卡特柴油機常見故障及解決方案分析

任憲濤

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459）

柴油機作為工業生產的動力機械，其安全性、可靠性、環保性等問題越來越受到人們的關注。當前，卡特柴油機在海洋石油鉆井平臺以及采油平臺應用廣泛。比如，修井機的鉆臺柴油機、泥漿泵的動力源、應急消防泵柴油機以及吊車柴油機。因在海洋平臺的大量應用，其重要性不言而喻，柴油機出現故障，能夠快速判斷、處理故障，顯得尤為重要。因此，研究卡特柴油機常見故障類型及原因并采取相應措施，有利于提高卡特柴油機的運行可靠性。

1 機電設備維護工作及故障處理流程

1.1 定期檢查、潤滑和保養柴油機

發動機的維護保養是對發動機的一種預防性維護。在對柴油機的長期運行過程中，隨著時間的推移，會出現許多故障和問題，嚴重影響柴油機的使用壽命。為了避免這些問題的出現，工作人員必須進行維護保養工作，以確保生產過程中柴油機穩定運行。我們需要定期對柴油機機電設備進行維護保養，以確保其正常工作。首先，查看各部件是否有損壞、磨損或松動現象。其次，檢查柴油機上各緊固件是否松動或損傷，以及柴油機連接處和連接螺栓是否有松動現象。最后，檢查噴油器、調整氣門間隙、更換過濾器、更換滑油等。

1.2 柴油機的清潔

柴油機的清潔是柴油機維護的重要組成部分。為了確保柴油機的清潔，應進行必要的檢查，以防止有異物或污垢進入發動機；如果發現有異物或污垢，必須用合適的材料進行清理；清洗時，必須注意預防高溫。清洗后，工作人員需要進行必要的檢查，并按照規定程序進行潤滑、燃油、冷卻液和潤滑油等。

1.3 定期檢查設備，發現故障及時排除

定期檢查設備的狀態，發現異常及時解決。柴油機出現故障時，通常會導致柴油機無法正常運行，進一步影響正常生產。但是，一旦設備出現故障，工作人員必須根據其具體情況來確定設備的維修范圍，并找到合適的維修方案。

2 卡特柴油機常見故障和原因

2.1 自行熄火

氣缸壓力不足，氣缸壓力在空載情況下不能達到規定的燃燒壓力。柴油機工作中未使用機油，在氣缸內與空氣混合后形成可燃氣態燃料而自行熄火。氣缸墊損壞或破損，在裝配時由于擰緊的角度不對或密封不好，導致漏氣，也會引起柴油機自行熄火。發動機機油油路堵塞或進油管漏油、噴油器卡滯等都會引起柴油機動力不足而熄火。發動機各傳感器故障。如氧傳感器失靈，噴油器卡滯等都會導致柴油機的動力不足而熄火。

2.2 柴油機轉速不穩定

在柴油機正常工況下，利用調速器的自動調整功能，使發動機的速度保持在一個較低的水平。波動值只有幾轉，旋轉速度不超過0.5%。在發動機轉速不穩定的情況下，出現兩種情況：一是發動機的轉速有規律的波動。一般稱為“游車”“喘振”。這種現象多見于低速運轉的柴油機。二是發動機的轉速有無規則地變化。

（1）燃油系統原因。燃油系統無論哪個環節造成汽缸和各循環的供油不一致，都會造成柴油機各缸、各循環的做功不均，造成轉速不穩定。①燃料系統中存在空氣和水，會產生氣阻和水阻現象，從而導致燃料供給中斷。②噴油嘴針閥卡滯、噴油泵柱塞卡滯、噴油泵齒條卡滯等原因，導致發動機各個循環系統的油量不均勻、霧化程度不均勻。③噴油泵活塞磨損嚴重，出油閥磨損嚴重，噴油器針閥磨損嚴重，都會導致燃油供給不均勻。④噴油器的霧化品質差、出油閥的壓力差、壓力油管的阻力太大，造成二次或多次的噴油、滴漏，也是柴油機工作不穩定的原因。⑤噴射油泵的各個氣缸的供油偏差過大，各個氣缸的做功偏差較大，也會導致發動機的轉速不穩定。

（2）調速系統原因。調速器的功能是隨時調整發動機的油量，保證發動機的工作平穩。當外界負荷增大、減小時，柴油機的速度也不會有太大的改變。因此，如果調速器的各個部分有問題，就會導致調整失敗，從而造成發動機的不穩定。①調速器中的潤滑油太多，使調速器的飛鐵及其他運動部件的工作阻力增加，并且不均勻，從而影響調速的敏感性和均勻性，使調速不穩定。②調速器彈簧變形、斷裂、剛性小，會導致調速器的調整失效或調整不足，導致發動機轉速不穩定。③調速器飛鐵軸承磨損嚴重，或飛鐵等運動部件出現故障，造成調速器調整功能失效或調整不均，造成發動機轉速不穩定。

（3）外部原因。柴油機帶有齒輪箱的離合器接合不良、打滑、工作機械負荷嚴重不穩定等都會導致發動機轉速不穩。

2.3 柴油機啟動困難

在柴油機的實際應用中，常常遇到柴油機啟動困難或者啟動失敗等故障。總結有以下幾個方面。

（1）啟動系統。按照啟動源的不同，海洋采油平臺柴油機有兩種啟動模式，一種為電啟動，另一種為氣啟動。吊車柴油機和應急消防泵柴油機為電啟動模式，而修井機設備為氣啟動模式。電啟動系統出現幾類問題：蓄電池電壓不足、電量不夠；電馬達力矩太小；電馬達損壞；啟動開關繼電器等損壞；電線接頭接觸不良；電源導線截面小，線太長等。氣啟動系統易出現氣管線漏氣；氣源壓力不足；繼氣器打不開；油控閥或氣控閥失靈；儲氣罐容積太小；氣馬達損壞；氣馬達飛輪齒圈嚙合不良；氣動預供油泵壓力不足。

（2）燃油系統。燃油系統出現以下問題，導致柴油機啟動困難。油壓低停車控制桿不能復位燃料箱閥門沒有開啟，燃料罐沒有油，燃料罐的高度過低，燃料路徑中存在氣體；柴油機濾清器的三通閥門沒有開啟，或柴油機濾清器過于污濁；超速停車設備沒有重置燃油噴射器的霧化問題；噴油嘴不抽油，也不吸油。

（3）進排氣系統。空氣過濾器臟堵、中冷器臟堵、配氣正時不對、排氣系統臟堵等造成進氣不暢通，導致柴油機啟動困難或者無法啟動。

（4）燃燒系統。活塞環、氣門缸蓋漏氣，比如，缸墊破損、活塞環磨損等。汽缸中的壓縮壓力不夠，活塞與汽缸頭之間的空隙過大或過小；油嘴超出氣缸蓋平面的范圍過大或過小。

（5）其他。柴油機帶載太大；機油溫度太低、黏度太大；水溫太低，在水泵內結冰；柴油溫度太低、黏度太大；氣門碰活塞或者缸內有異物；燒瓦、抱軸、拉缸等因素。

2.4 冒黑煙故障

柴油機排放出的黑色煙霧是由噴射到發動機汽缸中的燃料在燃燒過程中發生局部高溫缺氧而發生的，同時發生脫氫，形成了以碳為主的固體微粒。因此，不管是燃油系統、燃燒系統、進氣系統，只要是對燃燒系統有影響的，都會產生黑煙。燃料的燃燒：噴嘴霧化不佳、滴落或不正常；噴油器的燃油噴射壓力不正確供油提前角度過高或過大，個別氣缸供油過多，柴油品質過低；出油閥門的堵塞副磨損嚴重，管路壓力太小；噴油管的高度過高過低地伸出氣缸蓋；壓力過小，油管內部的孔洞會發生變形。進、排氣系統：空氣過濾器堵塞；壓氣機污物堵塞；中冷器污物堵塞；排氣消聲器污物堵塞；配氣相位錯誤；氣閥密封不良；增壓壓力太低。用途：柴油機超載；拉缸，燒瓦。

2.5 機油溫度異常

柴油機在技術工況下，一部分熱能轉化為有功，一部分被排氣管排出，另一部分則被機油和冷卻水帶走，當機油經過機油冷卻器，將熱量輸送到冷卻水中，使得發動機的溫度一直低于85℃。

（1）柴油機在超負荷運行時，燃油的熱量較高，機油吸收的熱量較大，從而使機油的溫度升高。

（2）如果冷水泵的流量很小，散熱器的散熱效果很差，或者發動機的冷卻效果很差，或者風扇的轉速太低，那么就會導致機油的熱量無法傳遞，導致油溫升高。

（3）油盤油量不夠，或機油泵流量少，都會導致油量不夠，進行循環換熱，散熱效果不好，還會導致機油溫度升高。

（4）當軸承燒壞時，會產生大量的摩擦熱量，或由于活塞圈的泄漏，產生的熱量會使發動機的溫度升高。

3 常見故障排除策略

3.1 自行熄火的排除策略

在檢查故障原因時，首先，要排除燃油系統的故障，可從以下幾個方面進行。

（1）檢查噴油泵工作是否正常。

（2）檢查燃油系統的空氣流量是否正常。

（3）更換燃油濾清器，清洗油箱油垢。

（4）清洗進氣道。

（5）對燃燒室進行清潔。

3.2 轉速不穩定的排除策略

柴油發動機轉速不穩定，不但會影響柴油發動機的動力，還會增大燃油消耗，從而降低燃油經濟性。同時，由于其旋轉速度不穩定，其工作機構的穩定性也受到很大的影響。根據故障發生的原因和位置，有針對性地進行排除。

（1）確保燃料供應系統的工作狀態。①排出系統內的空氣和濕氣，對柴油機的過濾器進行清潔，確保油的通暢和充足；②對噴油裝置進行檢修，以保證其霧化效果良好；③對噴油泵的柱塞、齒條、各氣缸的供油、排氣閥、彈簧、齒圈等進行檢查、維修，以保證各氣缸的供油均勻。

（2）對調速器進行檢驗和維修。對調試儀相關的零件進行檢查和維修，確保其工作正常。①將調速器中的過剩機油排出；②對大磨損的調速器傳動部件進行維修、更換，以保證其運動順暢；③對調速器的彈簧進行檢驗和維修。

（3）對各機器的傳動進行檢驗。檢查各機器的傳動，以便能自由地進行嚙合，并能很好地配合。

3.3 啟動不暢的排除策略

根據啟動困難的現場，分析啟動故障的原因，診斷的位置，有針對性地排除。

（1）啟動系統發生故障，啟動困難，啟動系統時，啟動馬達、蓄電池、啟動開關、繼電器等均需單獨修理或更換。當啟動系統發生故障時，必須對氣動馬達、氣控閥、油控閥、繼氣器和管道進行維修，以確保供氣足夠。

（2）由于機械系統的故障而導致的啟動困難，必須排除影響發動機曲軸旋轉的原因，例如，重新安裝發動機，確保各個零件之間的空隙和運動零件的自由移動。

（3）由于外界原因造成的啟動困難，在發動前應該先進行油預熱，然后再加水，并與工作機器斷開。

（4）由于運行原因造成的啟動困難，必須嚴格按照操作規范進行。例如，對閥門、拉桿、加足燃料、排凈燃油系統的空氣等。

（5）因燃料系統故障而導致的啟動困難，應對相關零件進行檢查、修理或替換，例如油泵、噴油器、油濾器、油泵、油泵等，并對進油提前角度進行調節。

（6）進氣和排氣系統的失效導致了啟動的困難，必須對排氣的時間進行檢查和調節，并對中冷器、空氣過濾器、消聲器等進行清潔，并對活塞環、排氣閥等進行更換。

3.4 冒黑煙故障的排除策略

故障現象：柴油機工作時，冒出黑色煙霧，有時是一種特殊的黑煙，它經常在高溫下產生。這種故障是柴油中的某些雜質引起的。排除策略：檢查發動機的所有潤滑油管道，并仔細檢查油道（在噴油嘴附近）。如果有任何堵塞或其他缺陷，應該及時修理或更換。如果冒煙嚴重（尤其是在負荷變化時），則可能是由于溫度過高和油溫過高造成的。當柴油機運轉時，潤滑油通過油底殼從缸蓋和缸套的縫隙中溢出，使排氣管冒煙。因此，如果出現這種情況時，必須立即進行處理。但由于冒煙很嚴重而不能立即進行處理時（如發動機負荷太大），可以采取一些措施來防止冒煙：如果柴油機不工作時，應立即停車；如果油溫過高或油溫過低時必須停車；在負荷變化時，應該檢查油量和供油情況是否正常等。

3.5 油溫異常排查解決策略

針對造成油溫不正常的原因，進行了以下檢查：

（1）加足機油，排氣管道內的氣體，排除空氣阻力。

（2）由于冷卻系統的原因，必須對油冷卻器進行清潔或更換，使其冷卻效果得到恢復，并對水泵進行維修或更換，以確保水量充足；調節皮帶的彈性，以保證風機的速度；清潔或維修低溫散熱器，使其恢復散熱。

（3）如果是由潤滑系統引起的，那么發動機油泵的泵量要符合規定的范圍，必須進行維修或更換。

（4）如果是超載所致，則應該進行卸載操作。

4 結語

綜上所述，隨著現代社會發展水平的不斷提升與進步，對柴油機設備也提出了更高的要求。在此背景下，為了進一步提高卡特柴油機械設備運行質量、效率以及穩定性等，就必須強化對其故障分析以及維修方法等方面的研究與分析工作。做好柴油機保養工作，保證潤滑油及時、適量添加，避免機油油位過高。保證機油濾清器暢通。定期檢查機油的油位，保證正常使用。定期清洗柴油機冷卻系統、空氣濾清器、燃油系統等部件，及時清理積碳。對柴油機定期進行保養和維修，保證正常運行狀態，必要時對柴油機進行大修。