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操作使用与维护保养 |
康明斯空气滤清器、进排气管和增压器堵塞与漏气故障 |
摘要：柴油机在运转过程中会产生高温高压的废气，而这些气体经过排气歧管的汇聚之后，就会经过消声器的转换，从而通过排气管的尾喉排出。所以，柴油发电机进排气系统就相当于人的“呼吸”一样，只有“一呼一吸”都保持顺畅，才能保证柴油发电机的正常运转。如果进、排气管发生堵塞和泄漏，就势必会造成柴油发电机组一系列故障的发生。康明斯公司在本文从应用角度论述了进排气系统的主组成、原理、作用及其发生堵塞和漏气现象的处理方法。
一、柴油机进排气系统概述
以康明斯4BTA3.9-G2型柴油机为例，进排气系统由空气引入管、过渡弯管、空气滤清器、废气涡轮增压器、进气过渡管、进气管盖、进气管、排气歧管、排气管、排气消声器等组成。
空气由进气引入管、过渡管、空气滤清器，进入增压器，经增压器压气机的压缩，以较高的压力、密度和较高的进气温度经进气过渡管、进气管、进气道进入柴油机燃烧室。燃烧室燃烧的废气，从脉冲式排气管进入增压器的涡轮壳，利用废气能量驱动涡轮；然后从增压器排出口经排气管、排气消声器排到大气中。
柴油机排气消声系统必须满足相应的要求，以便在不影响柴油机动力性能的条件下，提供柴油机废气排出的通道，降低柴油机噪声，同时降低排气温度和压力，满足安全及环保方面的要求。
为了达到康明斯B系列柴油机的性能参数要求，设计中注意排气消声系统装置不能因为重量、惯性、零件相对运动或热变形等因素对增压器造成过大的力矩；下雨及清洗柴油发电机时，必须防止水经排气消声系统进入柴油机内；电线束、尼龙管、塑料管等零件避开排气管路，避免高温烤坏；排气消声器系统在可靠的密封条件下将柴油机废气排到柴油发电机后部，防止废气被空气滤清器吸入；检验排气背压不能超过柴油机性能参数给定的极限值；在不增加排气背压的情况下，降低排气噪声，使整车噪声水平符合国家噪声法规。
柴油机正常工作时，废气通过排气门进到排气歧管通道，产生排气噪声。柴油机排出的废气由许多不同波长和振幅的压力波组成，压力波以能量的形式在气体中传播，能量逐渐消耗，压力波逐渐减弱，消声器就是利用能量逐步减弱的原理起消声作用的。柴油机排出的废气，经过消声器膨胀腔和共振腔，声波逐渐被扩散和反射，从而减少声波能量，降低噪声。
二、进排气系统堵塞与漏气现象
1、空气滤清器堵塞
柴油机空气滤清器脏污或堵塞会造成阻力增加、空气流量减少、充气效率下降，会使柴油机排气管冒黑烟、排气声音发闷和动力不足，空气滤清器工作原理如图1所示。应根据要求清洁保养空气滤清器滤芯，必要时更换滤芯。堵塞的原因如下：
（1）滤芯衰老——调换滤芯，一般每600/h更换一次；
（2）对进气未经预处理——增设前置过滤器；
（3）流量超过额定值——调换合适流量的过滤器；
（4）下游管道不清洁——定时检查下游管道、保证下游管道的清洁；
（5）过滤器内部有气流短路——找到原因,对症处理；
（6）防止过滤器进出口接反——要认准标记方向接；
（7）进、出气口阀门未打开——-打开阀门；
（8）滤芯严重堵塞——更换滤芯；
（9）过滤器损坏——更换过滤器；
（10）配管堵塞——修复配管器。
2、排气管堵塞和漏气
柴油机排气系统的原理如图2所示。当柴油机出现排气管堵塞和漏气时，一些症状会随之出现。其中，最明显的表现是柴油发电机加载无力，这可能是因为排气管堵塞导致发动机无法正常工作，从而影响了柴油发电机组的动力输出。除此之外，柴油机还可能会出现异响，这也是排气管堵塞和漏气的表现之一。
（1）排气管漏气
这取决于排气管中的泄漏位置。如果在尾部也没关系。如果前部泄漏，会影响排气背压的降低，降低低速时的扭矩，使启动变弱，间接增加油耗。但是在高速时，动力会增加，因为排气更顺畅。排气管泄漏与增压车关系很大，与自然吸气柴油发电机关系较小。发现前排气管(排气歧管)接口局部位置已变形，有少许凹凸坑。如果更换整个排气歧管，不仅维修成本高、延迟时间长，而且经常更换进排气歧管垫。为了给小伙伴省钱，尽快解决问题，修复时可以采用在接口处缠绕铜线的方法，堵塞排气管的漏洞，消除柴油发电机运转时的噪音。从旧电缆上剪下一根铜线，在接口垫处绕一圈，像旧的手工编织草帽一样，一圈又一圈地紧绕。内环需要更紧，外环需要比接口垫更大更厚。安装后，热车时紧固排气管螺栓，排气管的噪音将被完全消除。
（2）排气管阻塞
排气管阻塞会造成排气不畅，影响下一循环的进气和柴油充分燃烧而使动力下降。应检查排气管内是否积炭太多，一般排气背压不宜超过3、3kPa，平时应经常清除排气管壁积炭。柴油机熄火后，可卸下其排气管，检查排气口积炭情况，能够判断柴油机的工况。积炭呈黑灰色，表面像覆盖一层白霜，积炭层极薄，说明柴油机工况良好；积炭色泽黑亮，但不湿，说明柴油机轻微烧润滑油，个别排气口湿润或有润滑油的，说明该缸大量排润滑油；排气口积炭厚度明显高于其他缸排气口的，说明该缸喷油器工作不良或气缸密封性变差各缸排气口积炭层均较厚，且色泽较深的，多因工作温度过低，或喷油过晚，柴油后燃严重所致。
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图1 空气滤清器原理示意图 |
图2 发动机排气系统原理图 |
3、进气管堵塞和漏气
进气管的工作过程如图3所示。进气管堵塞和漏气会有奇怪的响声、转速不稳、容易熄火等现象。一般情况下，柴油机进气是固定的，当进气管漏气时，会造成柴油机进气不足，柴油机燃油和空气不能形成完美结合，导致柴油机功率不足，而且柴油机排气管噪音会变大。
（1）进气管漏气的后果
① 运转无力
一般情况下，柴油发电机需要的进气量的固定的，如果进气管漏气，那么证明柴油发电机进气量会增大，空气就会比较多，导致燃油和空气不能达到完美的结合，那么柴油发电机就会动力不足，所以在行驶过程中会感觉到柴油发电机运转无力。
② 启动困难
发电机组启动是需要比较高浓度的可燃混合气体的，但是如果柴油发电机进气管漏气，会造成可燃混合气体变得稀薄，比较难达到发电机组启动的要求，就会导致发电机组启动比较困难。
③ 排放的有害气体增多
因为过于稀薄的可燃混合气体非常容易造成氮氧化合物的生成，这样的话，发电机组就会排放出更多的污染物。
进气管漏气会导致一系列的故障问题，一般遇到这种情况的话，需要更换发电机组的进气管，还要检查进气垫是否也有故障损伤问题，一定要进行及时的修理。
（2）进气管堵塞的后果
进气管被堵，首先肯定的是不会爆炸。如果堵的轻微的话，还是能启动，但会出现爆震，结碳严重，机身震动、窜动会加剧。如果堵的严重的话就是启动不起来了。
4、增压器堵塞和漏气
增压器的工作原理如图4所示。如果增压器轴承磨损、压气机及涡轮管路被污物阻塞或漏气，可使增压器转速下降或增压不足，从而导致柴油机功率下降。当增压器出现上述情况时，应检修或更换轴承，清洁管路、外壳、叶轮，拧紧接合面螺母和卡箍等。
（1）增压器压力受阻
空气在被增压器吸入的过程中，空气流遇较大阻力。（如空滤芯堵塞，进气胶管被吸变形或压扁等），压气机进气口处的压力较低，造成机油渗漏进入压气机内，随压缩空气一起进入燃烧室内烧掉。处理方法如下∶
① 检查进气直软管壁内有无机油、是否被压扁，使气流受阻或空滤芯有堵塞现象。
② 如管口和管壁有机油，应清洗或更换空气滤芯。
（2）增压器漏气
如果涡轮增压器漏气，检查涡轮增压器与进气歧管和排气歧管之间的连接，务必检查涡轮增压器的外壳。如果涡轮增压器的外壳破损，影响漏气，则需要更换新的涡轮增压器。涡轮增压器由两部分组成，一部分是压缩涡轮，另一部分是排气涡轮。压缩涡轮与排气涡轮同轴连接，压缩涡轮与柴油发电机的进气歧管连接，排气涡轮与柴油发电机的排气歧管连接。当柴油发电机达到一定转速时，废气有足够的能量驱动排气涡轮旋转。此时，压气机涡轮也可能旋转，使得空气体可以被压缩并输送到柴油发电机气缸。
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图3 进气系统示意图 |
图4 涡轮增压器废气进排原理 |
总结：
进排气系统作为柴油机五大系统之一，负责向各工作气缸提供清洁、充足的空气，并将燃烧后的废气排入大气，这是柴油机正常运转的前提。由于工作需要，柴油机往往运转在条件恶劣、空气品质差的外部环境中，进排气系统的各零部件又长期处于高温高压的内部环境中，导致进排气系统故障频发，对柴油机进排气系统开展故障诊断研究具有重要意义。本文针对进排气系统的堵塞和漏气的典型故障进行了原因分析，并提供解决方法。
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