操作使用與維護保養

康明斯空氣濾清器、進(jìn)排氣管和增壓器堵塞與漏氣故障

 

摘要：柴油機在運轉過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生高溫高壓的廢氣，而這些氣體經(jīng)過(guò)排氣歧管的匯聚之后，就會(huì )經(jīng)過(guò)消聲器的轉換，從而通過(guò)排氣管的尾喉排出。所以，柴油發(fā)電機進(jìn)排氣系統就相當于人的“呼吸”一樣，只有“一呼一吸”都保持順暢，才能保證柴油發(fā)電機的正常運轉。如果進(jìn)、排氣管發(fā)生堵塞和泄漏，就勢必會(huì )造成柴油發(fā)電機組一系列故障的發(fā)生?？得魉构驹诒疚膹膽媒嵌日撌隽诉M(jìn)排氣系統的主組成、原理、作用及其發(fā)生堵塞和漏氣現象的處理方法。

 

一、柴油機進(jìn)排氣系統概述

 

      以康明斯4BTA3.9-G2型柴油機為例，進(jìn)排氣系統由空氣引入管、過(guò)渡彎管、空氣濾清器、廢氣渦輪增壓器、進(jìn)氣過(guò)渡管、進(jìn)氣管蓋、進(jìn)氣管、排氣歧管、排氣管、排氣消聲器等組成。

      空氣由進(jìn)氣引入管、過(guò)渡管、空氣濾清器，進(jìn)入增壓器，經(jīng)增壓器壓氣機的壓縮，以較高的壓力、密度和較高的進(jìn)氣溫度經(jīng)進(jìn)氣過(guò)渡管、進(jìn)氣管、進(jìn)氣道進(jìn)入柴油機燃燒室。燃燒室燃燒的廢氣，從脈沖式排氣管進(jìn)入增壓器的渦輪殼，利用廢氣能量驅動(dòng)渦輪；然后從增壓器排出口經(jīng)排氣管、排氣消聲器排到大氣中。

      柴油機排氣消聲系統必須滿(mǎn)足相應的要求，以便在不影響柴油機動(dòng)力性能的條件下，提供柴油機廢氣排出的通道，降低柴油機噪聲，同時(shí)降低排氣溫度和壓力，滿(mǎn)足安全及環(huán)保方面的要求。

      為了達到康明斯B系列柴油機的性能參數要求，設計中注意排氣消聲系統裝置不能因為重量、慣性、零件相對運動(dòng)或熱變形等因素對增壓器造成過(guò)大的力矩；下雨及清洗柴油發(fā)電機時(shí)，必須防止水經(jīng)排氣消聲系統進(jìn)入柴油機內；電線(xiàn)束、尼龍管、塑料管等零件避開(kāi)排氣管路，避免高溫烤壞；排氣消聲器系統在可靠的密封條件下將柴油機廢氣排到柴油發(fā)電機后部，防止廢氣被空氣濾清器吸入；檢驗排氣背壓不能超過(guò)柴油機性能參數給定的極限值；在不增加排氣背壓的情況下，降低排氣噪聲，使整車(chē)噪聲水平符合國家噪聲法規。

      柴油機正常工作時(shí)，廢氣通過(guò)排氣門(mén)進(jìn)到排氣歧管通道，產(chǎn)生排氣噪聲。柴油機排出的廢氣由許多不同波長(cháng)和振幅的壓力波組成，壓力波以能量的形式在氣體中傳播，能量逐漸消耗，壓力波逐漸減弱，消聲器就是利用能量逐步減弱的原理起消聲作用的。柴油機排出的廢氣，經(jīng)過(guò)消聲器膨脹腔和共振腔，聲波逐漸被擴散和反射，從而減少聲波能量，降低噪聲。

 

二、進(jìn)排氣系統堵塞與漏氣現象

 

1、空氣濾清器堵塞  

      柴油機空氣濾清器臟污或堵塞會(huì )造成阻力增加、空氣流量減少、充氣效率下降，會(huì )使柴油機排氣管冒黑煙、排氣聲音發(fā)悶和動(dòng)力不足，空氣濾清器工作原理如圖1所示。應根據要求清潔保養空氣濾清器濾芯，必要時(shí)更換濾芯。堵塞的原因如下：

（1）濾芯衰老——調換濾芯，一般每600/h更換一次；

（2）對進(jìn)氣未經(jīng)預處理——增設前置過(guò)濾器；

（3）流量超過(guò)額定值——調換合適流量的過(guò)濾器；

（4）下游管道不清潔——定時(shí)檢查下游管道、保證下游管道的清潔；

（5）過(guò)濾器內部有氣流短路——找到原因,對癥處理；

（6）防止過(guò)濾器進(jìn)出口接反——要認準標記方向接；

（7）進(jìn)、出氣口閥門(mén)未打開(kāi)——-打開(kāi)閥門(mén)；

（8）濾芯嚴重堵塞——更換濾芯；

（9）過(guò)濾器損壞——更換過(guò)濾器；

（10）配管堵塞——修復配管器。

2、排氣管堵塞和漏氣

      柴油機排氣系統的原理如圖2所示。當柴油機出現排氣管堵塞和漏氣時(shí)，一些癥狀會(huì )隨之出現。其中，最明顯的表現是柴油發(fā)電機加載無(wú)力，這可能是因為排氣管堵塞導致發(fā)動(dòng)機無(wú)法正常工作，從而影響了柴油發(fā)電機組的動(dòng)力輸出。除此之外，柴油機還可能會(huì )出現異響，這也是排氣管堵塞和漏氣的表現之一。

（1）排氣管漏氣

      這取決于排氣管中的泄漏位置。如果在尾部也沒(méi)關(guān)系。如果前部泄漏，會(huì )影響排氣背壓的降低，降低低速時(shí)的扭矩，使啟動(dòng)變弱，間接增加油耗。但是在高速時(shí)，動(dòng)力會(huì )增加，因為排氣更順暢。排氣管泄漏與增壓車(chē)關(guān)系很大，與自然吸氣柴油發(fā)電機關(guān)系較小。發(fā)現前排氣管(排氣歧管)接口局部位置已變形，有少許凹凸坑。如果更換整個(gè)排氣歧管，不僅維修成本高、延遲時(shí)間長(cháng)，而且經(jīng)常更換進(jìn)排氣歧管墊。為了給小伙伴省錢(qián)，盡快解決問(wèn)題，修復時(shí)可以采用在接口處纏繞銅線(xiàn)的方法，堵塞排氣管的漏洞，消除柴油發(fā)電機運轉時(shí)的噪音。從舊電纜上剪下一根銅線(xiàn)，在接口墊處繞一圈，像舊的手工編織草帽一樣，一圈又一圈地緊繞。內環(huán)需要更緊，外環(huán)需要比接口墊更大更厚。安裝后，熱車(chē)時(shí)緊固排氣管螺栓，排氣管的噪音將被完全消除。

（2）排氣管阻塞  

      排氣管阻塞會(huì )造成排氣不暢，影響下一循環(huán)的進(jìn)氣和柴油充分燃燒而使動(dòng)力下降。應檢查排氣管內是否積炭太多，一般排氣背壓不宜超過(guò)3、3kPa，平時(shí)應經(jīng)常清除排氣管壁積炭。柴油機熄火后，可卸下其排氣管，檢查排氣口積炭情況，能夠判斷柴油機的工況。積炭呈黑灰色，表面像覆蓋一層白霜，積炭層極薄，說(shuō)明柴油機工況良好；積炭色澤黑亮，但不濕，說(shuō)明柴油機輕微燒潤滑油，個(gè)別排氣口濕潤或有潤滑油的，說(shuō)明該缸大量排潤滑油；排氣口積炭厚度明顯高于其他缸排氣口的，說(shuō)明該缸噴油器工作不良或氣缸密封性變差各缸排氣口積炭層均較厚，且色澤較深的，多因工作溫度過(guò)低，或噴油過(guò)晚，柴油后燃嚴重所致。

 

圖1  空氣濾清器原理示意圖

圖2  發(fā)動(dòng)機排氣系統原理圖

 

3、進(jìn)氣管堵塞和漏氣

      進(jìn)氣管的工作過(guò)程如圖3所示。進(jìn)氣管堵塞和漏氣會(huì )有奇怪的響聲、轉速不穩、容易熄火等現象。一般情況下，柴油機進(jìn)氣是固定的，當進(jìn)氣管漏氣時(shí)，會(huì )造成柴油機進(jìn)氣不足，柴油機燃油和空氣不能形成完美結合，導致柴油機功率不足，而且柴油機排氣管噪音會(huì )變大。

（1）進(jìn)氣管漏氣的后果

① 運轉無(wú)力

      一般情況下，柴油發(fā)電機需要的進(jìn)氣量的固定的，如果進(jìn)氣管漏氣，那么證明柴油發(fā)電機進(jìn)氣量會(huì )增大，空氣就會(huì )比較多，導致燃油和空氣不能達到完美的結合，那么柴油發(fā)電機就會(huì )動(dòng)力不足，所以在行駛過(guò)程中會(huì )感覺(jué)到柴油發(fā)電機運轉無(wú)力。

② 啟動(dòng)困難

      發(fā)電機組啟動(dòng)是需要比較高濃度的可燃混合氣體的，但是如果柴油發(fā)電機進(jìn)氣管漏氣，會(huì )造成可燃混合氣體變得稀薄，比較難達到發(fā)電機組啟動(dòng)的要求，就會(huì )導致發(fā)電機組啟動(dòng)比較困難。

③ 排放的有害氣體增多

      因為過(guò)于稀薄的可燃混合氣體非常容易造成氮氧化合物的生成，這樣的話(huà)，發(fā)電機組就會(huì )排放出更多的污染物。

      進(jìn)氣管漏氣會(huì )導致一系列的故障問(wèn)題，一般遇到這種情況的話(huà)，需要更換發(fā)電機組的進(jìn)氣管，還要檢查進(jìn)氣墊是否也有故障損傷問(wèn)題，一定要進(jìn)行及時(shí)的修理。

（2）進(jìn)氣管堵塞的后果

      進(jìn)氣管被堵，首先肯定的是不會(huì )爆炸。如果堵的輕微的話(huà)，還是能啟動(dòng)，但會(huì )出現爆震，結碳嚴重，機身震動(dòng)、竄動(dòng)會(huì )加劇。如果堵的嚴重的話(huà)就是啟動(dòng)不起來(lái)了。

4、增壓器堵塞和漏氣  

      增壓器的工作原理如圖4所示。如果增壓器軸承磨損、壓氣機及渦輪管路被污物阻塞或漏氣，可使增壓器轉速下降或增壓不足，從而導致柴油機功率下降。當增壓器出現上述情況時(shí)，應檢修或更換軸承，清潔管路、外殼、葉輪，擰緊接合面螺母和卡箍等。

（1）增壓器壓力受阻

      空氣在被增壓器吸入的過(guò)程中，空氣流遇較大阻力。（如空濾芯堵塞，進(jìn)氣膠管被吸變形或壓扁等），壓氣機進(jìn)氣口處的壓力較低，造成機油滲漏進(jìn)入壓氣機內，隨壓縮空氣一起進(jìn)入燃燒室內燒掉。處理方法如下∶

① 檢查進(jìn)氣直軟管壁內有無(wú)機油、是否被壓扁，使氣流受阻或空濾芯有堵塞現象。

② 如管口和管壁有機油，應清洗或更換空氣濾芯。

（2）增壓器漏氣

      如果渦輪增壓器漏氣，檢查渦輪增壓器與進(jìn)氣歧管和排氣歧管之間的連接，務(wù)必檢查渦輪增壓器的外殼。如果渦輪增壓器的外殼破損，影響漏氣，則需要更換新的渦輪增壓器。渦輪增壓器由兩部分組成，一部分是壓縮渦輪，另一部分是排氣渦輪。壓縮渦輪與排氣渦輪同軸連接，壓縮渦輪與柴油發(fā)電機的進(jìn)氣歧管連接，排氣渦輪與柴油發(fā)電機的排氣歧管連接。當柴油發(fā)電機達到一定轉速時(shí)，廢氣有足夠的能量驅動(dòng)排氣渦輪旋轉。此時(shí)，壓氣機渦輪也可能旋轉，使得空氣體可以被壓縮并輸送到柴油發(fā)電機氣缸。

 

圖3  進(jìn)氣系統示意圖

圖4  渦輪增壓器廢氣進(jìn)排原理

 

總結：

      進(jìn)排氣系統作為柴油機五大系統之一，負責向各工作氣缸提供清潔、充足的空氣，并將燃燒后的廢氣排入大氣，這是柴油機正常運轉的前提。由于工作需要，柴油機往往運轉在條件惡劣、空氣品質(zhì)差的外部環(huán)境中，進(jìn)排氣系統的各零部件又長(cháng)期處于高溫高壓的內部環(huán)境中，導致進(jìn)排氣系統故障頻發(fā)，對柴油機進(jìn)排氣系統開(kāi)展故障診斷研究具有重要意義。本文針對進(jìn)排氣系統的堵塞和漏氣的典型故障進(jìn)行了原因分析，并提供解決方法。

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