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康明斯柴油发电机的基本特点和故障预防 |
摘要：美国康明斯公司与中国的合作始于1975年，生产发动机涡轮增压器滤清器发电机组等产品。康明斯柴油发电机在我国分别有东风康明斯和重庆康明，作为中国发动机行业最大的外国投资者，康明斯在中国拥有八家合资和独资制造企业。在广泛使用的同时，康明斯柴油发电机故障的分析与预防便成为了当前要解决的主要问题。康明斯柴油发电机不仅以一流的可靠性、耐久性和燃油经济性享誉业内，而且在满足日益严格的排放要求的激烈竞争中一直居于业内领先地位。与此同时出现的故障也为使用中带来了不便，因此康明斯柴油发电机故障分析预防与排除也就成为了重中之重。
一、基本特点及技术特点
1、康明斯基本特点
我们在日常生产生活中，以C260D5康明斯发电机组为例（结构如图1、图2所示），其基本特点如下：
（1）直喷式柴油发动机以涡轮增压器、封闭式水冷系统以及直列的结构呈现，用以四冲程以及每缸四气门做功方式。良好的经济性与动力性的结合，从而实现优秀的废气排放指标。
（2）整体式锻压曲轴和连杆使康明斯柴油发电机在使用中获得了更好的耐久性。
（3）冷却系统系统使用弗列加冷却液添加剂以提高发动机抗穴蚀能力。
（4）缸体采用内部油道使发动机更清洁并采用高品质的空滤器确保发动机延长使用寿命。
（5）过滤系统采用其系列类型相配套的机滤、水滤、燃滤、旁通率等滤清器，使其在发动机的维护与保养方面更加方便可靠。
2、康明斯的技术特点
（1）康明斯柴油发电机缸盖采用陶瓷敷涂技术，封闭式冷却系统采用了低温中冷系统。其主要功效是为更好的提高发动机热效率使冷却效率更加高效，而且采用的活塞陶瓷敷涂技术也可以实现高效率散热功能。
（2）康明斯柴油发电机采用的旋转式气门技术和STC技术，使废气旁通增压的涡轮增压器提高发动机的低转速时的性能。并在低温的环境中，改善发动机的排放性能，最后提高发动机进、排气门在使用时的耐久性。
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C260D5康明斯柴油发电机组平面图 |
C260D5康明斯柴油发电机组正视图 |
二、维护与保养的重要性
在讲述康明斯柴油发电机故障分析预防与排除前，非常有必要的先讲述一下日常维护与保养的重要性。
注重日常维护与保养，可以有效的防止康明斯柴油发电机的非正常损坏，有效延长其使用寿命。通过保持康明斯发动机的干净、整洁来防止水和灰尘腐蚀发动机各部件、对连接处的螺栓进行检查、调整，来保证其齐全有效。在日常维护保养过程中，对机油的更换、保持系统的清洁、固部件的有效等手段，都是为了确保康明斯柴油发电机在使用中能够保证较少的磨损、降低使用过程中产生过热现象以及减少相对的运转阻力等等损坏发动机的保障手段。因此，保证康明斯柴油发电机的日常维护与保养是防范其故障频发的重要举措。
康明斯柴油发电机在运行中需要观察工作监测仪表，正常工作状态时水温应保持在74-91℃之间、根据设备型号不同，怠速及负荷运转时的机油压力应保持在标准压力范围内。如果康明斯柴油发电机工作期间过热报警，应降低负荷运行。降低负荷运行一段时间后如还过热，则应停机检查故障。康明斯发动机运行中应密切注意发动机下列情况的变化，如其中任一项突然发生变化，很可能是产生故障的预兆：
① 发动机灭火或着火不良；
② 振动情况；
③ 发动机有不正常的噪声；
④ 发动机工作压力、温度突然变化；
⑤ 发动机排气烟度太大；
⑥ 发动机功率不足；
⑦ 机油消耗变大；
⑧ 燃油消耗变大；
⑨ 燃油、机油或水泄漏。
三、进、排气系统故障分析
柴油机的进气系统和排气系统的空气路径如图3所示，下面本文将对康明斯柴油发电机进、排气系统进行故障分析与排除。
1、进气系统
众所周知进气系统的作用就是将清洁的空气源源不断地提供到各个气缸内，保证各个气缸进气量保持一致并为各个缸做功后的热能转换提供转换基础。
（1）故障原因
康明斯柴油发电机进气系统影响发动机输出功率和发动机的使用寿命的主要因素就是进气温度、进气量以及系统中的杂质。主要因进气系统导致的发动机故障因素就是空气中包含的各种杂质、水分或其他杂质。他们过多的存在进气系统中，会造成以下故障：
因堵塞导致的空气密度小、含氧量少从而导致的功率损失或降低功率。并且由于空气中的氧含量减少，导致燃烧不充分并产生未燃烧完全的碳烟。从而导致喷油器尖部、活塞、气门的碳化。进气系统中如果进入的空气不够纯净，包含了过多的脏污、盐或其他杂质（如图4所示），都会加剧发动机内部部件的磨损。而且产生的化学元素往往都具有一定的腐蚀性，长期使用也会减少康明斯柴油发电机的使用寿命。
（2）预防措施
在了解了主要故障原因之后，就要针对其故障进行预防的措施就是：
保证进气系统的管路或结合处的密闭性，保证管路、管路的卡子或者各部位的接头检查工作，保证管路的完好性无破损的情况，保证紧固件无松动进气的现象。避免空滤和康明斯柴油发电机之间的连接管路中堆积尘土以及其他空气中的杂质未经过滤的空气进入进气系统。
（3）注意事项
在日常维修保养的时候也会经常出现以下问题：
由于康明斯柴油发电机原厂配备的空气滤清器较比其他副厂的空气滤清器较贵，因此一些使用者只考虑到安装尺寸及采购价格来更换副厂的空气滤清器。或者在更换破损老化的管路时，未按照原机管路尺寸进行更换，或者使用质量较差内部表面粗糙的胶管。这两种做法都会影响康明斯发动机进气系统的过滤级别或者进气量，从而导致发动机故障。
2、排气系统
排气系统的故障往往是日常维修保养比较容易忽视的一个环节，使用者往往认为他的作用就是将废气进行排出的一个过程，不认为他会造成康明斯柴油发电机较大的故障或影响，这就是使用者对其工作原理不清楚的一个体现。一个设计成熟且优良的发动机排气系统，能够通过自身燃烧气体的转移控制来提高发动机的使用性能，也就是我们常说的废气增压。为了提高康明斯柴油发电机的使用性能并延长发动机的使用寿命，就要考虑到以下几点：
（1）背压过高
康明斯柴油发电机排气系统排除的排气背压压力需要控制在其标定范围内，一般不会超过0.01MPa。换句话说就是，康明斯柴油发电机燃烧做功后所产生的热能和废气要能够比较畅通的在康明斯柴油发电机排气系统中排出。如果排气系统产生过高的排气背压将会导致发动机热能转换不及时造成康明斯柴油发电机机体整体温度过高或是直观的通过水温表来显示为水温过高报警。并且排气背压的压力过高，还会导致康明斯柴油发电机功率降低、燃油燃烧不充分、增加燃油消耗。
（2）杂质混入
如果排气系统混入较多的脏颗粒或者其他杂质进入废气增压，会导致涡轮增压器的涡轮轴承出现故障。
（3）紧固件失效
排气系统管路、管路接头、管路卡子及其他固定件和支撑件的检查也是预防排气系统故障的主要措施。尤其是支撑和定位件的齐全有效，可以保证各部件连接处密封圈或密封垫不因为自重影响而导致的损坏和泄漏。如果支撑和定位件的失效，会因设备在运行过程中的震动导致涡轮增压器外壳的开裂、涡轮增压器轴承的损坏、排气歧管连接失效漏气或断裂等等故障。
（4）注意锈蚀
排气系统要避免出现进水或积水现象，排气系统如果进水会导致部件锈蚀损坏从而引起设备故障。
针对于以上故障分析，其主要预防手段就是：保证康明斯柴油发电机排气系统管路及相关附件的齐全有效。保证排气系统的清洁，最后就是要定期对其检查、维护、清洁等工作及时到位的实施。
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图3 柴油机进排气系统路径原理图 |
图4 柴油机进气系统堵塞检查 |
四、PT燃油系统故障分析
随着技术的发展和社会的进步，人类的环保意识日益增强，美国、欧洲和日本都已相继执行更高的环保标准，对发动机的排气进行更加严格的限制。为了满足新的排放标准以及激烈的市场竞争，康明斯柴油发电机的目标就是要生产出马力大、油耗低、排污少和噪音小的高性能发动机。
康明斯柴油发电机的PT燃油系统是康明斯公司特有的专利，并且在全国范围内也只有该公司一家采用了这种特有的技术。常见的发动机燃油系统包含了燃油泵、燃油滤清器、燃油箱、油位传感器以及相关的管路和阀等附件。而康明斯柴油发电机的PT燃油系统是区别于其他柴油发动机的关键标志。第一台PT燃油系统于1954年开始应用安装在康明斯柴油发电机上。字母“P”表示为Pressure，是康明斯柴油发电机PT燃油系统的燃油泵的输出的燃油压力。字母“T”表示为Time，是康明斯柴油发电机PT燃油系统的喷油器准许燃油流入的有效时间，“PT”也就是表示压力和时间的缩写。康明斯柴油发电机PT燃油系统的作用就是根据其柴油发动机的工况需求，将雾化后的柴油定量、定压、定时的按标定好的喷油程序喷入康明斯柴油发电机的气缸之中。最后将雾化后的柴油与过滤后的空气能够迅速且良好地进行混合并燃烧做功。
发动机燃油系统工作状况的好坏直接影响其排污性、经济性、动力性等，因此，康明斯柴油发电机PT燃油系统的工作情况对其性能有着决定性的影响。常见的康明斯柴油发电机PT燃油系统故障主要为：
（1）发动机启动困难，其常见原因为PT燃油系统供给不良引起的排气管无烟排除或冒白烟但是不能启动。
（2）因为燃油不足、系统堵塞、系统漏气密封不良、系统进水或柴油质量不好引起的低压油路故障。
（3）因为部件磨损造成内泄、供油量达不到要求、喷油器部件损坏导致的高压油路故障。
（4）康明斯柴油发电机产生异响、机体工作粗暴，其常见原因为PT喷油泵雾化不良、喷油时间过早、系统堵塞、喷油到各缸的喷油量不均匀等故障。
汇总言之，因PT燃油系统故障的主要体现就是怠速运转不稳、喷油器雾化不良、功率不足、排气烟色不对、启动困难、水温过高、喷射压力低、各缸供油量低、各缸供油量不均匀、自动正时提前失去作用、供油正时晚等。针对于以上故障分析，其主要预防手段就是：在保证系统部件运行状况良好的同时，定期对其进行维护保养，使其保证燃油系统的清洁度、保证燃油系统管路、接头等无泄漏。预防使用或维修过程中脏物或杂质进入燃油系统导致系统堵塞，从而加剧系统部件磨损。
总结：
对于康明斯柴油发电机在使用过程中出现的故障可谓是错综复杂的，针对不同的故障现象只有了解康明斯柴油发电机系统构造并针对故障现象入手，根据使用环境因素进行综合判断。那么，在遇到任何康明斯柴油发电机的故障，都可以很快速的找到发电机故障原因，从而准确并节时的进行故障处理。对于笔者而言，在考虑其故障发生、分析、排除、预防的同时，重中之重还是在于日常的维护与保养。所谓三分修、七分养也就是这个意思。只有保证日常的维护与保养的有效实施，才能达到减少康明斯柴油发电机的故障并延长其使用寿命的最终目的。
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