Podstawowym problemem wahań prędkości (skoków) w okrętowych silnikach wysokoprężnych jest dynamiczna nierównowaga pomiędzy dostawą paliwa i obciążeniem. Konkretne przyczyny można zbadać w czterech głównych wymiarach: układ paliwowy, układ kontroli prędkości, sam silnik i środowisko zewnętrzne. Łącząc mechaniczną i elektroniczną logikę sterowania, obejmuje cały łańcuch problemów, od podstawowych komponentów po podstawowe jednostki sterujące:
I. Usterki układu paliwowego: Przerywane lub niespójne zasilanie paliwem
Układ paliwowy bezpośrednio określa objętość wtrysku paliwa. Wszelkie nieprawidłowości w dowolnym łączu prowadzą do nierównomiernego wytwarzania mocy i powodują wahania prędkości, co jest najbardziej podstawowym i częstym źródłem usterek.
① Problemy z jakością paliwa i dostawą: Powietrze zmieszane w paliwie (powietrze jest ściśliwe, co powoduje wahania ciśnienia zasilania paliwem), woda (zakłócająca stabilność spalania) lub zanieczyszczenia (blokujące przewody paliwowe); pogięte przewody paliwowe, brudne lub zatkane filtry (zgrubne lub drobne), powodujące niestabilny przepływ paliwa; awaria pompy paliwowej (niewystarczające ciśnienie zasilania paliwem), niemożność spełnienia wymagań ciągłego zasilania pompą wtryskową.
② Nieprawidłowości w pompie wtryskowej: Nadmierne zużycie pary tłoków i zaworu tłoczącego, skutkujące wewnętrznymi wyciekami, nierównym ciśnieniem i objętością zasilania paliwem pomiędzy cylindrami; zablokowana zębatka pompy paliwa (np. zablokowanie zanieczyszczeń) lub poluzowany pierścień regulacji ilości paliwa, uniemożliwiający precyzyjną regulację dawki paliwa; nadmierny luz osiowy lub ruch wałka rozrządu powodujący przesuwanie się dźwigni regulacji dawki paliwa w przód i w tył, co skutkuje okresowymi wahaniami ilości podawanego paliwa.
③ Usterki wtryskiwaczy: Słaba atomizacja, kapanie lub wyciek lub spalone zawory iglicowe wtryskiwaczy, co prowadzi do znacznych różnic w wydajności spalania pomiędzy cylindrami; pęknięte sprężyny wtryskiwaczy lub sprężyny zaworów tłocznych, zakłócające stabilność ciśnienia wtrysku; nierówne ciśnienie wtrysku pomiędzy cylindrami, powodujące nierównomierne wytwarzanie mocy i bezpośrednio skutkujące wahaniami prędkości.
II. Usterki w systemie regulacji prędkości: Awaria lub opóźniona reakcja „centrum regulacji”
Układ kontroli prędkości stanowi rdzeń utrzymania stabilnej prędkości obrotowej i dzieli się na mechaniczną kontrolę prędkości i elektroniczną kontrolę prędkości. Jakakolwiek awaria któregokolwiek z jego elementów doprowadzi do niedokładności regulacji, co jest główną przyczyną zjawiska „niekontrolowanej kontroli”.
(1) Awaria regulatora mechanicznego
① Problemy ze zużyciem i dopasowaniem podzespołów: Zużycie i luzy tulei przeciwwagi (kulki muchowej), otworu na sworzeń, płytki oporowej i punktu połączenia widelca powodują „martwy skok”. Gubernator musi wyeliminować luz, zanim będzie mógł zadziałać, co powoduje opóźnienie w regulacji podaży paliwa i okresowe wahania. Słaba współosiowość pomiędzy powłoką magnetyczną a twornikiem oraz nadmierny luz pomiędzy środkowym wałem a pokrywą końcową (np. gdy zaprojektowane pasowanie wciskowe staje się luzem) powodują odchylenia w ruchu siłownika.
② Problemy ze sprężyną i smarowaniem: Zmęczenie, odkształcenie lub nieprawidłowy montaż sprężyny regulatora powoduje powstawanie efektu rezonansu, zwiększając wahania prędkości. Brudny, gęsty lub zbyt wysoki poziom oleju w oleju smarującym regulator, zwiększa wewnętrzne opory ruchu, zmniejsza czułość regulacji prędkości i powoduje powolną reakcję układu.
③ Problemy z regulacją i instalacją: Nie-profesjonalna kalibracja regulatora (taka jak nieprawidłowe ustawienie szybkości regulacji prędkości i wzmocnienia w stanie ustalonym-parametrów) prowadzi do utraty kontroli nad zakresem regulacji. Niewłaściwa kolejność montażu (np. dokręcenie śruby regulacyjnej przed dokręceniem śrub obudowy) zaburza pionowość wału środkowego, przyspieszając zużycie siłownika.
(II) Awaria elektronicznego regulatora prędkości
① Awaria elementu rdzenia: nieprawidłowy czujnik prędkości (taki jak sonda indukcji elektromagnetycznej) - brudna głowica, obecność proszku metalicznego (zwiększający opór magnetyczny, powodujący wahania indukowanego prądu), luźne okablowanie lub zakłócenia powodowane przez silną energię elektryczną (220 V/380 V), spawarki, przesyłające nieprawidłowe sygnały prędkości; siłownik elektroniczny (serwosilnik/siłownik elektromagnetyczny) zacina się, zużycie twornika, nie reaguje precyzyjnie na sygnały sterujące, co bezpośrednio powoduje niestabilny ruch zębatki pompy wtryskowej.
② Problemy z jednostką sterującą i okablowaniem: Awaria sprzętu lub zakłócenia elektronicznego sterownika regulatora (jednostka centralna ECU/SCB), generujące nieprawidłowe, zmienne instrukcje; słaby kontakt przewodów sterujących, niestabilna transmisja sygnału, powodująca częste i nieuporządkowane ruchy siłownika; nieprawidłowe ustawienie dwóch-poziomowych parametrów strategii sterowania PID (PID prędkości, PID położenia zębatki), słaby efekt regulacji dynamicznej. (Wśród nich proporcja P: odpowiedzialna za szybką reakcję, całka I: odpowiedzialna za eliminację odchylenia resztkowego, pochodna D: odpowiedzialna za stabilizację wahań.)
III. Awaria korpusu silnika: Uszkodzony „fundament wytwarzania energii”.
Nieprawidłowości we własnych elementach silnika mogą prowadzić do braku równowagi w mocy generowanej przez każdy cylinder, powodując pośrednio wahania prędkości obrotowej, które często są powiązane ze sprawnością spalania i mocą wyjściową.
① Nieprawidłowa praca cylindra: Niewystarczające ciśnienie sprężania w określonym cylindrze (takie jak nieszczelność zaworu, zużycie pierścienia tłokowego lub uszkodzenie uszczelki cylindra) prowadzi do tego, że cylinder nie działa lub działa niewystarczająco; Nadmierne różnice temperatur spalin z poszczególnych cylindrów (poza wymaganiami producenta) świadczą o niezrównoważonym spalaniu, co bezpośrednio wpływa na stabilność mocy wyjściowej.
② Usterki w układach dolotowym, wydechowym i turbodoładowaniu: Zatkane filtry powietrza lub zablokowane chłodnice międzystopniowe powodują niewystarczającą ilość powietrza dolotowego i niepełne spalanie; obniżona wydajność turbosprężarki lub zbyt wysokie przeciwciśnienie spalin (np. na skutek zatkania rury wydechowej) zakłóca równowagę pomiędzy dolotem i wydechem, powodując wahania mocy wyjściowej; wzrost wydajności turbosprężarki (spowodowany pogorszonym spalaniem) dodatkowo pogarsza niestabilną prędkość obrotową silnika.
IV. Środowisko zewnętrzne i współczynniki obciążenia: Zakłócenia zewnętrzne przekraczają możliwości regulacyjne
Nie jest to spowodowane awarią samego sprzętu, ale powoduje, że układ regulacji prędkości nie jest w stanie sprostać rzeczywistemu zapotrzebowaniu, co objawia się wahaniami prędkości.
① Nadmierne wahania obciążenia: częste uruchamianie-zatrzymywanie-sprzętu o dużej mocy (takiego jak duże silniki, spawarki), zmiany obciążenia przekraczają zdolność reakcji układu regulacji prędkości; nieuzasadnione dopasowanie „silnika-statku” na statkach (takie jak słabe załączenie skrzyni biegów), prowadzące do niestabilnego przenoszenia obciążenia, pośrednio wpływając na prędkość silnika.
② Nienormalne warunki środowiskowe: Miejsce pracy na zbyt dużej wysokości (rzadkie powietrze, niewystarczający wlot), zbyt wysoka temperatura otoczenia (złe odprowadzanie ciepła, wpływające na wydajność spalania), co skutkuje zmniejszoną i niestabilną mocą silnika; gdy rezerwowy agregat prądotwórczy jest połączony równolegle z głównym agregatem prądotwórczym, ze względu na wahania prędkości obrotowej prowadzi to do asynchronii, a nawet przerwy w dostawie prądu.