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故障检修与技术维护 |
柴油发电机功率不足的影响因素、诊断思路及处理方法 |
摘要：柴油发电机功率不足一般是动力方面的故障，一般表现为正常情况下排温较高、烟色较差，柴油机过热，柴油机声音不正常，并有机油压力下降等现象。用户使用因素是诊断柴油机功率不足的首要检查项目，主要原因有不做保养、不正确的使用、严重超载、随意改装、使用不合格的燃油等。在日常维修工作中，康明斯公司重点考虑从气路故障、油路故障、后处理故障、电路故障和柴油机机械故障几方面因素，分析柴油发电机组输出功率不足或机组功率带不上的原因和处理方法。
一、功率不足的影响因素
1、气路
气路排查主要从进气压力小及排气背压过大两个方面入手，排查时从源头开始，一段一段排查。气路系统常见故障如图1所示。
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图1 柴油机功率不足的气路故障点 |
2、油路故障
油路系统常见故障如图2所示。柴油机油路故障主要有低压油路气阻、油路堵塞、柴油机喷油泵故障和喷油嘴偶件早期损坏等故障。众所周知，防止各种机械故障的产生要比排除故障更为重要，只要正确维护与保养、及时检查与调整和提前消除故障隐患，故障发生率就会明显降低。
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图2 柴油机功率不足的油路故障点 |
3、尾气后处理系统故障
对于满足国三的电控柴油机，排放标准的后处理故障有一部分是限制功率的，后处理的故障一定要引起重视。有些后处理的故障，即使已经修复，柴油机动力也不会立刻恢复，需要经过一定工作循环，或者执行一系列的测试。
4、电路故障
对于有故障码的，故障码优先。对于没故障码的，传感器拔下来观察是否有腐蚀锈蚀退针等现象，接头是否松动，ECU供电搭铁是否正常。引起柴油机功率不足的电路常见故障是传感器信号偏移，导致喷油量异常。常见的导致动力不足的传感器有一轨压传感器、进气温度压力传感器、机油温度压力传感器、车速传感器、冷却液温度传感器、曲轴/凸轮轴位置传感器等，排查的时候可以拔掉相关传感器试车。
5、机械系统故障
柴油机在运行中出现机械故障，轻则造成基础件损坏，重则导致重大机械事故的发生。通常情况下，柴油机发生故障前，其转速、声音、排气、水温、机油压力等方面会表现出某种异常迹象，即故障预兆特征。所以操作人员应根据预兆的特征迅速做出正确判断，果断采取措施，避免事故发生。机械系统是柴油发电机组的动力源，其可能故障点非常多，常见的故障点如图3所示。
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图3 柴油机功率不足机械故障点 |
二、功率不足故障诊断思路
导致柴油机功率不足故障的原因多种多样。但是，柴油机的动力大小取决于柴油机最终的喷油量的大小，而柴油机的最终喷油量由柴油机的基本运行策略控制。在实际维修过程中如果无故障代码显示（故障代码查询方法如图4所示），需要维修人员根据柴油机运行时的基本数据流来分析根本原因。根据柴油机的运行策略，在分析柴油机功率不足时需要从以下几个柴油机运行数据进行考虑：
1、温度信号
为了保护柴油机不过热，柴油机ECU通过监测柴油机冷却液温度、进气温度、机油温度、燃油温度来对最终喷油量进行限制。
（1）冷却液温度信号。
冷却液温度信号由冷却液温度传感器检测，当冷却液温度超过100℃时，柴油机的喷油量将逐步减少，此时柴油机表现为动力不足。当冷却液温度超过120℃时，柴油机将停机。
① 检测方法：正常柴油发电机热机后使用故障诊断仪读取冷却液温度数据，数据值小于90℃时说明冷却液温度传感器正常。
② 冷却液温度传感器信号异常（电路如图5所示），应重点检测冷却液温度传感器是否失效、柴油机冷却系故障导致柴油机冷却液温度过高、冷却液温度传感器线束导致信号干扰。
（2）进气温度信号。
柴油机ECU通过进气温度传感器信号检测进气温度。当进气温度超过80℃时，柴油机ECU将控制喷油量逐步减少，此时柴油机表现为动力不足。当进气温度超过120℃时，柴油机将停机。
① 检测方法：正常热机时使用故障诊断仪检测进气温度数值，正常时数据值应小于80℃。
② 进气温度传感器信号异常，应重点检测增压压力传感器是否失效、进气温度是否过高、是否存在信号干扰等。
（3）机油温度信号。
柴油机ECU通过机油温度传感器检测机油温度。当机油温度超过110℃时，ECU将控制柴油机喷油量逐步减少，此时柴油机表现为动力不足。当机油温度超过125℃时，柴油机将停机。
① 检测方法：正常热机时使用故障诊断仪检测机油温度数值，正常时数据值应小于110℃。
② 机油温度传感器信号异常应重点检测机油温度传感器是否失效、柴油机机油温度是否超高、机油温度传感器是否存在信号干扰。
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图4 从柴油机控制器面板查询故障代码 |
图5 柴油机冷却水温度传感器电路图 |
2、增压压力信号
柴油机ECU通过监测进气压力来限制最终喷油量，以保证燃油的充分燃烧，不冒黑烟。当进气压力不足时，喷油量受到限制，柴油发电机表现为动力不足。
检测方法：使用故障诊断仪读取增压压力数值，并与正常柴油发电机增压压力数据流进行对比。
3、转速信号
柴油机ECU通过曲轴位置传感器监测柴油机转速。柴油机在运行过程中不能超过最高转速，ECU检测到柴油机转速超过最高转速时，将对喷油量进行限制，此时柴油发电机表现为动力不足。
① 检测方法：使用故障诊断仪读取柴油机转速数据流，正常时应小于2800rpm。
② 柴油机转速信号异常应重点检测飞轮信号齿是否异常，曲轴位置传感器信号是否存在干扰。
4、喷油量
上述五项信号均正常，而柴油机功率仍然不足时，应分析喷油量是否已经达到最大喷油量。
① 检测方法：使用故障诊断仪读取喷油量数据流，并与正常柴油发电机最大喷油量数据流进行对比。
② 当喷油量与最大喷油量相等时，柴油机依然动力不足，应重点检查喷油器是否失效；喷油器线束电阻是否过大；气门间隙是否过大；喷射角度是否正确。
三、 故障原因分析与处理
1、柴油机过热
环境温度过高：机油和冷却水温度很高，排温也大大提高。
排除方法：
检修冷却器和散热器，清除水垢；检查有关管路是否管径过小。如环境温度过高应改善通风，临时加强冷却措施。
2、燃油系统故障
（1）燃油管路、燃油滤清器进入空气或阻塞。排除方法：排除燃油系统空气或更换燃油滤清器芯子。
（2）喷油泵供油不足。排除方法：检查修理或更换偶件。
（3）喷油器雾化不良或喷油压力低。排除方法：进行喷雾观察或调整喷油压力，并检查喷油嘴偶件或更换。
3、进排系统故障
柴油机比正常情况下排温较高、烟色较差。
（1）空气滤清器阻塞。排除方法：清洗空气滤清器芯子或清除纸质滤芯上的灰尘，必要时应更换：以及检查机油平面是否正常。
（2）排气管阻塞或接管过长、转弯半径太小、弯头太多。
排除方法：
清除排气管内积碳；重装排气接管，弯头不能多于三个，并有足够大的排气截面。
4、喷油提前
不同转速下性能变差。
排除方法：
检查喷油泵传动轴处两个螺钉是否松动，并应校正喷油提前角后扳紧，必要进行配气相位和气门间隙检查。
5、涡轮增压器故障
柴油机出现转速下降；进气压力降低；漏气或不正常的声音等。
（1）增压器轴承磨损，转子有碰擦现象。排除方法：检查和更换轴承
（2）压气机、涡轮的进气管路沾污、阻塞或漏气。排除方法：清洗进气道、外壳、揩净叶轮；拧紧接合面螺母、夹箍等。
6、气缸盖组件故障
柴油机此时不但功率不足，性能下降，而且有漏气、进气管冒黑烟，有不正常的敲击声等现象。
（1）气缸盖与机体结合而漏气，变速时有一股气流从衬垫处冲出：气缸盖大螺柱螺帽松动或衬垫损坏。排除方法：按规定扭矩拧紧大螺柱螺母或更换气缸盖衬垫，必要时修刮接合面。
（2）进、排气门漏气。排除方法：拆检进、排气门，修磨气门与气门座配合面。
（3）气门弹簧损坏。排除方法：更换已损坏的弹簧
（4）气门间隙不正确 排除方法：重校气门间隙至规定值
（5）喷油器孔漏气或其钢垫圈损坏；活塞环卡住杆咬住引起气缸压缩压力不足。排除方法：拆下检修。清理并更换已损坏的零件。
7、连杆轴瓦与曲轴连杆轴颈表面咬毛
有不正常声音，并有机油压力下降等现象。排除方法：拆卸柴油发电机组侧盖板，检查连杆人头的侧向间隙，看连杆大头是否能前后移动，如不能移动则表示咬毛，应修摩轴颈和更换连杆轴瓦。
8、其他情况故障处理
（1）检查燃油滤清器滤芯，如发生堵塞或存在大量杂质，请更换燃油滤清器；
（2）查燃油供油管道，如有渗漏情况存在，进行处理，防止柴油发电机运行时空气进入供油管；
（3）检查空气滤清器滤芯，使用压缩空气对其进行清洁或更换滤芯；
（7）测量燃油温度，如果燃油温度超过50℃，请对燃油进行降温或补充燃油降低其温度；
（5）检查柴油发电机排气管道，确保排气管到畅通，保证排气被压小于90mmhg；
（6）在冷机状态或停机5-10分钟后，通过油标尺检查油底壳机油液面高度，如果机油液面已超过"H"位，请排出多余的机油，液面保持在"L"与"H"位之间靠近"H"位为宜；
（7）在运行状态下，借助必要的工具对增压器后端至进气歧管之间的气管进行检查（注意防 止高温高压气体造成的烫伤），对存在漏气的部位进行紧固。
总结：
柴油机在日常的运转过程中，当出现温度不正常的情况时，热效率不达标，其可燃混合气的形成则不合理，会严重影响柴油机的运转功率。其中，当柴油机在运转温度较低的情况下，将会加大机油的黏度，让柴油机的运转阻力损耗呈现出较大幅度的增长。这时便需要全面检查冷却系统，以此保证柴油机能够在正常的温度下运转。如果是大修后的柴油机，常会出现功率不足现象，表现为负荷作业时出现无力现象，同时排气温度上升，涡轮增压器以及排气管呈现出暗红色，排气管排黑烟，转速下降或不稳，并发出噪声。根据经验，应很好地从修理、使用上查找功率不足的各种因素，只有认真按技术标准要求去做，才能恢复柴油机的原设计功率。
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