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柴油发电机常见故障现象与判断原则 |
摘要：分析与判断柴油机故障的一般原则是结合构造、联系原理，弄清现象、联系实际，从简到繁、由表及里，按系分段、推理检查。此外，为了迅速准确地排除柴油机故障，在没有弄清楚故障原因之前，不要随意拆解柴油机。本文结合柴油机技术理论知识和康明斯公司实际经验，对柴油机工作中出现的各种故障现象进行深入细致地分析，提出了正确的解决办法，为客户使用与维修工作业提供参考。
一、故障常见现象
故障现象是一定的故障原因在一定工作条件下的表现。当柴油机发生故障时，往往都表现出一种或几种特有的故障现象。不同的工作条件，故障现象会有所不同。这些故障现象一般都具有可听、可嗅、可见、可摸或可测量的性质。概括起来不外乎以下几点。
1、工作异常
柴油发动机运行如图1所示。如发电机组不易启动、带不动负荷（即加负荷后减速或停机）、转速和频率不正常、燃油或机油耗量过大、电压忽高忽低或电压消失以及发电机组振动剧烈等。
2、声音异常
（1）金属敲击声：这种声音可能是由于轴承磨损、齿轮啮合不良或紧固件松动等原因引起的。这些故障会导致柴油发电机在运行时产生异常的金属敲击声。
（2）嗡嗡声：嗡嗡声可能是由于电机的转子与定子之间的气隙不均匀，或者是由于轴承损坏、轴承座松动等原因造成的。
（3）轰鸣声：轰鸣声通常是由于进排气系统堵塞、涡轮增压器故障或柴油机燃烧不良等原因引起的。
（4） 尖锐的啸叫声：这种声音可能是由于柴油发电机的高速旋转部件（如风扇、皮带等）松动或损坏造成的。
3、温度异常
柴油机的工作温度通常保持在65℃至95℃之间。这个温度范围确保柴油机在最佳工作状态下运行，不同型号和工作条件的柴油机可能会有不同的最佳工作温度，但65℃至95℃被视为一个常见的标准范围。如果柴油机的温度超过这个范围，可能表明发动机的工作状况不正常，需要进行检查和调整温度异常主要指机油温度过高、冷却水温过高、轴承过热和各排气歧管温差过大等。
4、外观异常
目测柴油发电机外表检查异常现象（如图2所示），主要是指排烟异常（白烟、蓝烟、黑烟）、“三漏”（漏油、漏水、漏气）现象以及漏电（有闪烁的火花）等。
5、气味异常
如臭味、焦味、排气带柴油或机油燃烧不完全的烟味等，可通过气味来判断和识别柴油机某些部位的异常。
以上是柴油发电机产生故障常见的几种异常现象，它们往往互相联系，有时一种故障可能产生几种故障现象，也有可能一种故障现象是由几个故障同时导致的。因此，在情况允许的情况下，应该运用各种手段，尽可能从各方面去弄清故障现象，以便及时而准确地判断故障产生的原因。
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图1 柴油机工作异常运行图 |
图2 柴油机外观异常检查 |
二、判断故障的方法
分析故障时应尽可能减少拆卸。盲目地乱拆卸，或者由于思路混乱与侥幸心理而轻易拆卸，不仅会拖长故障排除的时间，延误使用，而且有可能造成不应有的损坏或引起新的故障。拆卸只能作为在经过周密分析后而采用的最后手段。 一般，通过全面检查和认真分析，初步明确了产生故障的可能原因后，先从故障产生原因的主要方面出发，逐步缩小故障范围（或部位），以便迅速而准确地排除故障。因此，这一步是排除故障全过程的关键。广大使用和维修人员在长期实践中，积累和创造了很多行之有效、简单实用的判断、排除故障的方法。现将一些主要方法介绍如下。
1、隔断法
故障分析过程中，常需断续地停止或隔断某部分或某系统的工作，从而观察故障现象的变化，或使故障现象表露得更明显些，以便于判断故障的部位或机件。分析柴油柴油机故障时，常用的停缸法就是隔断法的一种（如图3所示），即依次使多缸机的某一缸停止供油，以便对该缸进行检查，或根据故障现象的变化，分辨故障是局部性的还是普遍性的。例如发现排气断续冒烟，在停止某缸工作后，故障现象消失，则表明故障部位在该缸，应进一步分析查找该缸产生此故障的原因；若分别将各缸断缸后，故障现象并无明显变化，则表明此故障不是个别缸的故障，应查找对各缸工作都有影响的原因。在分析电气设备故障时，有时候也可采用隔断法，将某部分从电路中暂时隔除，以判断故障部位。
2、比较法
分析故障时，如对某一零部件有怀疑，可采用将该零部件用备件替换或与相同件对换的比较法。根据故障现象的变化，来判断该零部件是否发生故障，或者判明故障发生的部位。
例如：当怀疑第二缸的喷油器发生故障时，用一只调校好的喷油器替换工作，如果故障消除，则表明原来装在第二缸上的喷油器有故障；如果故障现象不随之消失，则表明故障是由其他原因引起的。在电气线路中，若怀疑某元件（如电阻、电容等）有问题，可用一个好的元件替换接于电路中，若故障消除，说明怀疑是正确的。
3、验证法
对柴油机的某些故障部位或部件，采用试探性地拆卸、调整等措施来观察故障现象的变化，从而验证故障分析的结论是否符合实际，或者作为弥补由于经验不足，不能肯定故障所在而经常采用的方法。当几种不同原因造成的异常现象同时出现，或者故障原因与调整不当有关时，往往不易分辨故障的原因。在这种情况下，采用验证法也可以收到较好的效果。例如怀疑气缸套磨损严重，是某缸压缩不良导致的，可向该缸灌少许机油（约4～5g），若压缩力提高了，则说明怀疑属实。又例如柴油机冒黑烟，怀疑供油量太大，也可将供油量进行试探性调小，以验证怀疑是否属实。采用试探性措施时，应遵守“少拆卸”的原则，更应避免随便将总成分解。不论是试探性地拆卸还是调整，应在有把握恢复正常状态，并确认不致因此而产生不良后果的情况下才能进行。另外，还应避免同时进行几个部件或同一部位的几项试探性地拆卸和调整，以防互相影响，引起错觉。
4、仪器法
故障诊断仪俗称解码器，是维修柴油机电子控制装置必备的检测设备，是维修人员只要能够按照插头对应插入，在点火开关打开后一步一步进入要去做的就是根据诊断仪的提示操作按键，以了解柴油机的工作状况并查找柴油机病因。
实物外观如图4所示。其主要功能包括基本检测功能和特殊测试功能两个部分，基本测试功能包括读取故障码和清楚故障码。特殊功能包括动态数据流测试，执行器测试，功能设置，快速学习自适应数据记录和动态波形显示等。读取故障码可以将存储在车用电脑中的故障码和含义显示在诊断仪屏幕上，便于阅读；清楚故障码就是通过简单的操作即可清楚存储在车用电脑中的故障码；数据量测试利用诊断仪可对传感器和执行器的动态参数进行实时监测。
5、感官分析法
感官分析法用于检测排放气体的臭味浓度，即用鼻子检测排放气体的臭味，用眼睛检测气体的刺激性：这种方法偏差很大，但如果全体参与人员一致认同，那么结果就是可靠的，而且和其他的测试技术具有相关性：它有两种分析法：一种是直接分析法，气体来自排气管道；另一种是间接分析法.气体来自样本袋。气体的温度和气流速度影响着分析结果，它们由排气后压控制。臭味浓度分为无、轻、中、强、很强5个等级。
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图3 柴油机停缸法 |
图4 电控柴油机故障诊断仪 |
三、故障诊断实例演示
1、通过进气歧管和排气歧管判断故障
如果怀疑柴油机某气缸工作失常，不要急于拆卸气缸盖和分解柴油机，可以采取以下措施。如果能将几项措施结合起来运用，诊断效果会更好。
（1） 检查各排气歧管的温度差
如果柴油机工作粗暴，而且运转声音不均匀，说明各气缸的燃烧状况不一致，原因之一是各气缸的喷油量不相等。此时可以用手触摸各缸的排气歧管（最好使用红外线测温仪，结构如图5所示），如果某歧管的温度特别高，说明对应气缸的喷油量过大；如果某歧管的温度明显偏低，说明对应气缸的喷油量偏小，应当对喷油器进行检查和调整。
（2）在歧管处听诊异响
如果在柴油机的上部出现疑似气门撞击活塞的声音，排气管间断地冒烟，甚至曲轴箱的加机油口往外窜气，怀疑气门座圈松动时，可以在进气歧管口和排气歧管口处进行听诊（如图6所示），如果存在“啪啪”的异常响声，同时在柴油机运转不久时用手触摸进气歧管，某气缸进气歧管的温度比其他进气歧管高，说明进气门座圈松动，由于气缸内的高温气体经过进气门座圈、进气歧管口反向冲入进气道，所以出现异常响声；如果某排气歧管的温度比其他排气歧管低，说明对应气缸的排气门座圈可能松动。
（3）拆开进气歧管和排气歧管观察
① 如果柴油机的机油消耗量过大，一时无法判断机油是“上窜”还是“下吸”进入气缸，可以拆下进气歧管，检查气缸盖的进气道，如果其内壁上粘有较多的机油，说明机油从气门杆与气门导管之间的间隙吸入气缸（称为“下吸”），并且参与了燃烧；如果进气道内壁没有机油的痕迹，说明机油通过其他途径损耗了，需要做进一步的检查。
② 在柴油机加速运转时，如果偶尔发出尖脆的“当当”异常响声，大多数是个别喷油器滴油（即雾化不良），一般不是活塞异响。为了加以验证，可以拆卸排气歧管，如果发现某缸的排气歧管内潮湿，说明该气缸的喷油器雾化不良。
（4）采用“逐缸断气法”进行排查
如果散热器内发出“喘气”的声音，可以拆卸进气歧管，然后运用“逐缸断气”的方法查找故障原因。一台康明斯型柴油机，工作时散热器内发出明显的“喘气”声（加速时更加明显），类似于“开锅”现象，而此时冷却液的温度只有70℃。检查节温器和冷却液泵，都没有发现异常现象，怀疑气缸套破裂。于是拆开进气歧管，让发动机怠速运转，找来一整块棉纱，并用水将棉纱湿润（做到不滴水），然后逐个塞住各缸的进气口（即“逐缸断气），同时让另外一个人观察散热器加液口内冷却液液面的波动情况，当捂住第3缸的进气口时，散热器内冷却液的液面明显下降，说明问题出在第3缸。然后拆卸气缸盖和气缸垫，用拉具取出第3缸的气缸套，发现气缸套上部有1条难以察觉的横向裂纹。更换第3缸气缸套后，散热器内“喘气”的现象不再存在。
2、通过燃油系统回油管判断故障
如果想了解柴油机燃油系统的燃油压力是否正常，在缺乏燃油压力表或者燃油压力表接入油路有困难的情况下，可以采取以下方法间接地进行判断：脱开回油管，然后起动柴油机，并观察回油的情况。如果回油比较急，说明燃油压力基本正常；如果回油软弱或者没有回油，说明燃油压力不足，需要检查、修理燃油泵。也可以将各喷油器的回油管分别引导到量杯中，然后起动柴油机，再测量各缸喷油器的回油量，如果某缸的回油量明显偏多或偏少，说明该喷油器失常。
如果发现燃油系统的回油量过大，也不可置之不理。一旦回油量过大，通过喷油器喷孔的油量必然减少，使喷油压力降低，喷油时间推迟，甚至造成柴油机熄火。引起回油量过大的原因，除了喷油器针阀与针阀体磨损严重外，还要检查喷油器体下端面和针阀体上端面是否光滑或者是否有损伤，必要时进行研磨，或者更换喷油器总成。
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图5 红外线测温仪结构图 |
图6 柴油发电机异常故障听诊方法 |
总结：
总之，对于不同的故障现象要灵活运用判断故障的不同方法，要从柴油机的原理、结构入手找寻问题的解决方法。判断柴油机故障要从整体分析、要全面了解柴油机的各系统、各零部件之间是密切关系，一个部件或一个系统发生故障，必然会涉及到其他系统的部件或零件。所以，对一个柴油发电机故障现象不能孤立地看待，要科学的分析故障发生的原因并及时地排除故障。
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