康明斯柴油發動機故障分析預防與排除

馬鑫

摘要：美國康明斯公司與中國的合作始于1975年，生產發動機、渦輪增壓器、濾清器、發電機組等產品。康明斯柴油發動機在我國分別有東風康明斯柴油發動機組、重慶康明斯柴油發動機組，作為中國發動機行業最大的外國投資者，康明斯在中國擁有八家合資和獨資制造企業。其中東風康明斯生產B、C和L系列柴油發動機，重慶康明斯生產M、N和K系列柴油發動機在各行各業得到了廣泛應用[1]。在廣泛使用的同時，康明斯柴油發動機故障的分析與預防便成為了當前要解決的主要問題。

關鍵詞：康明斯柴油發動機;故障;分析預防與排除

中圖分類號：TK42? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）14-0151-02

0? 引言

康明斯柴油發動機各類功率范圍覆蓋31-3500馬力，廣泛應用于重型卡車、中型卡車、巴士客車、娛樂休閑房車、輕型商用汽車和皮卡車等公路車輛以及工程機械、礦山設備、農業機械、船舶和鐵路等非公路設備[1]。康明斯發動機不僅以一流的可靠性、耐久性和燃油經濟性享譽業內，而且在滿足日益嚴格的排放要求的激烈競爭中一直居于業內領先地位。與此同時康明斯柴油發動機出現的故障也為使用中帶來了不便，因此康明斯柴油發動機故障分析預防與排除也就成為了重中之重。

1? 康明斯柴油發動機基本特點及技術特點

1.1 康明斯柴油發動機基本特點

我們在日常生產生活中，常見的康明斯柴油發動機的基本特點為：直噴式柴油發動機以渦輪增壓器、封閉式水冷系統以及直列或V形的結構呈現，用以四沖程以及每缸四氣門做功方式。良好的經濟性與動力性的結合，從而實現優秀的廢氣排放指標。整體式鍛壓曲軸和連桿使康明斯柴油發動機在使用中獲得了更好的耐久性。空調系統使用氟列加冷卻液添加劑以提高發動機抗穴蝕能力。缸體采用內部油道使發動機更清潔并采用高品質的空濾器確保發動機延長使用壽命。采用其系列類型相配套的機濾、水濾、燃濾、旁通率等濾清器，使其在發動機的維護與保養方面更加方便可靠[1]。

1.2 康明斯柴油發動機的技術特點

康明斯柴油發動機缸蓋采用陶瓷敷涂技術，封閉式冷卻系統采用了低溫中冷系統。其主要功效是為更好的提高發動機熱效率使冷卻效率更加高效，而且采用的活塞陶瓷敷涂技術也可以實現高效率散熱功能。康明斯柴油發動機采用的旋轉式氣門技術和STC技術，使廢氣旁通增壓的渦輪增壓器提高發動機的低轉速時的性能。并在低溫的環境中，改善發動機的排放性能，最后提高發動機進、排氣門在使用時的耐久性。

2? 康明斯柴油發動機維護與保養的重要性

在講述康明斯柴油發動機故障分析預防與排除前，非常有必要的先講述一下日常維護與保養的重要性。注重日常維護與保養，可以有效的防止康明斯柴油發動機的非正常損壞，有效延長其使用壽命。通過保持康明斯發動機的干凈、整潔來防止水和灰塵腐蝕發動機各部件、對連接處的螺栓進行檢查、調整，來保證其齊全有效。在日常維護保養過程中，對機油的更換、保持系統的清潔、固部件的有效等手段，都是為了確保康明斯柴油發動機在使用中能夠保證較少的磨損、降低使用過程中產生過熱現象以及減少相對的運轉阻力等等損壞發動機的保障手段。因此，保證康明斯柴油發動機的日常維護與保養是防范其故障頻發的重要舉措。

康明斯柴油發動機在運行中需要觀察工作監測儀表，正常工作狀態時水溫應保持在74-91℃之間、根據設備型號不同，怠速及負荷運轉時的機油壓力應保持在標準壓力范圍內。如果康明斯柴油發動機工作期間過熱報警，應降低負荷運行。降低負荷運行一段時間后如還過熱，則應停機檢查故障。康明斯發動機運行中應密切注意發動機下列情況的變化，如其中任一項突然發生變化，很可能是產生故障的預兆：①發動機滅火或著火不良;②振動情況;③發動機有不正常的噪聲;④發動機工作壓力、溫度突然變化;⑤發動機排氣煙度太大;⑥發動機功率不足;⑦機油消耗變大;⑧燃油消耗變大;⑨燃油、機油或水泄漏[2]。下面本文將對康明斯柴油發動機進、排氣系統及燃油PT系統進行故障分析與排除。

3? 康明斯柴油發動機進、排氣系統

3.1 進氣系統

眾所周知進氣系統的作用就是將清潔的空氣源源不斷地提供到各個氣缸內，保證各個氣缸進氣量保持一致并為各個缸做功后的熱能轉換提供轉換基礎。康明斯柴油發動機進氣系統影響發動機輸出功率和發動機的使用壽命的主要因素就是進氣溫度、進氣量以及系統中的雜質。主要因進氣系統導致的發動機故障因素就是空氣中包含的各種雜質、水分或其他雜質。他們過多的存在進氣系統中，會造成以下故障：因堵塞導致的空氣密度小、含氧量少從而導致的功率損失或降低功率。并且由于空氣中的氧含量減少，導致燃燒不充分并產生未燃燒完全的碳煙。從而導致噴油器尖部、活塞、氣門的碳化。進氣系統中如果進入的空氣不夠純凈，包含了過多的臟污、鹽或其他雜質，都會加劇發動機內部部件的磨損。而且產生的化學元素往往都具有一定的腐蝕性，長期使用也會減少康明斯柴油發動機的使用壽命。在了解了主要故障原因之后，就要針對其故障進行預防的措施就是：保證進氣系統的管路或結合處的密閉性，保證管路、管路的卡子或者各部位的接頭檢查工作，保證管路的完好性無破損的情況，保證緊固件無松動進氣的現象。避免空濾和康明斯柴油發動機之間的連接管路中堆積塵土以及其他空氣中的雜質未經過濾的空氣進入進氣系統。在日常維修保養的時候也會經常出現以下問題：由于康明斯柴油發動機原廠配備的空氣濾清器較比其他副廠的空氣濾清器較貴，因此一些使用者只考慮到安裝尺寸及采購價格來更換副廠的空氣濾清器。或者在更換破損老化的管路時，未按照原車管路尺寸進行更換，或者使用質量較差內部表面粗糙的膠管。這兩種做法都會影響康明斯發動機進氣系統的過濾級別或者進氣量，從而導致發動機故障。

3.2 排氣系統

排氣系統的故障往往是日常維修保養比較容易忽視的一個環節，使用者往往認為他的作用就是將廢氣進行排出的一個過程，不認為他會造成康明斯柴油發動機較大的故障或影響，這就是使用者對其工作原理不清楚的一個體現。一個設計成熟且優良的發動機排氣系統，能夠通過自身燃燒氣體的轉移控制來提高發動機的使用性能，也就是我們常說的廢氣增壓。為了提高康明斯柴油發動機的使用性能并延長發動機的使用壽命，就要考慮到以下幾點：康明斯柴油發動機排氣系統排除的排氣背壓壓力需要控制在其標定范圍內，一般不會超過0.01MPa。換句話說就是，康明斯柴油發動機燃燒做功后所產生的熱能和廢氣要能夠比較暢通的在康明斯柴油發動機排氣系統中排出。如果排氣系統產生過高的排氣背壓將會導致發動機熱能轉換不及時造成康明斯柴油發動機機體整體溫度過高或是直觀的通過水溫表來顯示為水溫過高報警。并且排氣背壓的壓力過高，還會導致康明斯柴油發動機功率降低、燃油燃燒不充分、增加燃油消耗。如果排氣系統混入較多的臟顆粒或者其他雜質進入廢氣增壓，會導致渦輪增壓器的渦輪軸承出現故障。排氣系統管路、管路接頭、管路卡子及其他固定件和支撐件的檢查也是預防排氣系統故障的主要措施。尤其是支撐和定位件的齊全有效，可以保證各部件連接處密封圈或密封墊不因為自重影響而導致的損壞和泄漏。如果支撐和定位件的失效，會因設備在運行過程中的震動導致渦輪增壓器外殼的開裂、渦輪增壓器軸承的損壞、排氣歧管連接失效漏氣或斷裂等等故障。再有就是排氣系統要避免出現進水或積水現象，排氣系統如果進水會導致部件銹蝕損壞從而引起設備故障。針對于以上故障分析，其主要預防手段就是：保證康明斯柴油發動機排氣系統管路及相關附件的齊全有效。保證排氣系統的清潔，最后就是要定期對其檢查、維護、清潔等工作及時到位的實施。

4? 康明斯柴油發動機PT燃油系統

隨著技術的發展和社會的進步，人類的環保意識日益增強，美國、歐洲和日本都已相繼執行更高的環保標準，對發動機的排氣進行更加嚴格的限制。為了滿足新的排放標準以及激烈的市場競爭，康明斯柴油發動機的目標就是要生產出馬力大、油耗低、排污少和噪音小的高性能發動機。康明斯柴油發動機的PT燃油系統是康明斯公司特有的專利，并且在全國范圍內也只有該公司一家采用了這種特有的技術。常見的發動機燃油系統包含了燃油泵、燃油濾清器、燃油箱、油位傳感器以及相關的管路和閥等附件。而康明斯柴油發動機的PT燃油系統是區別于其他柴油發動機的關鍵標志。第一臺PT燃油系統于1954年開始應用安裝在康明斯柴油發動機上。字母“P”表示為Pressure，是康明斯柴油發動機PT燃油系統的燃油泵的輸出的燃油壓力。字母“T”表示為Time，是康明斯柴油發動機PT燃油系統的噴油器準許燃油流入的有效時間，“PT”也就是表示壓力和時間的縮寫。康明斯柴油發動機PT燃油系統的作用就是根據其柴油發動機的工況需求，將霧化后的柴油定量、定壓、定時的按標定好的噴油程序噴入康明斯柴油發動機的氣缸之中。最后將霧化后的柴油與過濾后的空氣能夠迅速且良好地進行混合并燃燒做功。發動機燃油系統工作狀況的好壞直接影響其排污性、經濟性、動力性等，因此，康明斯柴油發動機PT燃油系統的工作情況對其性能有著決定性的影響。常見的康明斯柴油發動機PT燃油系統故障主要為：發動機啟動困難，其常見原因為PT燃油系統供給不良引起的排氣管無煙排除或冒白煙但是不能啟動。因為燃油不足、系統堵塞、系統漏氣密封不良、系統進水或柴油質量不好引起的低壓油路故障。因為部件磨損造成內泄、供油量達不到要求、噴油器部件損壞導致的高壓油路故障。康明斯柴油發動機產生異響、機體工作粗暴，其常見原因為PT噴油泵霧化不良、噴油時間過早、系統堵塞、噴油到各缸的噴油量不均勻等故障。匯總言之，因PT燃油系統故障的主要體現就是怠速運轉不穩、噴油器霧化不良、功率不足、排氣煙色不對、啟動困難、水溫過高、噴射壓力低、各缸供油量低、各缸供油量不均勻、自動正時提前失去作用、供油正時晚等。針對于以上故障分析，其主要預防手段就是：在保證系統部件運行狀況良好的同時，定期對其進行維護保養，使其保證燃油系統的清潔度、保證燃油系統管路、接頭等無泄漏。預防使用或維修過程中臟物或雜質進入燃油系統導致系統堵塞，從而加劇系統部件磨損[3]。

5? 結束語

對于康明斯柴油發動機在使用過程中出現的故障可謂是錯綜復雜的，針對不同的故障現象只有了解康明斯柴油發動機系統構造并針對故障現象入手，根據使用環境因素進行綜合判斷。那么，在遇到任何康明斯柴油發動機的故障，都可以很快速的找到故障原因，從而準確并節時的進行故障處理。對于筆者而言，在考慮其故障發生、分析、排除、預防的同時，重中之重還是在于日常的維護與保養。所謂三分修、七分養也就是這個意思。只有保證日常的維護與保養的有效實施，才能達到減少康明斯柴油發動機的故障并延長其使用壽命的最終目的。

參考文獻：

[1]康明斯發動機服務指南.

[2]康明斯發動機維護保養知識.

[3]張衛東，梅華平.康明斯柴油機構造及常見故障分析[M].機械工業出版社，2014.