QSK60發動機冷卻系統故障分析及檢修方法

童憲華

(江西銅業集團公司德興銅礦，江西德興 334224)

1 引言

隨著世界經濟和我國國民經濟的飛速發展，世界各國在開采業投入巨資，從而極大地促進了大型電動輪自卸車的發展。有關數據表明，在開采中，220t及以上的大型礦用電動輪自卸車發揮著極其重要的作用。德興銅礦為滿足產量增加對設備的需求，引進了220t配備康明斯QSK60單級增壓發動機的小松830E電動輪自卸車。在投入生產的使用過程中，QSK60發動機的冷卻系統的故障影響了設備的利用率。

2 冷卻系統的工作原理

QSK60發動機使用雙泵/雙循環回路冷卻系統，由水泵、節溫器、水箱、水管、風扇葉等組成，分為高溫回路和低溫中冷回路。2個回路共用1個補充水箱，當冷卻水膨脹時進入補充水箱，可以防止給水管道被冷卻水脹破。水不足時補充水箱也可起到補充水的作用。高溫水箱及低溫中冷水箱均由風扇皮帶、風扇離合器帶動風扇葉進行冷卻。風扇離合器根據水溫變化控制離合器的分離和結合，從而控制風扇葉的轉速，達到降低風扇功率消耗的目的。

2.1 高溫回路

圖1 QSK60發動機冷卻系統示意圖

QSK60發動機的渦輪增壓器為水冷式，冷卻水從水歧管進入增壓器軸承殼體下部，從軸承殼體上部流出至高溫節溫器殼體至高溫水泵的旁通管。

2.2 低溫中冷回路

低溫中冷回路又稱LTA回路，由低溫水泵(LTA水泵)、中冷器、低溫中冷節溫器(LTA節溫器)、低溫中冷水箱(LTA水箱)及水管等構成。低溫水泵安裝在發動機左排側的前齒輪室蓋上。低溫水泵使冷卻水泵至發動機左右側的4個中冷器，冷卻空氣后，經過水歧管至低溫中冷節溫器殼體。水溫未超過46℃時，冷卻水直接從低溫中冷卻節溫器殼體處旁通至低溫水泵，再泵至中冷器，形成小循環;當水溫達到46～57℃時，低溫中冷節溫器逐漸打開，冷卻水流到低溫中冷水箱冷卻后至低溫水泵，形成大循環。見圖1。

3 冷卻系統故障的原因分析及檢修方法

QSK60發動機的冷卻系統故障主要分為冷卻液泄漏和溫度異常。其中冷卻液泄漏分為外部泄漏和內部泄漏。溫度異常分為溫度過低和溫度過高。

3.1 外部泄漏的原因及檢修方法

外部泄漏主要是因為水套破裂或未扎緊、水管破裂、水管連接水封老化、水箱蓋損壞、水箱散熱管或水封損壞等，造成冷卻液泄漏至外部。由于外部泄漏有較明顯的痕跡，因此容易觀察且便于檢修，只要更換相應損壞的部件即可。

3.2 內部泄漏的原因及檢修方法

內部泄漏主要是指冷卻液在發動機組件中發生泄漏，一般都能泄漏進機油中。泄漏較多時，機油油位異常增加，通過松開油底殼放油堵頭觀察顏色及機油乳化現象可確定冷卻液內部泄漏;泄漏很少時，機油油位無明顯增加及機油無乳化現象。可通過油樣光譜檢測，當光譜數據中的Na元素超過20ppm且持續增加時可判定冷卻液內部泄漏。

3.2.1 水泵泄漏的原因及檢修方法

2012年3月26日，美國總統奧巴馬與俄羅斯總統梅德韋杰夫交流“悄悄話”時忘記關閉話筒，于是再次上演了麥克風“傳輸秘密”的外交戲碼。

高溫及低溫中冷水泵均由發動機前端的齒輪系驅動，齒輪系由機油提供潤滑。水泵內部由水封及油封將冷卻液和機油分開。當水封、油封老化磨損后，冷卻液可泄漏進機油中。

水泵下部有一觀察孔，正常時是干燥的。當觀察孔有滲出冷卻液及機油的痕跡時，可確認水泵泄漏，應及時更換水泵。當觀察孔滲出物僅能明顯分辨出只有冷卻液或機油時，只能確認水泵水封或油封老化磨損，不能確認冷卻液泄漏進機油中。可更換水泵后運行一段時間取油樣進行光譜檢測。

3.2.2 機油冷卻器泄漏的原因及檢修方法

機油冷卻器在發動機V腔中。當機油冷卻器芯出現破裂時，冷卻液在發動機停止時滲入機油中。由于發動機運行時機油壓力大于冷卻液的壓力，此時機油大量進入冷卻系統中。打開水箱蓋可觀察到冷卻液表面浮著一層機油即可確認機油冷卻器泄漏。

檢修時需要打開發動機V腔，取出所有機油冷卻器芯，然后將其浸入溶液中，用空氣加壓觀察是否有氣泡出現從而確定損壞的冷卻器芯。更換冷卻器芯，用溶劑清洗掉冷卻系統中殘留的機油。

3.2.3 中冷器泄漏的原因及檢修方法

當中冷器芯破裂時，冷卻液泄漏至中冷器殼體，通過中冷器的進氣口進入發動機相應的燃燒室后滲入曲軸箱的機油中。4個中冷器的下部均有1個進氣溫度傳感器，拆除傳感器后觀察安裝孔是否有冷卻液流出即可確認損壞的中冷器。更換新的中冷器就可排除故障。

3.2.4 缸蓋、缸套泄漏的原因及檢修方法

缸蓋、缸套出現裂紋或密封損壞，冷卻水道的冷卻液滲入曲軸箱的機油中。可觀察排氣管的煙色為白色從而確認故障點是發動機左列還是右列，結合閱讀各缸的排氣溫度的歷史數據初步判定，從噴油器安裝孔伸入內窺鏡觀察或拆去發動機左右邊蓋板觀察進一步確定損壞的位置。如仍難以確定，需要拆去油底殼，從下部觀察滲下的冷卻液最終可確定損壞的具體位置。拆除相應位置的缸蓋、密封、缸套等觀察是否存在裂縫、破損等，更換相應損壞的備件。

3.3 溫度過高或過低

冷卻系統的良好工作溫度應在80～90℃之間。溫度過高造成發動機冷卻效果差，加劇磨損導致拉缸、抱瓦等嚴重故障;溫度過低則增加了發動機的冷磨損和燃油消耗。

QSK60發動機冷卻系統溫度過高在發動機報警系統中主要表現為發動機水溫高和中冷進氣溫度高。主要原因是外部可見故障，如風扇皮帶過松或損壞、風扇葉損壞、散熱器導風口破損等;內部故障如風扇離合器故障、節溫器故障等。

QSK60發動機冷卻系統溫度過低主要是因為風扇離合器故障和節溫器故障。

3.3.1 外部可見故障的原因及檢修方法

溫度過高故障檢查應從易至難，在確定冷卻水充足無泄漏、散熱器外部無臟物堵塞的情況下先檢查風扇皮帶是否過松或損壞;風扇葉的葉片是否缺損;散熱器的導風口是否破損。這些都會造成冷卻風力不足使冷卻水箱散熱不足，從而導致發動機水溫高報警。檢修時針對發現的原因，調整風扇皮帶張力、更換風扇皮帶、風扇葉、修補導風口。

3.3.2 風扇離合器故障的原因及檢修方法

風扇離合器是通過感溫傳感器、電磁閥控制機油進入離合器內部，從而調控離合器的分離和接合。溫度低時，離合器逐漸分離，風扇轉速減慢;溫度高時，離合器逐漸接合，風扇轉速加快。

感溫傳感器、電磁閥或離合器本身出現故障，使離合器常處在分離或接合狀態就會導致風扇轉速始終處在較慢或較快狀態，發動機冷卻系統溫度相應出現過高或過低的現象。

檢查此類故障最方便的方法是測量風扇轉速。如無測量轉速條件時可通過負載試驗來檢查發動機水溫狀態，當水溫達到90～97℃之間時，如風扇離合器工作正常，水溫會明顯下降至90℃以下。確定風扇離合器工作異常后，通過檢查感溫傳感器、電磁閥來確定故障源，排除控制管路故障后最后再確定離合器內部是否損壞。

3.3.3 節溫器故障的原因及檢修方法

QSK60發動機節溫器分為高溫節溫器和低溫中冷節溫器。

高溫節溫器打開溫度是85～97℃，過早打開或常開使冷卻系統始終處在大循環工作狀態導致發動機水溫過低;而節溫器不打開會造成冷卻系統無法形成大循環，從而導致發動機水溫高報警。

低溫中冷節溫器打開溫度是46～57℃，工作原理相同。不同之處是當低溫中冷節溫器不打開時，會導致中冷進氣溫度偏高報警。

檢查這類故障時可通過手摸或紅外線測溫儀檢測節溫器附近的水管溫度即可判定故障源。更換相應的節溫器，排除故障。

4 結語

通過實踐總結和系統分析，精確地查找到康明斯QSK60發動機冷卻系統故障原因，加強故障易發點的維護和檢查，快速排除故障，從而提高了設備利用率，為生產的有序進行提供了保障。

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