技術(shù)維修與康明斯知識(shí)

解決康明斯柴油發(fā)電機(jī)竄氣故障的辦法

 

摘要：發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸竄氣是導(dǎo)致柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定的一個(gè)主要原因。本文對(duì)氣缸竄氣的原因、特征及控制技術(shù)進(jìn)行研究分析，提出了有效的防止氣缸竄氣的方法，包括改善氣缸結(jié)構(gòu)、減小燃燒室溫度、優(yōu)化燃油噴霧、增加燃燒室密封性等。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該方法對(duì)控制柴油機(jī)氣缸竄氣具有重要的實(shí)踐意義。通過本文的介紹，可以了解到了現(xiàn)代柴油機(jī)中氣缸竄氣問題的危害以及解決方案。這些方法和措施的實(shí)施不僅可降低氣缸竄氣的風(fēng)險(xiǎn)，提高柴油機(jī)的燃燒效率和工作穩(wěn)定性，還能夠減少排放污染物，提高經(jīng)濟(jì)性，延長柴油機(jī)壽命。隨著科技不斷的進(jìn)步和創(chuàng)新，相信在未來的柴油機(jī)開發(fā)中，氣缸竄氣的發(fā)生將被更好地控制。

 

一、柴油機(jī)竄氣的原因

 

      柴油機(jī)竄氣指的是柴油機(jī)發(fā)生故障，燃?xì)鈴暮粑趪姵觯@種故障對(duì)于柴油機(jī)來說是十分危險(xiǎn)的，一般的情況下就是柴油機(jī)功率不足、冒黑煙和燃燒機(jī)油等，嚴(yán)重的情況會(huì)使曲軸箱的壓力增大，壓迫機(jī)油噴出油箱，這就非常容易造成危險(xiǎn)事故，比如活塞抱缸等。導(dǎo)致柴油機(jī)發(fā)生竄氣的原因不同，關(guān)鍵是活塞燒損、活塞環(huán)斷、缸套拉傷，一旦發(fā)生這些危險(xiǎn)，就會(huì)破壞燃燒室的密封性，在缸套和活塞的間隙之間有高壓高溫氣體竄入曲軸箱，最關(guān)鍵的兩個(gè)竄氣的原因是一方面是使用十六烷值低的柴油和噴油泵供油提前角改變。

1、使用十六烷值低的柴油

      我們要評(píng)定柴油自燃性就要考慮十六烷值，自燃性直接關(guān)系著柴油機(jī)的燃燒過程，所以對(duì)于十六烷值的使用，各種柴油機(jī)都具有嚴(yán)格的規(guī)定，比如一般我們看到柴油機(jī)的說明書都對(duì)十六烷值做了規(guī)定，其中0號(hào)輕柴油的值則不能低于45，但是在實(shí)際的生產(chǎn)中所使用的柴油實(shí)際上是不符合這個(gè)數(shù)值的，一旦柴油機(jī)使用的柴油的十六烷值偏低，就會(huì)出現(xiàn)低溫啟機(jī)困難的狀態(tài)，甚至有時(shí)候根本無法啟機(jī)，即時(shí)后期勉強(qiáng)啟機(jī)了，也會(huì)存在大量沒有燒盡的汽油，形成白煙造成污染和浪費(fèi)。但是隨著后期的發(fā)電機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)的溫度不斷升高，直到七十度左右之后白煙逐漸消失，但是柴油機(jī)依然存在排氣管漏氣、變形、排氣管紅、后燃、工作粗暴等現(xiàn)象，這些問題都會(huì)出現(xiàn)柴油機(jī)竄氣的情況。經(jīng)過檢修發(fā)現(xiàn)有多處損毀活塞的情況。出現(xiàn)這種故障的原因如下：

（1）柴油的十六烷值太低，過低的十六烷值就會(huì)降低著火的性能，不能很快的點(diǎn)燃噴射進(jìn)去的石油，而且在燃油和氣缸之間是存在一定的距離的，這就使得燃油剛剛進(jìn)入還沒著火時(shí)，氣缸當(dāng)中已經(jīng)有大量的燃油積累，這些燃油在短時(shí)間內(nèi)燃燒就會(huì)嚴(yán)重沖擊相關(guān)部件，當(dāng)溫度低時(shí)，滯燃的時(shí)間就會(huì)更長，甚至直接以白氣狀態(tài)噴入大氣。因?yàn)椴煌牟裼蜋C(jī)的燃燒條件是不一致的，所以不同的十六烷值就會(huì)導(dǎo)致柴油機(jī)抖動(dòng)，活塞環(huán)、活塞、氣缸等都處于長時(shí)間不均勻的工作狀態(tài)下。

（2）環(huán)案長時(shí)間的受到活塞環(huán)的拍擊，就會(huì)使得活塞環(huán)、活塞、缸套等損壞過早，進(jìn)而造成柴油機(jī)竄氣。

（3）在當(dāng)燃油的品質(zhì)較差時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)上述的故障，因?yàn)槿加偷钠焚|(zhì)差時(shí)，每次噴入大量的燃油霧氣到氣缸中，但是只有很少的一部分被點(diǎn)燃了，更多的一部分是以液滴的形式存在的，液滴的形式要想燃燒就需要大量的空氣，但是在柴油機(jī)當(dāng)中，空氣量又是受限制的，無法滿足低于正常的十六烷值的燃油的燃燒，并且大量氧氣的消耗，會(huì)導(dǎo)致機(jī)內(nèi)缺氧，燃燒不盡進(jìn)而排出大量的黑煙，甚至有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)煙囪竄火的現(xiàn)象。

（4）過高的熱負(fù)荷和大量的游離碳就十分容易導(dǎo)致噴油器的燒毀，噴油器燒毀之后就會(huì)出現(xiàn)活塞卡死、噴油器堵塞等惡性循環(huán)，最后致使活塞環(huán)和活塞的損壞，造成竄氣的現(xiàn)象。

2、噴油泵供油提前角的改變

      噴油泵供油提前角是噴油泵從供油到活塞上止點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)角，工作位置如圖1所示。需要我們注意的是當(dāng)柴油機(jī)的型號(hào)不同時(shí)，提前角的值也就會(huì)不同。對(duì)于柴油機(jī)的燃燒供油提前角具有重大的影響。

（1）供油提前角提前

      一旦柴油機(jī)的噴油泵供油提前角提前比正常狀態(tài)下大過六度，及其就會(huì)出現(xiàn)啟動(dòng)困難、怠速不良、工作粗暴或柴油噴火的現(xiàn)象。當(dāng)柴油機(jī)的供油提前角提前比正常狀態(tài)下小于六度時(shí)，柴油機(jī)就會(huì)出現(xiàn)震動(dòng)劇烈、燒紅煙道管、冒黑煙、放炮等現(xiàn)象。

（2）供油提前角滯后

      柴油機(jī)供油提前角滯后示意圖如圖2所示。提前角滯后會(huì)使柴油的燃燒喪失時(shí)機(jī)，尤其是在油粒延遲到膨脹期噴入，燃油的分子結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生變化導(dǎo)致后期的燃油速度緩慢，很大一部分燃燒不盡的會(huì)變成黑煙排出，造成浪費(fèi)還污染空氣。有時(shí)候黑色煙粒和燃燒積炭會(huì)相互凝結(jié)，就會(huì)使得噴油器的霧化出現(xiàn)問題，最后堵塞噴孔。

      另一方面如果是燃油在顆粒膨脹的沖程之后才進(jìn)行燃燒，缸內(nèi)就會(huì)有大量的燃燒產(chǎn)物堆積，進(jìn)一步對(duì)氧氣進(jìn)行消耗，氧氣的濃度下降之后，氣缸內(nèi)的溫度和壓力都會(huì)下降，進(jìn)而降低缸內(nèi)的燃燒速度，使油氣的燃燒蔓延到排氣管內(nèi)，在這種情況下熱量對(duì)于有效公轉(zhuǎn)化的效率很低，大大的限制了柴油機(jī)的可靠性、動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的下降，但是反過來又會(huì)提高排氣的溫度，使得各部分的零部件都一直處在高溫的環(huán)境下，最后導(dǎo)致噴油器針閥、氣門、汽缸蓋、活塞環(huán)、氣缸活塞等損壞，進(jìn)而使得柴油機(jī)竄氣故障發(fā)生。

 

圖1  柴油機(jī)供油提前角工作圖

圖2  柴油機(jī)供油提前角滯后示意圖

 

二、機(jī)外解決竄氣故障的方法

 

      柴油發(fā)電機(jī)組燃?xì)鈮毫土魍ㄍ肥窃斐?a href="http://">柴油機(jī)竄氣的兩個(gè)最基本的條件，其中燃?xì)鈮翰罴仁歉Z氣產(chǎn)生的動(dòng)力來源，同時(shí)也是活塞環(huán)密封系統(tǒng)正常密封時(shí)的推動(dòng)力。康明斯公司本文章針對(duì)不同型號(hào)的柴油機(jī)竄氣故障的相關(guān)原因進(jìn)行重點(diǎn)分析和理論的探索，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合在柴油機(jī)實(shí)際應(yīng)用中的檢修故障和運(yùn)用情況進(jìn)行論述，并提出了相關(guān)的解決措施，以期為以后的實(shí)際生產(chǎn)提供借鑒。康明斯公司經(jīng)過多年的實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，要想真正的從根本上解決柴油機(jī)竄氣故障，主要是從幾個(gè)不同的角度來進(jìn)行的。

1、控制油品的質(zhì)量

      通常情況下如果機(jī)油的油品質(zhì)量較差，則柴油機(jī)發(fā)生故障的概率就會(huì)增加，所以我們?cè)趹?yīng)用柴油的時(shí)候就必須進(jìn)行必要的提前化驗(yàn)，包括各種雜質(zhì)、閃點(diǎn)、水分和十六烷值等。此外，機(jī)油牌號(hào)的選擇對(duì)柴油發(fā)電機(jī)的使用壽命至關(guān)重要，不用標(biāo)號(hào)的機(jī)油，對(duì)應(yīng)不同的使用場(chǎng)景，冬夏柴油發(fā)電機(jī)的機(jī)油也要及時(shí)調(diào)整。選擇正確的機(jī)油可以延長發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，并且減少了機(jī)油變質(zhì)的可能性。但是在選擇機(jī)油的時(shí)候，需要了解不同機(jī)油參數(shù)的意義，其粘度等級(jí)如圖3所示。

2、控制機(jī)器檢修的質(zhì)量和工藝

      這一技術(shù)就要求工作者嚴(yán)格的按照相關(guān)技術(shù)來進(jìn)行，比如測(cè)算缸套、活塞環(huán)、活塞等部件的質(zhì)量選配和外形尺寸等，在此基礎(chǔ)上再嚴(yán)格考核工作者的檢修質(zhì)量。以活塞環(huán)為例，開口間隙是活塞環(huán)安裝時(shí)必須的開口，防止活塞環(huán)受熱膨脹后卡死在氣缸內(nèi)。檢查開口間隙的方法如圖4所示，步驟是將活塞環(huán)平正地放入氣缸內(nèi)，從活塞頂部把它推平，然后用厚薄規(guī)測(cè)量開口處的間隙。

3、控制維護(hù)保養(yǎng)的方面

      在維護(hù)的保養(yǎng)的方面，要督促相關(guān)的人員定期的進(jìn)行機(jī)器工作狀態(tài)的保養(yǎng)維護(hù)，定期的對(duì)空氣的濾清器、機(jī)油濾清器、柴油機(jī)燃油等進(jìn)行清理，定期的對(duì)機(jī)油進(jìn)行更換等，進(jìn)而方便以后柴油機(jī)的正常工作。

 

圖3  柴油機(jī)潤滑油不同粘度等級(jí)對(duì)應(yīng)狀態(tài)

圖4  柴油機(jī)活塞環(huán)開口間隙的檢查方法

 

三、機(jī)內(nèi)解決竄氣故障的方法

 

      氣缸竄氣會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定，表現(xiàn)為怠速不平穩(wěn)、轉(zhuǎn)速失速、功率下降等現(xiàn)象，竄氣通常發(fā)生部位如圖5所示。此外，氣缸竄氣還會(huì)導(dǎo)致機(jī)油污染、冷卻液滲漏和發(fā)動(dòng)機(jī)故障等問題?？得魉构緸榱丝刂撇裼蜋C(jī)氣缸竄氣，在制造時(shí)可以采取以下幾個(gè)措施：

1、改善氣缸結(jié)構(gòu)

      為了提高氣缸壁的密封性能，可以采用以下幾個(gè)措施：

（1）增加氣缸壁的精度，降低氣缸壁與活塞之間的間隙

（2）采用密封性能更好的材料制造氣缸壁，比如采用高強(qiáng)度鋁合金材料

（3）加強(qiáng)氣缸壁的冷卻，減少氣缸壁溫度的升高，從而減少氣缸壁的膨脹

2、減小燃燒室溫度

      為了降低燃燒室溫度，可以采用以下幾個(gè)措施：

（1）增加空氣流動(dòng)和混合，減少燃燒室內(nèi)的殘留燃料

（2）采用較低的噴油壓力和較小的噴油孔徑，控制燃油噴出速度和噴霧角度，使燃油更為均勻地分布到燃燒室內(nèi)

（3）控制噴油時(shí)機(jī)，使燃油在燃燒室中得到充分混合，從而減少未燃?xì)怏w的生成

3、優(yōu)化燃油噴霧

      為了保證燃油完全燃燒，可以優(yōu)化燃油噴霧的形態(tài)、速度和分布區(qū)域等。具體來說，可以采取以下措施：

（1）采用多孔噴嘴結(jié)構(gòu)，增加燃油霧化和混合的時(shí)間

（2）設(shè)計(jì)合理的燃油噴嘴孔徑和數(shù)量，控制燃油進(jìn)入燃燒室的速度和角度

（3）控制噴油壓力和時(shí)間，以保證燃油噴出速度和噴霧角度的正確性

4、 增加燃燒室密封性

      為了減少燃?xì)馓与x氣缸，可采取以下措施：

（1）采用高密度的燃燒室密封墊，減少氣缸壁和活塞環(huán)之間的泄漏

（2）控制燃油噴出速度和時(shí)間，使燃料得到充分混合，并在燃燒室內(nèi)完全燃燒

（3）排除發(fā)動(dòng)機(jī)燃油和空氣系統(tǒng)中的雜質(zhì)和污染物，保證系統(tǒng)的清潔度和穩(wěn)定性

5、 采用先進(jìn)的燃油噴射技術(shù)

      現(xiàn)代柴油機(jī)采用電控高壓共軌噴油系統(tǒng)等先進(jìn)的燃油噴射技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)更加精確的燃油控制和更高的燃燒效率，從而有效地減少了氣缸竄氣的發(fā)生。此外，先進(jìn)的燃油噴射技術(shù)還能夠降低排放污染物的量，提高燃油經(jīng)濟(jì)性。

6、采用高效冷卻系統(tǒng)

      高效的冷卻系統(tǒng)能夠?qū)l(fā)動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生的熱量及時(shí)地散熱，降低氣缸壁溫度，從而減少氣缸竄氣?，F(xiàn)代柴油機(jī)采用液冷或水冷的方式進(jìn)行冷卻，同時(shí)采用高效的水泵和風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，從而能夠保持發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定工作溫度，并有效地降低氣缸竄氣的發(fā)生。

      以上措施通過康明斯公司實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本文提出的控制氣缸竄氣的方法可以有效地降低氣缸竄氣的發(fā)生率，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和可靠性，同時(shí)這些措施對(duì)提高柴油機(jī)的性能具有重要的實(shí)踐意義。柴油機(jī)漏氣量測(cè)試結(jié)構(gòu)如圖6所示。

 

圖5  柴油機(jī)氣缸竄氣通道示意圖

圖6  柴油機(jī)竄氣故障漏氣量測(cè)試曲線圖

 

總結(jié)：

      總的來說，控制氣缸竄氣是現(xiàn)代柴油機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要方向，對(duì)于提高柴油機(jī)的燃燒效率、降低排放污染物、延長發(fā)動(dòng)機(jī)壽命等方面具有重要的意義。今后，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我們還將會(huì)看到更加先進(jìn)的控制氣缸竄氣技術(shù)的出現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)更加高效、環(huán)保、可靠的柴油機(jī)工作。本文主要探討了現(xiàn)代柴油機(jī)中氣缸竄氣問題的成因和解決方案。氣缸竄氣對(duì)于柴油機(jī)的穩(wěn)定工作和壽命都有著非常大的影響，因此控制氣缸竄氣成為了現(xiàn)代柴油機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要方向。通過分析其中的原理，本文提出了多種解決方法。首先，優(yōu)化燃燒室形狀、減小活塞與缸套的間隙、提高運(yùn)轉(zhuǎn)油面高度等措施可以減少氣缸竄氣的發(fā)生。其次，采用高質(zhì)量的活塞環(huán)、缸套和活塞件等配件也能夠有效地降低氣缸竄氣的風(fēng)險(xiǎn)。此外，優(yōu)化氣門機(jī)構(gòu)、采用先進(jìn)的燃油噴射技術(shù)、以及采用高效冷卻系統(tǒng)等方法都能夠有效地降低氣缸竄氣現(xiàn)象的發(fā)生。

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