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康明斯柴油發(fā)電機的基本特點和故障預(yù)防 |
摘要：美國康明斯公司與中國的合作始于1975年，生產(chǎn)發(fā)動機渦輪增壓器濾清器發(fā)電機組等產(chǎn)品?？得魉共裼桶l(fā)電機在我國分別有東風(fēng)康明斯和重慶康明，作為中國發(fā)動機行業(yè)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(yè)。在廣泛使用的同時，康明斯柴油發(fā)電機故障的分析與預(yù)防便成為了當(dāng)前要解決的主要問題。康明斯柴油發(fā)電機不僅以一流的可靠性、耐久性和燃油經(jīng)濟性享譽業(yè)內(nèi)，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(yè)內(nèi)領(lǐng)先地位。與此同時出現(xiàn)的故障也為使用中帶來了不便，因此康明斯柴油發(fā)電機故障分析預(yù)防與排除也就成為了重中之重。
一、基本特點及技術(shù)特點
1、康明斯基本特點
我們在日常生產(chǎn)生活中，以C260D5康明斯發(fā)電機組為例（結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示），其基本特點如下：
（1）直噴式柴油發(fā)動機以渦輪增壓器、封閉式水冷系統(tǒng)以及直列的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)，用以四沖程以及每缸四氣門做功方式。良好的經(jīng)濟性與動力性的結(jié)合，從而實現(xiàn)優(yōu)秀的廢氣排放指標(biāo)。
（2）整體式鍛壓曲軸和連桿使康明斯柴油發(fā)電機在使用中獲得了更好的耐久性。
（3）冷卻系統(tǒng)系統(tǒng)使用弗列加冷卻液添加劑以提高發(fā)動機抗穴蝕能力。
（4）缸體采用內(nèi)部油道使發(fā)動機更清潔并采用高品質(zhì)的空濾器確保發(fā)動機延長使用壽命。
（5）過濾系統(tǒng)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(fā)動機的維護與保養(yǎng)方面更加方便可靠。
2、康明斯的技術(shù)特點
（1）康明斯柴油發(fā)電機缸蓋采用陶瓷敷涂技術(shù)，封閉式冷卻系統(tǒng)采用了低溫中冷系統(tǒng)。其主要功效是為更好的提高發(fā)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(shù)也可以實現(xiàn)高效率散熱功能。
（2）康明斯柴油發(fā)電機采用的旋轉(zhuǎn)式氣門技術(shù)和STC技術(shù)，使廢氣旁通增壓的渦輪增壓器提高發(fā)動機的低轉(zhuǎn)速時的性能。并在低溫的環(huán)境中，改善發(fā)動機的排放性能，最后提高發(fā)動機進、排氣門在使用時的耐久性。
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C260D5康明斯柴油發(fā)電機組平面圖 |
C260D5康明斯柴油發(fā)電機組正視圖 |
二、維護與保養(yǎng)的重要性
在講述康明斯柴油發(fā)電機故障分析預(yù)防與排除前，非常有必要的先講述一下日常維護與保養(yǎng)的重要性。
注重日常維護與保養(yǎng)，可以有效的防止康明斯柴油發(fā)電機的非正常損壞，有效延長其使用壽命。通過保持康明斯發(fā)動機的干凈、整潔來防止水和灰塵腐蝕發(fā)動機各部件、對連接處的螺栓進行檢查、調(diào)整，來保證其齊全有效。在日常維護保養(yǎng)過程中，對機油的更換、保持系統(tǒng)的清潔、固部件的有效等手段，都是為了確?？得魉共裼桶l(fā)電機在使用中能夠保證較少的磨損、降低使用過程中產(chǎn)生過熱現(xiàn)象以及減少相對的運轉(zhuǎn)阻力等等損壞發(fā)動機的保障手段。因此，保證康明斯柴油發(fā)電機的日常維護與保養(yǎng)是防范其故障頻發(fā)的重要舉措。
康明斯柴油發(fā)電機在運行中需要觀察工作監(jiān)測儀表，正常工作狀態(tài)時水溫應(yīng)保持在74-91℃之間、根據(jù)設(shè)備型號不同，怠速及負荷運轉(zhuǎn)時的機油壓力應(yīng)保持在標(biāo)準壓力范圍內(nèi)。如果康明斯柴油發(fā)電機工作期間過熱報警，應(yīng)降低負荷運行。降低負荷運行一段時間后如還過熱，則應(yīng)停機檢查故障?？得魉拱l(fā)動機運行中應(yīng)密切注意發(fā)動機下列情況的變化，如其中任一項突然發(fā)生變化，很可能是產(chǎn)生故障的預(yù)兆：
① 發(fā)動機滅火或著火不良；
② 振動情況；
③ 發(fā)動機有不正常的噪聲；
④ 發(fā)動機工作壓力、溫度突然變化；
⑤ 發(fā)動機排氣煙度太大；
⑥ 發(fā)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。
三、進、排氣系統(tǒng)故障分析
柴油機的進氣系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)的空氣路徑如圖3所示，下面本文將對康明斯柴油發(fā)電機進、排氣系統(tǒng)進行故障分析與排除。
1、進氣系統(tǒng)
眾所周知進氣系統(tǒng)的作用就是將清潔的空氣源源不斷地提供到各個氣缸內(nèi)，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(zhuǎn)換提供轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)。
（1）故障原因
康明斯柴油發(fā)電機進氣系統(tǒng)影響發(fā)動機輸出功率和發(fā)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(tǒng)中的雜質(zhì)。主要因進氣系統(tǒng)導(dǎo)致的發(fā)動機故障因素就是空氣中包含的各種雜質(zhì)、水分或其他雜質(zhì)。他們過多的存在進氣系統(tǒng)中，會造成以下故障：
因堵塞導(dǎo)致的空氣密度小、含氧量少從而導(dǎo)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(dǎo)致燃燒不充分并產(chǎn)生未燃燒完全的碳煙。從而導(dǎo)致噴油器尖部、活塞、氣門的碳化。進氣系統(tǒng)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(zhì)（如圖4所示），都會加劇發(fā)動機內(nèi)部部件的磨損。而且產(chǎn)生的化學(xué)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(fā)電機的使用壽命。
（2）預(yù)防措施
在了解了主要故障原因之后，就要針對其故障進行預(yù)防的措施就是：
保證進氣系統(tǒng)的管路或結(jié)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(xiàn)象。避免空濾和康明斯柴油發(fā)電機之間的連接管路中堆積塵土以及其他空氣中的雜質(zhì)未經(jīng)過濾的空氣進入進氣系統(tǒng)。
（3）注意事項
在日常維修保養(yǎng)的時候也會經(jīng)常出現(xiàn)以下問題：
由于康明斯柴油發(fā)電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?；蛘咴诟鼡Q破損老化的管路時，未按照原機管路尺寸進行更換，或者使用質(zhì)量較差內(nèi)部表面粗糙的膠管。這兩種做法都會影響康明斯發(fā)動機進氣系統(tǒng)的過濾級別或者進氣量，從而導(dǎo)致發(fā)動機故障。
2、排氣系統(tǒng)
排氣系統(tǒng)的故障往往是日常維修保養(yǎng)比較容易忽視的一個環(huán)節(jié)，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(fā)電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(xiàn)。一個設(shè)計成熟且優(yōu)良的發(fā)動機排氣系統(tǒng)，能夠通過自身燃燒氣體的轉(zhuǎn)移控制來提高發(fā)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(fā)電機的使用性能并延長發(fā)動機的使用壽命，就要考慮到以下幾點：
（1）背壓過高
康明斯柴油發(fā)電機排氣系統(tǒng)排除的排氣背壓壓力需要控制在其標(biāo)定范圍內(nèi)，一般不會超過0.01MPa。換句話說就是，康明斯柴油發(fā)電機燃燒做功后所產(chǎn)生的熱能和廢氣要能夠比較暢通的在康明斯柴油發(fā)電機排氣系統(tǒng)中排出。如果排氣系統(tǒng)產(chǎn)生過高的排氣背壓將會導(dǎo)致發(fā)動機熱能轉(zhuǎn)換不及時造成康明斯柴油發(fā)電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(dǎo)致康明斯柴油發(fā)電機功率降低、燃油燃燒不充分、增加燃油消耗。
（2）雜質(zhì)混入
如果排氣系統(tǒng)混入較多的臟顆粒或者其他雜質(zhì)進入廢氣增壓，會導(dǎo)致渦輪增壓器的渦輪軸承出現(xiàn)故障。
（3）緊固件失效
排氣系統(tǒng)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(yù)防排氣系統(tǒng)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(dǎo)致的損壞和泄漏。如果支撐和定位件的失效，會因設(shè)備在運行過程中的震動導(dǎo)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。
（4）注意銹蝕
排氣系統(tǒng)要避免出現(xiàn)進水或積水現(xiàn)象，排氣系統(tǒng)如果進水會導(dǎo)致部件銹蝕損壞從而引起設(shè)備故障。
針對于以上故障分析，其主要預(yù)防手段就是：保證康明斯柴油發(fā)電機排氣系統(tǒng)管路及相關(guān)附件的齊全有效。保證排氣系統(tǒng)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。
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圖3 柴油機進排氣系統(tǒng)路徑原理圖 |
圖4 柴油機進氣系統(tǒng)堵塞檢查 |
四、PT燃油系統(tǒng)故障分析
隨著技術(shù)的發(fā)展和社會的進步，人類的環(huán)保意識日益增強，美國、歐洲和日本都已相繼執(zhí)行更高的環(huán)保標(biāo)準，對發(fā)動機的排氣進行更加嚴格的限制。為了滿足新的排放標(biāo)準以及激烈的市場競爭，康明斯柴油發(fā)電機的目標(biāo)就是要生產(chǎn)出馬力大、油耗低、排污少和噪音小的高性能發(fā)動機。
康明斯柴油發(fā)電機的PT燃油系統(tǒng)是康明斯公司特有的專利，并且在全國范圍內(nèi)也只有該公司一家采用了這種特有的技術(shù)。常見的發(fā)動機燃油系統(tǒng)包含了燃油泵、燃油濾清器、燃油箱、油位傳感器以及相關(guān)的管路和閥等附件。而康明斯柴油發(fā)電機的PT燃油系統(tǒng)是區(qū)別于其他柴油發(fā)動機的關(guān)鍵標(biāo)志。第一臺PT燃油系統(tǒng)于1954年開始應(yīng)用安裝在康明斯柴油發(fā)電機上。字母“P”表示為Pressure，是康明斯柴油發(fā)電機PT燃油系統(tǒng)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(fā)電機PT燃油系統(tǒng)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?？得魉共裼桶l(fā)電機PT燃油系統(tǒng)的作用就是根據(jù)其柴油發(fā)動機的工況需求，將霧化后的柴油定量、定壓、定時的按標(biāo)定好的噴油程序噴入康明斯柴油發(fā)電機的氣缸之中。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(fā)動機燃油系統(tǒng)工作狀況的好壞直接影響其排污性、經(jīng)濟性、動力性等，因此，康明斯柴油發(fā)電機PT燃油系統(tǒng)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(fā)電機PT燃油系統(tǒng)故障主要為：
（1）發(fā)動機啟動困難，其常見原因為PT燃油系統(tǒng)供給不良引起的排氣管無煙排除或冒白煙但是不能啟動。
（2）因為燃油不足、系統(tǒng)堵塞、系統(tǒng)漏氣密封不良、系統(tǒng)進水或柴油質(zhì)量不好引起的低壓油路故障。
（3）因為部件磨損造成內(nèi)泄、供油量達不到要求、噴油器部件損壞導(dǎo)致的高壓油路故障。
（4）康明斯柴油發(fā)電機產(chǎn)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(tǒng)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(tǒng)故障的主要體現(xiàn)就是怠速運轉(zhuǎn)不穩(wěn)、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(yù)防手段就是：在保證系統(tǒng)部件運行狀況良好的同時，定期對其進行維護保養(yǎng)，使其保證燃油系統(tǒng)的清潔度、保證燃油系統(tǒng)管路、接頭等無泄漏。預(yù)防使用或維修過程中臟物或雜質(zhì)進入燃油系統(tǒng)導(dǎo)致系統(tǒng)堵塞，從而加劇系統(tǒng)部件磨損。
總結(jié)：
對于康明斯柴油發(fā)電機在使用過程中出現(xiàn)的故障可謂是錯綜復(fù)雜的，針對不同的故障現(xiàn)象只有了解康明斯柴油發(fā)電機系統(tǒng)構(gòu)造并針對故障現(xiàn)象入手，根據(jù)使用環(huán)境因素進行綜合判斷。那么，在遇到任何康明斯柴油發(fā)電機的故障，都可以很快速的找到發(fā)電機故障原因，從而準確并節(jié)時的進行故障處理。對于筆者而言，在考慮其故障發(fā)生、分析、排除、預(yù)防的同時，重中之重還是在于日常的維護與保養(yǎng)。所謂三分修、七分養(yǎng)也就是這個意思。只有保證日常的維護與保養(yǎng)的有效實施，才能達到減少康明斯柴油發(fā)電機的故障并延長其使用壽命的最終目的。
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