馬克的潤滑油世界

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二衝程主機掃氣孔檢查

prepared by Mark Chuang


引擎檢查必須定期實施,並比較上次與本次檢查的差異點。引擎檢查主要目的是要確保引擎活塞、汽缸等維持在最佳化狀況下運作,事先發現可能發生的問題並加以改善,避免造成引擎嚴重的損壞。引擎內部溫度相當高,特別現今的船舶停靠碼頭時間都不長,一般不允許有多餘時間等主機冷卻後再進行檢查,所以,工程師在高溫狀況下工作必需非常小心,一旦身體感覺不適,必須立刻離開引擎內部。建議最好兩位工程師一起進行檢查,主要是安全的考量。另外,在開始檢查前可要求輪機人員將各缸的排氣閥打開,轉動盤俥機(turning gear),讓空氣能形成自然對流,適度降低引擎內部溫度。檢查過程要詳細記錄、拍照並歸檔,以便事後分析比較。一般檢查項目包括:

  1. 活塞冠 (Piston crown)
  2. 活塞冠側頂部 (Piston top land)
  3. 活塞環 (Piston ring set)
  4. 活塞裙 (Piston skirt)
  5. 進氣孔上方 (Scavenge port upper part)
  6. 汽缸缸套內表面 (Cylinder liner)

fig_從掃氣室執行主機檢查(source:Lubmarine)

活塞冠 (Piston crown)
活塞冠上方的檢查主要要確認兩部分,一是燃油嘴噴油狀況是否正常,若噴油霧化不佳,則會在活塞冠上有油漬的存積;另一檢查的部分是活塞冠周圍白色粉狀堆積物的堆積程度。此白色粉狀堆積物主要來自未中和反應的殘留鹼值(CaCO3)與中和反應後的鹽類(CaSO4)經燃燒後的生成物。過多的粉狀堆積物會形成如同砂紙般的摩擦作用,造成汽缸壁拋光(polish)的現象發生。fig_piston_crown中的(2)圖,已有粉狀物堆積,雖未達嚴重狀況,但已屬要注意程度,適度的調降汽缸油注油率可改善堆積狀況。

fig_piston_crown_(1)無粉狀物堆積; (2)已有粉狀物堆積



活塞冠側頂部檢查 (Piston top land)
活塞冠側頂部若有過多的積碳,會造成汽缸壁上的油膜破裂,以致形成潤滑不良的現象,同時也會造成汽缸油的過多消耗。此過多的積碳主要來自於過多的汽缸油注油率。現今引擎的設計都會在汽缸缸套上方加裝一刮油環(clean ring),其作用是將活塞冠側頂部的積碳適度的刮除。當進行檢查時,會著重於是否有厚層的積碳以及積碳表面是否有垂直刮除的明顯痕跡。fig_piston_top_land_(1)(2)(3)圖例中,因積碳厚度並不很厚,基本上尚屬可接受程度,(4)圖例中因積碳較厚且潮濕,屬於注油率過多現象。fig_piston_top_land_(5)即有明顯的垂直刮痕現象,此狀況亦屬注油率過多。

fig_piston_top_land_(1)(2)(3)(4)
fig_piston_top_land_(5)



活塞環 (Piston ring set)
活塞環扮演的腳色主要是氣密作用以及被磨損的功用。活塞環直徑基本上比缸徑大,所以安裝入活塞環槽後,必須施壓才能安裝入汽缸缸套內,因彈力的作用會緊密的與缸套表面接觸,當在正常的運作下,活塞環會阻擋燃燒爆炸的氣體竄至活塞下方(blow-by),同時活塞環因氣體的推動,活塞環會自由的在槽間轉動,達到均勻且正常的磨損。檢查會著重於:

  1. 活塞環是否卡死、或失去彈性。
  2. 活塞環上下倒角磨損狀況。
  3. 活塞環表面磨損痕跡。
  4. 活塞環槽間(piston ring land)積碳與顏色變化。
  5. 汽缸油附著於表面的多寡(濕潤或乾燥)。

  6. 下述各圖為良好狀況至最差狀況的比較。fig_ring1(左)最佳狀況; (右)良好狀況,燃氣被阻擋於第2道活塞環。fig_ring2(左)正常狀況,燃氣被阻擋於第3道活塞環; (右)較差狀況,燃氣被阻擋於第4道活塞環。fig_ring3最差狀況。
fig_ring1_(左)最佳狀況; (右)良好狀況
fig_ring2_(左)正常狀況; (右)較差狀況
fig_ring3_最差狀況



活塞裙檢查 (Piston skirt)
活塞裙上的銅質部分會稍微凸出,當主機於磨合期間,如果對心不準的狀況下,此部分銅材會被逐漸磨損掉。檢查時著重於表面油膜與刮痕狀況。如fig_skirt_(4)圖例中有明顯的垂直刮痕,此種狀況可能因潤滑不足或燃油中的觸媒微粒所造成。

fig_skirt_(1)可接受,(2)(3)須注意,(4)無法接受



進氣孔上方檢查 (Scavenge port upper part)
燃油中的硫份經過燃燒過程,會形成氣態的硫化物(SO2與SO3),因進氣過程中的空氣溫度較低且含有水分時,酸性(H2SO4)物質即會形成(達到露點溫度dew point),此酸性物質即會造成汽缸壁表面的腐蝕,此種腐蝕又稱為低溫腐蝕,有別於在排氣閥處所形成的高溫腐蝕。此種狀況特別容易發生在船舶航行於高空氣溼度的航線,所以,空氣冷卻器進出口溫差與流量的設定,以及確保集水管排水正常就相當的重要。檢查時著重於進氣孔上方約300mm以內的範圍,正常狀況下,搪缸的痕跡(wave cut)會保持完整,此痕跡有助於潤滑油游膜的附著,fig_liner1圖例即為正常狀況;fig_liner2圖例為達注意狀況,因為wave cut已被磨平,油膜不易建立,可能會形成進一步的嚴重磨損。fig_liner3圖例是硫酸鈣(CaSO4)與水分所造成的黑漆現象,此黑漆不會影響引擎正常運作,無須太擔心。

fig_liner1_正常狀況
fig_liner2_注意狀況
fig_liner3_黑漆現象



汽缸缸套內表面檢查 (Cylinder liner)
汽缸套內表面檢查項目與進氣孔上方檢查類似,主要檢查缸套中段與上死點處的缸套表面狀況。活塞上升至上死點處,活塞環與缸套表面基本上是處於”邊界潤滑”狀態,此時的磨擦係數最大,也是最容易磨損。良好的汽缸內表面狀況是如圖fig_liner1所示,無論在汽缸的中段部或上半部,wave cut都保持完整狀況且無磨損或刮痕跡象。圖fig_liner2為線性拋光(liner polish)與接觸磨損痕跡(hard contact mark),此現象與piston top land過多積碳有關。圖fig_liner3為腐蝕現象發生在缸套最上部,有可能是部分的潤滑油油膜遭piston top land的積碳所破壞,當油膜無法建立時,油中的鹼值即無法中和酸性物質,所以腐蝕現象就產生了,另一種可能是主機採非常低速運行(slow steaming),此處會形成酸性物質,原本汽缸油的鹼值不足以提供足夠酸鹼中和能力(此種問題最好改用更高鹼值的汽缸油)。

fig_liner1_正常狀況
fig_liner2_Liner polishing / hard contact marks
fig_liner3_上半部的腐蝕



並非發生在汽缸壁的腐蝕都是不好的,”控制”汽缸壁的腐蝕(非”避免腐蝕”)在摩潤學(Tribology)上是相當的重要,如此可確保適當的油膜正確的建立在汽缸壁上。圖fig_micro的左圖例是汽缸壁表面的顯微觀察,當結構中的石墨組織呈現開放式,具有較好的潤滑特性,原因是液動潤滑油膜能被保持于汽缸壁與活塞環間;圖右例其石墨組織呈現封閉式,潤滑性相對較差。

fig_micro_汽缸壁表面顯微觀察

參考資料來源

  • MAN B&W, Port Inspection