操作使用與維護(hù)保養(yǎng)

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(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生高溫高壓的廢氣，而這些氣體經(jīng)過排氣歧管的匯聚之后，就會(huì)經(jīng)過消聲器的轉(zhuǎn)換，從而通過排氣管的尾喉排出。所以，柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)就相當(dāng)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(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。如果進(jìn)、排氣管發(fā)生堵塞和泄漏，就勢(shì)必會(huì)造成柴油發(fā)電機(jī)組一系列故障的發(fā)生?？得魉构驹诒疚膹膽?yīng)用角度論述了進(jìn)排氣系統(tǒng)的主組成、原理、作用及其發(fā)生堵塞和漏氣現(xiàn)象的處理方法。

 

一、柴油機(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)概述

 

      以康明斯4BTA3.9-G2型柴油機(jī)為例，進(jìn)排氣系統(tǒng)由空氣引入管、過渡彎管、空氣濾清器、廢氣渦輪增壓器、進(jìn)氣過渡管、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、過渡管、空氣濾清器，進(jìn)入增壓器，經(jīng)增壓器壓氣機(jī)的壓縮，以較高的壓力、密度和較高的進(jìn)氣溫度經(jīng)進(jìn)氣過渡管、進(jìn)氣管、進(jìn)氣道進(jìn)入柴油機(jī)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(qū)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(jī)排氣消聲系統(tǒng)必須滿足相應(yīng)的要求，以便在不影響柴油機(jī)動(dòng)力性能的條件下，提供柴油機(jī)廢氣排出的通道，降低柴油機(jī)噪聲，同時(shí)降低排氣溫度和壓力，滿足安全及環(huán)保方面的要求。

      為了達(dá)到康明斯B系列柴油機(jī)的性能參數(shù)要求，設(shè)計(jì)中注意排氣消聲系統(tǒng)裝置不能因?yàn)橹亓?、慣性、零件相對(duì)運(yùn)動(dòng)或熱變形等因素對(duì)增壓器造成過大的力矩；下雨及清洗柴油發(fā)電機(jī)時(shí)，必須防止水經(jīng)排氣消聲系統(tǒng)進(jìn)入柴油機(jī)內(nèi)；電線束、尼龍管、塑料管等零件避開排氣管路，避免高溫烤壞；排氣消聲器系統(tǒng)在可靠的密封條件下將柴油機(jī)廢氣排到柴油發(fā)電機(jī)后部，防止廢氣被空氣濾清器吸入；檢驗(yàn)排氣背壓不能超過柴油機(jī)性能參數(shù)給定的極限值；在不增加排氣背壓的情況下，降低排氣噪聲，使整車噪聲水平符合國(guó)家噪聲法規(guī)。

      柴油機(jī)正常工作時(shí)，廢氣通過排氣門進(jìn)到排氣歧管通道，產(chǎn)生排氣噪聲。柴油機(jī)排出的廢氣由許多不同波長(zhǎng)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(jī)排出的廢氣，經(jīng)過消聲器膨脹腔和共振腔，聲波逐漸被擴(kuò)散和反射，從而減少聲波能量，降低噪聲。

 

二、進(jìn)排氣系統(tǒng)堵塞與漏氣現(xiàn)象

 

1、空氣濾清器堵塞  

      柴油機(jī)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(jī)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(yīng)根據(jù)要求清潔保養(yǎng)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(diào)換濾芯，一般每600/h更換一次；

（2）對(duì)進(jìn)氣未經(jīng)預(yù)處理——增設(shè)前置過濾器；

（3）流量超過額定值——調(diào)換合適流量的過濾器；

（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）過濾器內(nèi)部有氣流短路——找到原因,對(duì)癥處理；

（6）防止過濾器進(jìn)出口接反——要認(rèn)準(zhǔn)標(biāo)記方向接；

（7）進(jìn)、出氣口閥門未打開——-打開閥門；

（8）濾芯嚴(yán)重堵塞——更換濾芯；

（9）過濾器損壞——更換過濾器；

（10）配管堵塞——修復(fù)配管器。

2、排氣管堵塞和漏氣

      柴油機(jī)排氣系統(tǒng)的原理如圖2所示。當(dāng)柴油機(jī)出現(xiàn)排氣管堵塞和漏氣時(shí)，一些癥狀會(huì)隨之出現(xiàn)。其中，最明顯的表現(xiàn)是柴油發(fā)電機(jī)加載無力，這可能是因?yàn)榕艢夤芏氯麑?dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)無法正常工作，從而影響了柴油發(fā)電機(jī)組的動(dòng)力輸出。除此之外，柴油機(jī)還可能會(huì)出現(xiàn)異響，這也是排氣管堵塞和漏氣的表現(xiàn)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?nèi)?，間接增加油耗。但是在高速時(shí)，動(dòng)力會(huì)增加，因?yàn)榕艢飧槙?。排氣管泄漏與增壓車關(guān)系很大，與自然吸氣柴油發(fā)電機(jī)關(guān)系較小。發(fā)現(xiàn)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(zhǎng)，而且經(jīng)常更換進(jìn)排氣歧管墊。為了給小伙伴省錢，盡快解決問題，修復(fù)時(shí)可以采用在接口處纏繞銅線的方法，堵塞排氣管的漏洞，消除柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的噪音。從舊電纜上剪下一根銅線，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(nèi)環(huán)需要更緊，外環(huán)需要比接口墊更大更厚。安裝后，熱車時(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(yīng)檢查排氣管內(nèi)是否積炭太多，一般排氣背壓不宜超過3、3kPa，平時(shí)應(yīng)經(jīng)常清除排氣管壁積炭。柴油機(jī)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(jī)的工況。積炭呈黑灰色，表面像覆蓋一層白霜，積炭層極薄，說明柴油機(jī)工況良好；積炭色澤黑亮，但不濕，說明柴油機(jī)輕微燒潤(rùn)滑油，個(gè)別排氣口濕潤(rùn)或有潤(rùn)滑油的，說明該缸大量排潤(rùn)滑油；排氣口積炭厚度明顯高于其他缸排氣口的，說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，多因工作溫度過低，或噴油過晚，柴油后燃嚴(yán)重所致。

 

圖1  空氣濾清器原理示意圖

圖2  發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)原理圖

 

3、進(jìn)氣管堵塞和漏氣

      進(jìn)氣管的工作過程如圖3所示。進(jìn)氣管堵塞和漏氣會(huì)有奇怪的響聲、轉(zhuǎn)速不穩(wěn)、容易熄火等現(xiàn)象。一般情況下，柴油機(jī)進(jìn)氣是固定的，當(dāng)進(jìn)氣管漏氣時(shí)，會(huì)造成柴油機(jī)進(jìn)氣不足，柴油機(jī)燃油和空氣不能形成完美結(jié)合，導(dǎo)致柴油機(jī)功率不足，而且柴油機(jī)排氣管噪音會(huì)變大。

（1）進(jìn)氣管漏氣的后果

① 運(yùn)轉(zhuǎn)無力

      一般情況下，柴油發(fā)電機(jī)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(jī)進(jìn)氣量會(huì)增大，空氣就會(huì)比較多，導(dǎo)致燃油和空氣不能達(dá)到完美的結(jié)合，那么柴油發(fā)電機(jī)就會(huì)動(dòng)力不足，所以在行駛過程中會(huì)感覺到柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)無力。

② 啟動(dòng)困難

      發(fā)電機(jī)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(jī)進(jìn)氣管漏氣，會(huì)造成可燃混合氣體變得稀薄，比較難達(dá)到發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)的要求，就會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)比較困難。

③ 排放的有害氣體增多

      因?yàn)檫^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，發(fā)電機(jī)組就會(huì)排放出更多的污染物。

      進(jìn)氣管漏氣會(huì)導(dǎo)致一系列的故障問題，一般遇到這種情況的話，需要更換發(fā)電機(jī)組的進(jìn)氣管，還要檢查進(jìn)氣墊是否也有故障損傷問題，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，還是能啟動(dòng)，但會(huì)出現(xiàn)爆震，結(jié)碳嚴(yán)重，機(jī)身震動(dòng)、竄動(dòng)會(huì)加劇。如果堵的嚴(yán)重的話就是啟動(dòng)不起來了。

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(jī)及渦輪管路被污物阻塞或漏氣，可使增壓器轉(zhuǎn)速下降或增壓不足，從而導(dǎo)致柴油機(jī)功率下降。當(dāng)增壓器出現(xiàn)上述情況時(shí)，應(yīng)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(jī)進(jìn)氣口處的壓力較低，造成機(jī)油滲漏進(jìn)入壓氣機(jī)內(nèi)，隨壓縮空氣一起進(jìn)入燃燒室內(nèi)燒掉。處理方法如下∶

① 檢查進(jìn)氣直軟管壁內(nèi)有無機(jī)油、是否被壓扁，使氣流受阻或空濾芯有堵塞現(xiàn)象。

② 如管口和管壁有機(jī)油，應(yīng)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(jī)的進(jìn)氣歧管連接，排氣渦輪與柴油發(fā)電機(jī)的排氣歧管連接。當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時(shí)，廢氣有足夠的能量驅(qū)動(dòng)排氣渦輪旋轉(zhuǎn)。此時(shí)，壓氣機(jī)渦輪也可能旋轉(zhuǎn)，使得空氣體可以被壓縮并輸送到柴油發(fā)電機(jī)氣缸。

 

圖3  進(jìn)氣系統(tǒng)示意圖

圖4  渦輪增壓器廢氣進(jìn)排原理

 

總結(jié)：

      進(jìn)排氣系統(tǒng)作為柴油機(jī)五大系統(tǒng)之一，負(fù)責(zé)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(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的前提。由于工作需要，柴油機(jī)往往運(yùn)轉(zhuǎn)在條件惡劣、空氣品質(zhì)差的外部環(huán)境中，進(jìn)排氣系統(tǒng)的各零部件又長(zhǎng)期處于高溫高壓的內(nèi)部環(huán)境中，導(dǎo)致進(jìn)排氣系統(tǒng)故障頻發(fā)，對(duì)柴油機(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)開展故障診斷研究具有重要意義。本文針對(duì)進(jìn)排氣系統(tǒng)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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