濾清系統(tǒng)所引起的柴油機(jī)故障分析＊

杜學(xué)芳，張 帥

（河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 機(jī)電工程系，河南 新鄉(xiāng) 453000）

0 引言

柴油機(jī)是否能可靠而耐久地工作，在很大程度上取決于能否有效地保護(hù)摩擦副，防止磨料微粒（主要是機(jī)械雜質(zhì)）通過各種途徑進(jìn)入柴油機(jī)，這種保護(hù)靠采用有效的空氣濾清器、燃油濾清器和機(jī)油濾清器來達(dá)到，以及對(duì)塵土可能滲入柴油機(jī)的一切地方進(jìn)行仔細(xì)密封［1］。濾清系統(tǒng)是柴油機(jī)能否可以正常工作的一個(gè)很關(guān)鍵但也很容易被忽略的環(huán)節(jié)，下面這個(gè)案例就與燃油濾清系統(tǒng)有關(guān)。

燃油濾清器位于發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)中，其主要作用就是濾除燃油系統(tǒng)中的水和氧化鐵、粉塵等固體雜質(zhì)，向燃油系統(tǒng)提供清潔的燃油，保護(hù)噴嘴、柱塞等精密偶件減少磨損，避免堵塞［2］，減少機(jī)械磨損，確保發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，提高可靠性。隨著排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，對(duì)燃油濾清器的水分離性能和過濾精度都提出了更高的要求。

1 故障現(xiàn)象

據(jù)客戶反映和進(jìn)行實(shí)地考察，挖掘機(jī)在使用過程中會(huì)出現(xiàn)與燃油系統(tǒng)有關(guān)的下列工作故障，具體表現(xiàn)出如下幾個(gè)方面：

故障1：柴油機(jī)間隙性熄火；

故障2：柴油機(jī)輸油泵卡死、漏油；

故障3：柴油機(jī)噴油器堵塞、冒黑煙；

故障4：柴油機(jī)噴油泵磨損、冒黑煙、動(dòng)力不足。

2 故障分析

出現(xiàn)上述故障的挖掘機(jī)采用的是三菱4M50型柴油機(jī)，該柴油機(jī)屬于電噴式，噴射壓力較高，并且對(duì)燃油濾清系統(tǒng)的要求也較高。其濾清系統(tǒng)由三級(jí)組成：油水分離器＋燃油粗濾器（帶手油泵）＋燃油精濾器，如圖1所示。

圖1 柴油機(jī)濾清系統(tǒng)示意圖

根據(jù)故障1現(xiàn)象判斷，引起故障1可能的原因有兩個(gè)：燃油濾清系統(tǒng)吸油管路段漏氣，導(dǎo)致柴油機(jī)供油系統(tǒng)中存在空氣段，引起柴油機(jī)熄火；燃油濾清系統(tǒng)吸油管路段負(fù)壓過大，導(dǎo)致柴油機(jī)供油不暢而引起間隙性吸空，引起柴油機(jī)熄火。

根據(jù)故障2、故障3 和故障4 現(xiàn)象判斷，引起的原因主要與燃油濾清系統(tǒng)的過濾效率有關(guān)。針對(duì)以上原因分析，我們做了如下幾個(gè)試驗(yàn)：

（1）氣密性試驗(yàn)

試驗(yàn)連接如圖2所示。

圖2 氣密性試驗(yàn)連接圖

對(duì)燃油吸油管路進(jìn)行氣密性試驗(yàn)，通入0.1 MPa干凈空氣，在出入口處各安裝兩個(gè)壓力表，通過兩壓力表讀數(shù)，來判斷吸油管路是否漏氣。試驗(yàn)結(jié)果表明，P1－P2＝0，燃油吸油管路并未存在漏氣現(xiàn)象，因此將燃油濾清系統(tǒng)吸油管路段漏氣引起柴油機(jī)熄火的可能排除。

（2）拆解分析實(shí)驗(yàn)

對(duì)燃油管路全部進(jìn)行拆解，并逐一對(duì)各部件進(jìn)行仔細(xì)的檢查，發(fā)現(xiàn)燃油粗濾器上手油泵的單向閥處臟堵物較多，燃油管路其余零部件未見臟堵，單向閥的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

燃油粗濾器上單向閥的臟堵原因分析如下：由于國內(nèi)柴油品質(zhì)較差，而挖掘機(jī)的柴油品質(zhì)則更差，油水分離器的過濾精度只有300μm，濾層為不銹鋼絲網(wǎng)織成，屬于表層過濾［3］，過濾效果很差。由于手油泵單向閥安裝在燃油粗濾器的入口處，燃油必須先經(jīng)過單向閥才能流入燃油粗濾器，而單向閥入口處尺寸較小，直徑只有7mm，導(dǎo)致膠質(zhì)化合物、大顆粒固體顆粒雜質(zhì)等將單向閥堵塞，因此故障1的原因判斷為燃油粗濾器上單向閥處臟堵導(dǎo)致燃油管路負(fù)壓較高，引起柴油機(jī)燃油泵吸空而導(dǎo)致柴油機(jī)熄火。

圖3 單向閥結(jié)構(gòu)示意圖

（3）過濾效率試驗(yàn)

多通路試驗(yàn)連接如圖4所示。

圖4 多通路試驗(yàn)示意圖

通過多通路試驗(yàn)來計(jì)算燃油濾清系統(tǒng)的過濾效率，該試驗(yàn)是將污染油通過試驗(yàn)系統(tǒng)，通過演算器計(jì)算燃油濾清系統(tǒng)入口和出口處的粉塵粒徑和數(shù)量，得出燃油濾清系統(tǒng)的過濾效率。試驗(yàn)液采用JIS 2號(hào)輕油，試驗(yàn)流量為6L／min，試驗(yàn)時(shí)間1h，按JIS D 1623標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 燃油濾清系統(tǒng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表1 可以看出，該濾清系統(tǒng)的過濾效率偏低，為94.5%（5μm 以上顆粒物），而該柴油機(jī)對(duì)濾清系統(tǒng)的要求是大于等于98%（5μm 以上顆粒物），燃油中的微小雜質(zhì)會(huì)造成柱塞偶件、出油閥偶件、針閥偶件等產(chǎn)生擦傷、拉傷等磨粒磨損［4］，引起輸油泵卡死、漏油，噴油泵磨損，噴油器堵塞，從而使柴油機(jī)出現(xiàn)動(dòng)力不足、冒黑煙等現(xiàn)象，因此故障2、故障3、故障4判斷為主要是由燃油濾清系統(tǒng)的過濾效率偏低所造成的。

3 改進(jìn)方案

為消除柴油機(jī)的以上故障，對(duì)燃油過濾系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，如圖5所示。

圖5 改進(jìn)后的燃油濾清系統(tǒng)示意圖

改進(jìn)后的燃油濾清系統(tǒng)采取如下措施：

（1）去除油水分離器，將燃油粗濾器更換為不帶手油泵的粗濾器（帶油水分離功能），并在燃油粗濾與發(fā)動(dòng)機(jī)輸油泵之間加裝獨(dú)立手油泵，這樣可以避免手油泵單向閥的堵塞。

（2）為提高燃油精濾器的過濾精度而不降低流量，采用兩個(gè)2μm 的精濾器并聯(lián)。

4 結(jié)語

試驗(yàn)表明，改進(jìn)后濾清系統(tǒng)過濾效率可達(dá)99.6%（5μm 以上顆粒物），水分離效率大于等于95%，輸送泵入口處的初始吸油阻力不大于－17 KPa，保證燃油的供應(yīng)和清潔程度要求，達(dá)到了4M30型柴油機(jī)的要求。據(jù)客戶反應(yīng)，改進(jìn)后的濾清系統(tǒng)運(yùn)用在柴油機(jī)，上述故障全部消除，過濾效率顯著提高。

［1］何有祿.改進(jìn)型空氣濾清系統(tǒng)和燃油濾清系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)零件磨損的影響［J］.國外汽車，1975（3）：27－29.

［2］宋培清.淺議“三濾”基本知識(shí)與保養(yǎng)誤區(qū)［J］.科技論壇，2010（3）：69－70.

［3］.戴天翼.過濾器—設(shè)計(jì)、制造和使用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

［4］.馬志華，楊慶蓉.提高燃油濾清器過濾精度，減少柱塞偶件的磨損［J］.拖拉機(jī)，1988（1）：55－59.