操作使用與維護保養

康明斯空氣濾清器、進排氣管和增壓器堵塞與漏氣故障

 

摘要：柴油機在運轉過程中會產生高溫高壓的廢氣，而這些氣體經過排氣歧管的匯聚之后，就會經過消聲器的轉換，從而通過排氣管的尾喉排出。所以，柴油發電機進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，才能保證柴油發電機的正常運轉。如果進、排氣管發生堵塞和泄漏，就勢必會造成柴油發電機組一系列故障的發生?？得魉构驹诒疚膹膽媒嵌日撌隽诉M排氣系統的主組成、原理、作用及其發生堵塞和漏氣現象的處理方法。

 

一、柴油機進排氣系統概述

 

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

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

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

      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、零件相對運動或熱變形等因素對增壓器造成過大的力矩；下雨及清洗柴油發電機時，必須防止水經排氣消聲系統進入柴油機內；電線束、尼龍管、塑料管等零件避開排氣管路，避免高溫烤壞；排氣消聲器系統在可靠的密封條件下將柴油機廢氣排到柴油發電機后部，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，使整車噪聲水平符合國家噪聲法規。

      柴油機正常工作時，廢氣通過排氣門進到排氣歧管通道，產生排氣噪聲。柴油機排出的廢氣由許多不同波長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，經過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造成阻力增加、空氣流量減少、充氣效率下降，會使柴油機排氣管冒黑煙、排氣聲音發悶和動力不足，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）對進氣未經預處理——增設前置過濾器；

（3）流量超過額定值——調換合適流量的過濾器；

（4）下游管道不清潔——定時檢查下游管道、保證下游管道的清潔；

（5）過濾器內部有氣流短路——找到原因,對癥處理；

（6）防止過濾器進出口接反——要認準標記方向接；

（7）進、出氣口閥門未打開——-打開閥門；

（8）濾芯嚴重堵塞——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，一些癥狀會隨之出現。其中，最明顯的表現是柴油發電機加載無力，這可能是因為排氣管堵塞導致發動機無法正常工作，從而影響了柴油發電機組的動力輸出。除此之外，柴油機還可能會出現異響，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。如果在尾部也沒關系。如果前部泄漏，會影響排氣背壓的降低，降低低速時的扭矩，使啟動變弱，間接增加油耗。但是在高速時，動力會增加，因為排氣更順暢。排氣管泄漏與增壓車關系很大，與自然吸氣柴油發電機關系較小。發現前排氣管(排氣歧管)接口局部位置已變形，有少許凹凸坑。如果更換整個排氣歧管，不僅維修成本高、延遲時間長，而且經常更換進排氣歧管墊。為了給小伙伴省錢，盡快解決問題，修復時可以采用在接口處纏繞銅線的方法，堵塞排氣管的漏洞，消除柴油發電機運轉時的噪音。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。內環需要更緊，外環需要比接口墊更大更厚。安裝后，熱車時緊固排氣管螺栓，排氣管的噪音將被完全消除。

（2）排氣管阻塞  

      排氣管阻塞會造成排氣不暢，影響下一循環的進氣和柴油充分燃燒而使動力下降。應檢查排氣管內是否積炭太多，一般排氣背壓不宜超過3、3kPa，平時應經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，說明柴油機工況良好；積炭色澤黑亮，但不濕，說明柴油機輕微燒潤滑油，個別排氣口濕潤或有潤滑油的，說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，柴油后燃嚴重所致。

 

圖1  空氣濾清器原理示意圖

圖2  發動機排氣系統原理圖

 

3、進氣管堵塞和漏氣

      進氣管的工作過程如圖3所示。進氣管堵塞和漏氣會有奇怪的響聲、轉速不穩、容易熄火等現象。一般情況下，柴油機進氣是固定的，當進氣管漏氣時，會造成柴油機進氣不足，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變大。

（1）進氣管漏氣的后果

① 運轉無力

      一般情況下，柴油發電機需要的進氣量的固定的，如果進氣管漏氣，那么證明柴油發電機進氣量會增大，空氣就會比較多，導致燃油和空氣不能達到完美的結合，那么柴油發電機就會動力不足，所以在行駛過程中會感覺到柴油發電機運轉無力。

② 啟動困難

      發電機組啟動是需要比較高濃度的可燃混合氣體的，但是如果柴油發電機進氣管漏氣，會造成可燃混合氣體變得稀薄，比較難達到發電機組啟動的要求，就會導致發電機組啟動比較困難。

③ 排放的有害氣體增多

      因為過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，發電機組就會排放出更多的污染物。

      進氣管漏氣會導致一系列的故障問題，一般遇到這種情況的話，需要更換發電機組的進氣管，還要檢查進氣墊是否也有故障損傷問題，一定要進行及時的修理。

（2）進氣管堵塞的后果

      進氣管被堵，首先肯定的是不會爆炸。如果堵的輕微的話，還是能啟動，但會出現爆震，結碳嚴重，機身震動、竄動會加劇。如果堵的嚴重的話就是啟動不起來了。

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

① 檢查進氣直軟管壁內有無機油、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氣歧管和排氣歧管之間的連接，務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，壓縮渦輪與柴油發電機的進氣歧管連接，排氣渦輪與柴油發電機的排氣歧管連接。當柴油發電機達到一定轉速時，廢氣有足夠的能量驅動排氣渦輪旋轉。此時，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電機氣缸。

 

圖3  進氣系統示意圖

圖4  渦輪增壓器廢氣進排原理

 

總結：

      進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、空氣品質差的外部環境中，進排氣系統的各零部件又長期處于高溫高壓的內部環境中，導致進排氣系統故障頻發，對柴油機進排氣系統開展故障診斷研究具有重要意義。本文針對進排氣系統的堵塞和漏氣的典型故障進行了原因分析，并提供解決方法。

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