化程度的提高，喷油器偶件的材料选择成为一个重要课题。因为真阀体的选材与其在柴油机中的工作温度有及为密切的关系。以上这些是有关设计部门和生产厂家在生产配件时采取的防穴蚀的必要措施。

4.8 使用部门的措施使用部门的细心维护和精心保养与严格的检修也是保证减少穴蚀的必不可少的条件。

结束语

大功率高强化柴油机燃油喷射系统所出现的穴蚀，2次喷射以及喷油器针阀断裂等一系列问题，将严重影响柴油机的经济性能，可靠性和耐久性。通过对高强化柴油机燃油喷射系统出现的穴蚀显现，穴蚀类型，穴蚀原因等进行的系统分析中可以看到，防止燃油喷射系统的穴蚀可通过结构设计的改变，材料，热处理，制造精度和使用单位的检修和维护保养等五个方面综合治理来提高燃油系统性能，经济性，可靠性和耐久性。特别是使用单位在检修过程中的工艺范围的落实，检修质量的保证和提高将起到关键的作用。

[1]铁道部北京二七机车厂.东风7型内燃机车的运用与维修[M].北京：中国铁道出版社，1994.

[2]鲍维千.内燃机车总体及机车走行部[M].北京：中国铁道出版社，1995.