康明斯K38發(fā)動機(jī)活塞燒蝕的主要原因

摘要：通過大面積康明斯K38發(fā)動機(jī)活塞燒蝕維修經(jīng)驗(yàn)，分析K38發(fā)動機(jī)活塞燒蝕的主要原因。

關(guān)鍵詞：康明斯K38發(fā)動機(jī);活塞燒蝕;主要原因

0 ?引言

活塞燒蝕是柴油發(fā)動機(jī)使用中較常見的現(xiàn)象，燒蝕部位大多發(fā)生在活塞頂部和第一、第二道活塞環(huán)槽處及活塞頭部圓周處，一般以活塞頂面熔洞、穿孔和頭部圓周處鍵槽狀缺口、蜂窩眼為主要形式，故障現(xiàn)象主要表現(xiàn)為發(fā)動機(jī)下排氣增大，甚至機(jī)油從呼吸孔沖出?；钊麩g將導(dǎo)致柴油機(jī)工作不正常，直接導(dǎo)致缸壓降低，動力下降，間接引起拉缸、抱瓦等，并損壞渦輪增壓器、缸蓋等機(jī)件。下面，筆者根據(jù)康明斯K38發(fā)動機(jī)活塞燒蝕維修經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合相關(guān)相關(guān)技術(shù)資料后，對康明斯K38發(fā)動機(jī)活塞燒蝕的原因作分析。活塞燒蝕如圖1所示。

1 ?排氣背壓過大

排氣背壓就是指發(fā)動機(jī)排氣的阻力壓力。K38發(fā)動機(jī)排氣壓力小于0.09kPa，若消聲器發(fā)生堵塞或排氣管改裝不當(dāng)，將會增大排氣阻力，導(dǎo)致排氣背壓過大。由于發(fā)動機(jī)排氣背壓過高，汽缸內(nèi)混合氣燃燒后生成的廢氣難以排出，廢氣只能返流，熱量相對積聚在缸內(nèi)，導(dǎo)致缸內(nèi)溫度過高，最終引起活塞燒蝕。

2 ?劣質(zhì)活塞

活塞在高溫、高壓、高速、潤滑不良的惡劣條件下作往復(fù)直線運(yùn)動，直接與高溫氣體接觸，瞬時(shí)溫度可達(dá)2500℃以上，受熱嚴(yán)重、散熱條件差，所以活塞工作時(shí)溫度很高，頂部可達(dá)600～700℃，且溫度分布很不均勻;活塞頂部承受氣體壓力很大，特別是做功行程壓力最大，柴油機(jī)高達(dá)6～9MPa，這就使得活塞產(chǎn)生沖擊，并承受側(cè)壓力的作用;活塞在氣缸內(nèi)以很高的速度（8～12m/s）往復(fù)運(yùn)動，且速度在不斷地變化，產(chǎn)生了很大的慣性力，使活塞受到很大的附加載荷。活塞在這種惡劣的條件下工作，會產(chǎn)生變形并加速磨損，還會產(chǎn)生附加載荷和熱應(yīng)力。若活塞質(zhì)量不過關(guān)，鑄造時(shí)存在氣孔、疏松、微裂紋、夾渣等缺陷，則在高溫高壓作用下，這些氣孔、疏松、微裂紋會導(dǎo)致疲勞損壞;活塞中的夾渣首先熔化，造成活塞燒熔，導(dǎo)致活塞燒蝕故障。

3 ?燃燒黑煙大，活塞積碳嚴(yán)重

積碳的生成比較復(fù)雜，它與發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)以及使用燃料、潤滑油料的種類及發(fā)動機(jī)所處工作條件、工況等密切相關(guān)。在燃燒室中，氧氣供給不足，燃料和竄入燃燒室的潤滑油料不能完全燃燒，而產(chǎn)生油煙和焦油微粒，它們和潤滑油混合在一起后，進(jìn)一步氧化成為稠性膠狀液體羥基酸，羥基酸又進(jìn)一步氧化變成一種半流體樹脂狀膠質(zhì)，牢固地粘附在零件上，隨后在高溫的不斷作用下，膠質(zhì)又聚合成更復(fù)雜的聚合物，成為一種硬質(zhì)膠結(jié)碳，即形成了積碳。積碳的組成成分有潤滑油、羥基酸、瀝清質(zhì)、油焦質(zhì)、碳青質(zhì)、硫酸鹽、硅化合物（來自進(jìn)氣中的灰沙）和微量金屬屑及其化合物等。發(fā)動機(jī)溫度越高，形成的積碳也越硬越緊密，與金屬粘接越牢固?；钊h(huán)槽中的積碳會使活塞環(huán)失去彈性而卡死，活塞環(huán)密封性下降，引起燒機(jī)油現(xiàn)象，進(jìn)而加劇了積碳的生成;進(jìn)、排氣門上的積碳會使氣門關(guān)閉不嚴(yán)，高溫顆粒積碳附著在氣門上也會使氣門及氣門座燒蝕，加劇氣門漏氣。氣門漏氣，又使高溫燃?xì)鉀_刷氣門及氣門座，進(jìn)一步使氣門及氣門座燒蝕出現(xiàn)漏氣，最終導(dǎo)致缸壓降低，燃燒黑煙大促使活塞積碳的生成。活塞積碳使其散熱作用減弱，溫度升高，當(dāng)溫度超出活塞的熱承受極限時(shí)，將引發(fā)活塞燒蝕?；钊e碳如圖2所示。造成發(fā)動機(jī)燃燒黑煙大、積碳嚴(yán)重的主要原因是：

3.1 氣門密封不嚴(yán)

進(jìn)、排氣門關(guān)閉不嚴(yán)，會造成高溫、高壓的可燃混合氣沖蝕氣門及氣門座工作面，使二者工作面出現(xiàn)麻點(diǎn)、積碳、燒蝕，麻點(diǎn)、積碳、燒蝕又會加速進(jìn)、排氣門關(guān)閉不嚴(yán)，形成惡性循環(huán)。氣門關(guān)閉不嚴(yán)，缸壓降低，燃燒不好，造成缸內(nèi)積炭過多，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)動力性，經(jīng)濟(jì)性下降。

3.2 泵咀不匹配，噴油量過大

K38發(fā)動機(jī)上有CPL844和CPL1628兩種型號，CPL1628和CPL844兩個(gè)控制號的燃油泵和噴油器存在差異，其中，與CPL1628相匹配使用的為BA94燃油泵和3077760噴油器，與CPL844相匹配使用的為B844燃油泵和3058802或3076132噴油器。BA94泵與B844泵相比較油量更大，3058802或3076132噴油器與3077760噴油器相比較噴油量更大。只有匹配正確，遵循大泵配小咀的原則（大、小指噴油量），才能得到正確的噴油油量，若出現(xiàn)混裝的話，就會導(dǎo)致最終噴油器的實(shí)際供油量過大，燃燒黑煙大，將損壞發(fā)動機(jī)相關(guān)零件，特別是活塞燒蝕。

3.3 STC閥工作不正常

為達(dá)到嚴(yán)格的排放要求，康明斯發(fā)動機(jī)發(fā)展了一種新型的液壓驅(qū)動的可變噴油正時(shí)控制系統(tǒng)，稱作STC（Step Timing Control）分步噴油正時(shí)控制系統(tǒng)。STC系統(tǒng)將發(fā)動機(jī)噴油正時(shí)分為兩部分，一部分為機(jī)械正時(shí)（即由正時(shí)齒輪和凸輪軸控制），也稱“常態(tài)正時(shí)方式”，另一部分為機(jī)械-液壓正時(shí)（即由發(fā)動機(jī)燃油壓力控制，也稱“噴油提前正時(shí)方式”）。在啟動和輕載工況下，采用“噴油提前正時(shí)方式”，燃油在壓縮循環(huán)中更早噴射;而在中、重載工況下，采用“常態(tài)正時(shí)方式”，燃油在壓縮循環(huán)中更晚噴射。STC閥相當(dāng)于一個(gè)方向控制閥，燃油壓力相當(dāng)于先導(dǎo)油壓，STC閥開啟壓力為27Psi，關(guān)閉壓力為65Psi。若STC閥工作不正常，那么發(fā)動機(jī)噴油正時(shí)將發(fā)生變化，燃油燃燒不好，后燃期延長，缸內(nèi)產(chǎn)生大量積碳，活塞散熱不良，長時(shí)間運(yùn)行將導(dǎo)致最終的活塞燒蝕、缸蓋炸裂等故障。

4 ?冷卻不好，造成溫度過高

發(fā)動機(jī)正常工作溫度在82～93℃之間，若出現(xiàn)冷卻液不夠或混入其它油品、散熱器堵塞、風(fēng)扇工作不正常等狀況時(shí)，將會造成發(fā)動機(jī)缸內(nèi)溫度過高。另外，發(fā)動機(jī)活塞、缸套主要通過機(jī)油冷卻噴咀噴出的機(jī)油將其熱量帶走。若冷卻噴咀噴管有變形、砂眼、噴射位置不對等故障或機(jī)油壓力過低時(shí)，將會造成噴射機(jī)油量減少，直接導(dǎo)致活塞，缸套溫度過高。

參考文獻(xiàn)：

[1]秦朝舉，張衛(wèi)正，原彥鵬，宋立業(yè).硼酸鋁晶須增強(qiáng)鋁硅基復(fù)合材料活塞燒蝕研究[J].哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2018，39（01）：143-147，168.

[2]秦朝舉.柴油機(jī)活塞鋁合金材料燒蝕規(guī)律研究[D].北京理工大學(xué)，2015.

[3]賀園玲.柴油機(jī)活塞燒蝕失效分析[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2014（11）：41-43.

作者簡介：王發(fā)理（1981-），男，本科，機(jī)械工程師，甕福（集團(tuán)）有限責(zé)任公司甕福磷礦，從事礦山設(shè)備管理工作。