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MAN-ME电喷机气缸润滑理论和实践探讨（二）
—气缸注油控制以及操作要点—
一、前言本文由上海远洋船管张云龙机务撰写。经过STSA秘书长黄老轨做局部修改后，作为系列专题之十发布和大家分享。也欢迎大家进一步的探讨和交流。
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.COM作为专题之ME型主机的气缸注油器是把电喷注油器和ME机的控制和操作系统有机结合起来，充分利用ME机控制系统采集的数据及液压动力系统，以改变注油频率为手段，达到调整气缸注油量的目的。
该注油器始终保持稳定高压注油、精确定时注油,注油量随主机的负荷变化而变化。在保证气缸良好润滑的基础上，大幅降低了气缸油消耗量，提高了ME机的经济性。
该注油器能按照管理人员的需求，根据外在因素的变化，在ME机控制系统的操作界面（MOP）上，十分方便地修正参数，使气缸注油量更适合主机当时的运行状态。同时，该注油器省略了注油量的机械调节机构，使注油器结构更为了简单，从而极大改善了设备运行的可靠性。
二、结构及动作过程
如图1所示，注油器主要由控制电磁阀、动力活塞、注油活塞以及报警传感器等部件组成。
由编码器（Tacho）采集的曲柄转角信号发送至主机控制单元（ECU）。当某缸活塞上行，注油嘴正好处于第一道活塞令时，经过ECU运算后，由气缸控制单元（CCU）发出注油的动作指令。电磁阀（1）接收CCU发出的开关量信号，得电，连通动力液压油通道，等候在注油器旁的Bar的液压油进入油缸，推动动力活塞（2）快速左移，同时带动注油活塞（3）泵油，产生高压，打开止回阀（4），向汽缸注油。
图1注油器结构图
曲柄转过注油角时，气缸控制单元（CCU）发出关闭电磁阀信号，电磁阀失电，接通液压油回油通道，动力活塞及注油活塞在弹簧的作用下返回初始位置，准备下一次注油动作。
液位传感器（5）检测是否有气缸油流入，起到报警作用。动力活塞行程传感器（6），检测活塞是否动作以及动作的频率，数据反馈至主机控制单元（ECU），进行运算后发出新的指令，及时调整注油频率，同时起到安保（slowdown）作用。通过改变左侧调节垫圈（7）的厚度，可以对动力活塞行程进行微调，也就是对每行程的注油量进行微调。
在注油器的动作过程中，动力活塞和注油活塞是连动的，二活塞以固定的行程，同时进行往复运动。因此，注油器的单次注油量是恒定的；由于主机的液压动力系统提供了足够的油压动力，二活塞以固定的速度运行，这就确保了每次注油时有一个稳定的高压。注油压力的大小仅取决于气缸注油嘴阀的开启压力，与主机的转速、负荷等参数无关，使主机在低速运转时，也有一个稳定的高油压进行气缸注油，确保气缸良好的润滑效果。
三、注油频率
注油器的单次注油量是恒定的，因此随着主机负荷变化，对注油量的调整，是通过改变注油次数，即调整注油频率而达成的。由于注油量Q=Pe*c*h，对于一个既定尺寸的注油器，同样也有注油量Q=q*n*h*F*60，由此推出注油频率的公式：F=M1*Pe*c/q*n（1）。在主机以正常速度运转时，主机功率Pe与转速的3次方成正比，平均指示压力Pm与转速的2次方成正比。由此推导出公式：F=M2*Pm*c/q（2）。如主机以恒定负荷运转时，同样推导出公式F=M3*n*c/q（3）。
式中：c--气缸油注油率（g/kWh）；Pe--主机功率（kW）；h—运行时间（小时）；q--注油器单次注油量（g/次）；F—每转注油频率（次/r）；n--主机转速（r/min）；Pm—气缸平均指示压力（MPa）；M1、M2、M3--由主机控制单元（ECU）计算出的常数。
公式（2）中，Pm可由主机控制系统实时测取油门开度的百分比，作为计算注油频率的参考值；q取决于注油器的尺寸以及容积效率(MAN按照97%设定)、滑油密度（MAN按照45度时密度为0.92设定），可视为恒定常数。在主机常用负荷下，实时的注油量，即注油频率F，取决于主机的转速和油门开度及注油率等设定。在特殊情况下注油量或注油频率下面另外阐述。
主机在正常运行时，根据已设定的注油率c，以及主机MOP显示的估算功率等参数，由控制单元（ECU）按照POER控制模式计算出注油频率，并发指令信号至气缸控制单元（CCU），执行注油动作。由于注油器的注油量和主机功率成正比。当主机在部分负荷运行时，注油量比过去的RPM或MEP控制模式同样的注油率设定值下，注油量大幅度减少，可以大幅度节省气缸油。但也需要注意的时：若燃油中的硫份含量大，过少的气缸油或过低的气缸油BN值，可能会发生不能有效中和燃烧物中的酸，发生低温腐蚀的风险也加大。
主机在低速运转时，负荷较低，油门开度小；在紧急停车时，油门开度为0，但主机依然在运转。为了确保这些特殊情况下气缸有足够的润滑。通常在主机控制单元（ECU）内部设定一个转折点。一般以25%的MCR为界限，在低于该转折点时（对应的油门是40%），注油频率的计算是以主机的转速为参考值，即注油频率F和速度的平方成正比（公式3）。此时的注油量比以负荷为参考值时的注油量是有所增加的，即低负荷时的注油率是稍高于业已设定的注油率c的。同时ECU内设定一个最低注油转速，一般以8r/min为限，主机低于该转速时，注油器停止注油。
MAN-ME型主机气缸注油器的注油频率F的值是介于1-1/18之间，即最快时，主机每转注油一次，最慢时，主机转18转才注一次油。
四、注油率的设定
4.1、浴盆曲线
气缸油的主要作用是确保缸壁润滑，减少缸套磨损；中和燃油中的硫份，减少缸壁的冷腐蚀，同时也是减少有害气体的排放。在满足以上二大功能的基础上，尽可能减少气缸油的消耗量，以达到节能的目的，提高主机的经济性。因此我们在设定气缸油注油率时，要充分考虑到主机的安全性及经济性。
图2浴盆曲线
如图2所示，缸套的磨损率与气缸油注油率的关系是一个“浴盆曲线”。从安全性考虑，主机正常工作时的注油率应选择在“浴盆曲线”的底部，在0.45-1.25kWh的范围内，是一条略微向下倾斜的直线。即随着注油率是上升，磨损量略微下降。考虑到主机的经济性要求，在主机正常运行时，我们常选择注油率0.6-0.8g/kWh的范围，作为注油器正常工作的范围。
4.2、外在因素
气缸油注油率的具体设定，是按照外部因素的变化，根据经验判断而设定的一个参数。在充分考虑“浴盆曲线”关系的基础上，还要考虑以下几个方面：
1、注油率因数（FeedRateFactor）。主要依据所提供气缸油的碱值进行调整，同时根据缸套磨损情况及扫气口残油化验的结果，按经验进行调整设定。如气缸油的碱值在BN40-BN70的范围，相对应的“注油率因数”设定为0.35-0.20。
2、基本注油率（BasicFeedRate）。在设定“注油率因素”的基础上，我们根据目前所使用燃油的含硫量，和“注油率因数”的乘积值，得出“基本注油率”值。如使用的气缸油碱值为BN40，目前燃油的含硫量是2%，那么“基本注油率”就是0.35*2=0.7kWh。如含硫量低于1.5%，“基本注油率”是按含硫量1.5%的值进行计算的。以确保在使用低硫燃油时，气缸有足够的润滑。
3、实际注油率(ActualFeedRate)。根据柴油机的运行状态及“基本注油率”等因素，由主机控制单元（ECU）运算后，得出此时刻的气缸注油率，称之为“实际注油率”。主机在正常运转状态时，“实际注油率”一般等于“基本注油率”，在磨合期等一些特殊情况下，“实际注油率”是在“基本注油率”的基础上，进行成比例的增、减。在低负荷运行时（25%MCR），注油频率的计算是以转速为参考值，因此在MOP窗口不再显示“实际注油率”值。
4、最小注油率（Min.FeedRate）。这是注油率的最低限制值。若ECU计算值小于最小注油率设定值时，ECU按照设定的最小注油率执行（MANME电喷机的最小注油率设定是0.6G/KWH）。注油器就自动按照“最小注油率”值工作，以防止缸套过度磨损。“最小注油率”的主要功能是对主机起保护作用。
五、操作要点
图3MOP操作界面
5.1、数据设定
如图3所示，打开MOP操作界面，进入到Cylinderlubricators页面，根据燃油的含硫量及所使用气缸油的碱值，我们在S%（燃油含硫率）、FeedRateFactor（注油率调节因数），二个窗口内分别输入相应的数据。在BasicFeedRate（基本注油率）窗口显示出基本注油率（0.6g/kWh），同时在Min.FeedRate（最小注油率）窗口内输入起保护作用的最小注油率值（0.5g/kWh）。结合此时主机的工作状态，经ECU运算后，得出各缸的“实际注油率”，并在ActualFeedRate(实际注油率)窗口显示出来。
如因某些特殊原因，需要增/减单缸的注油率，可以在FeedRateAdjustFactor（注油率调节因数）窗口进行调节。该窗口正常设定值是1.00，对它进行增减调节后，各缸的“实际注油率”就会成比例地改变。
5.2、动作模式
在主机处于不同状态时，注油器有以下几种工作模式：
1、Prelube模式，即：气缸油预润滑模式在主机准备起动前，按下该按钮可以手动进行气缸注油，达到预润滑的目的。窗口显示状态从OFF变成ON，注油器连续注油20次后，自动复位。该模式仅在停机时起作用。（该功能也可以在Engine页面内，按下“preparestart”按钮实现。）
2、ACC（AdaptiveCylinderoilControl)模式，即：自适应气缸油控制模式主机在正常运转时，自动工作在该模式。根据“实际注油率”，以及此刻的负荷（油门）、转速等参数，由主机控制单元（ECU）运算后，得出此刻的注油频率。经气缸控制单元（CCU）发出指令，注油器向气缸注油。
3、LCD（LoadChangeDependent）模式，即：负荷变化控制程序模式在主机负荷突变，且变化量超过10%，并维持10秒以上时，该功能起作用。由主机控制单元（ECU）给出控制信号，“实际注油率”是在原状态注油率的基础上增大25%，并持续30分钟。显示窗口从OFF变成ON状态。
4、Runningin模式：磨合期气缸油控制模式在新机磨合时，使用该模式。按下该按钮，窗口显示从0变成1，说明该缸进入磨合运行模式。气缸油以最大注油率（1.7g/kWh）工作，并按预定的时间程序逐步降低。在小时内，注油率降低至正常范围，磨合期结束。
5、LubricatorTestSequence模式，即：注油器测试模式按下该按钮后，测试各缸注油器进行的动作，以观测各注油器的工作情况。
六、ME电喷机气缸油注油系统的日常管理要点：
气缸油注油率的调整，是一项十分严谨的工作，除了参考说明书的要求外，还需要结合设备的安全性、经济性等多方面因素进行综合考虑，不得随意调整。在日常管理中，要注意以下几点：
1、主机运行中，需定期化验气缸油残油，依据残油的BN值及Fe含量等相关数据的变化，同时参考设备服务商的意见，缓慢而慎重地进行“基本注油率”的调整。这项工作MAN通常要求新船磨合期内结合SWEEPTEST程序进行。
2、需经常检查活塞令和缸套的磨损状况，依据经验判断，可适当微调注油率。但不能仅凭停车状态时，缸套壁及活塞令表面的润滑情况，就贸然下调注油率。因为主机在停车前，往往会激活LCD模式，大幅增加注油量。此时缸套内润滑状况不具有代表性。
3、新机的磨合过程中，通常是在“最小注油率”窗口输入一个合适的注油率（最大注油率为1.7g/kWh），使注油器直接以“最小注油率”的状态工作，然后按照时间的推移，逐步下调该注油率。这种做法操作方便，便于调整、控制。
4、单缸检修后的磨合时，可以在“注油率调节因数”窗口，进行单缸注油率的调节。
5、每次调节好气缸油注油率后，需对实际的油耗进行一次测定，并和调整前的油耗数据进行比较。如有异常，及时查明原因，并纠正。
6、在特殊情况下，如气缸控制单元（CCU）损坏，主机停油封缸工作时，可以直接从主机控制单元（ECU）的52通道直接连线至注油器电磁阀，确保该缸的必要润滑，但此时，已无法保证该缸正确的注油定时了。
7、每缸配备的8个注油嘴中，其中有一只注油嘴的尺寸是不同的，订购、更换备件时需引起注意。
8、ME电喷机的气缸油流量在MOP上有数字显示，但这仅仅是基于ECU的自动理论计算的累积值，不是真实的值。ME电喷机气缸油管路是不设计流量计的。实际消耗的气缸油按照气缸油日用测量柜的计量表得到。而且，注油器柱塞磨损或吸入或排出或缸套上的喷油嘴止回功能失效，都会导致柱塞的效率下降，实际气缸油消耗量少于理论值。因此，日常ME管理中，需要定期测量实际消耗并和MOP上的流量计累计值比较，其误差一般不应超过5%。
9.根据前面阐述的有关理论：若主机某一段时间内，基本平稳的运行（LCD没有动作），但MOP的功率值是有波动，就可以通过MOP显示的这段时间内的理论气缸油耗，反过来计算这段时间内的平均主机估算功能值。而若MOP的估算功率值和PMI的测量值基本一致时，或可以基本反映主机的有效功率时。根据这段时间内的燃油消耗量和密度，就可以比较准确的得到这段时间内主机的燃油单耗SFOC。这是有实际意义的，建议大家试试看。
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