柴油機(jī)呼吸器出氣口冒白煙問題分析

湯必強(qiáng) 吳士軍 葉飛 張玉娟 張楠楠

摘要： 某公司某款柴油機(jī)，市場(chǎng)反饋呼吸器出氣口冒白煙嚴(yán)重，故障機(jī)返回后進(jìn)行臺(tái)架故障復(fù)現(xiàn)，結(jié)果與市場(chǎng)表現(xiàn)一致。針對(duì)此故障現(xiàn)象，建立故障樹，結(jié)合相關(guān)試驗(yàn)，對(duì)可能產(chǎn)生的故障原因逐一進(jìn)行驗(yàn)證排查，最終確定故障根源為活塞底部高溫產(chǎn)生小粒徑分布油霧。通過增加活塞冷卻噴嘴和改進(jìn)機(jī)油泵，可有效解決市場(chǎng)柴油機(jī)呼吸器出氣口冒白煙問題。

Abstract： A certain diesel engine of our company，the market has reported serious white smoke from the outlet of the respirator，reproduce the failure of the test bench after the failed machine returns，the result is consistent with the market failure phenomenon. Build a fault tree for this symptom，combine related tests，verify and investigate the possible causes of failure one by one， and finally determine the the root cause of the fault is the small particle size distribution oil mist generated by the high temperature at the bottom of the piston. By increasing the piston cooling nozzle and improving the oil pump， the problem of white smoke from the outlet of the respirator in the market is effectively solved.

關(guān)鍵詞： 呼吸器;冒白煙;故障樹;試驗(yàn)

Key words： respirator;white smoke;fault tree;test

中圖分類號(hào)：U664.121.1????????????????????????????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A??????????????????????????????? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）21-0043-03

0? 引言

柴油機(jī)作為一種動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性并存的動(dòng)力裝置，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、車機(jī)和農(nóng)機(jī)領(lǐng)域[1]。隨著科技的進(jìn)步，柴油機(jī)已逐漸克服原有的笨重、噪音大、噴黑煙等缺點(diǎn)，不僅如此，現(xiàn)代柴油機(jī)經(jīng)過多年研究和新技術(shù)利用，在各方面都取得了重大突破[2]。柴油機(jī)由眾多復(fù)雜零部件組成，隨著使用時(shí)間的增加以及環(huán)境因素影響，不可避免會(huì)在使用過程中發(fā)生各種異常現(xiàn)象，從而轉(zhuǎn)變成故障。呼吸器作為柴油機(jī)重要零部件，作用是控制曲軸箱壓力在正常范圍內(nèi)，同時(shí)也可以分離出廢氣中的燃油和機(jī)油顆粒[3]，呼吸器出氣口冒白煙正是從呼吸器上表現(xiàn)出的典型故障之一。

1? 故障現(xiàn)象

某公司某機(jī)型柴油機(jī)在市場(chǎng)反饋呼吸器出氣口冒白煙嚴(yán)重，市場(chǎng)調(diào)研后證明情況屬實(shí)，與反饋現(xiàn)象基本一致，將故障機(jī)返回后在試驗(yàn)室進(jìn)行故障復(fù)現(xiàn)：發(fā)動(dòng)機(jī)在熱機(jī)過程中，水溫78℃，油溫100℃，1000r/min滿油門時(shí)出現(xiàn)明顯呼吸器口冒白煙現(xiàn)象，已不屬于用戶接受范圍，逐漸提升到標(biāo)定點(diǎn)，冒白氣持續(xù)存在且更明顯，回到怠速點(diǎn)出現(xiàn)輕微冒白煙情況，穩(wěn)定5分鐘左右現(xiàn)象消失。

2? 故障原因分析

2.1 綜述

柴油機(jī)正常工作期間，從呼吸器口排出的煙色應(yīng)為無色或者淡灰色[4]，出現(xiàn)大量白煙現(xiàn)象已明顯屬于故障范圍。柴油機(jī)作為一種復(fù)雜的動(dòng)力裝置，會(huì)引起呼吸器出氣口冒白煙的因素有很多，為了順利進(jìn)行故障起因分析，找出最終原因并制定方案解決問題，采取如圖1所示故障樹模式進(jìn)行逐一排查[5]。

2.2 原因分析

2.2.1 出氣含水量高分析

針對(duì)市場(chǎng)故障的某機(jī)型柴油機(jī)呼吸器出氣口冒白煙問題，在試驗(yàn)室進(jìn)行呼吸系統(tǒng)油氣分離試驗(yàn)[6]，采用絕對(duì)濾芯收集出氣顆粒，試驗(yàn)持續(xù)2h，完成后在100℃烘干機(jī)下烘干1h，得到具體數(shù)據(jù)如表1和圖2。

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)看：含水比例在1%～2.1%，占比小，可排除出氣含水量高這一因素對(duì)故障現(xiàn)象的影響。

2.2.2 出氣含燃油量高分析

選取油氣分離試驗(yàn)后表1中序號(hào)1、3和4號(hào)絕對(duì)濾芯，繼續(xù)烘干24h，得到結(jié)果如表2和圖3。

絕對(duì)濾芯烘干24h后不會(huì)再留有燃油成分[7]，現(xiàn)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)殘余比例在96.7%～97.7%，可得出：呼吸器口排出氣體中的燃油成分占比很小，氣體中基本為機(jī)油成分。

進(jìn)一步排查故障機(jī)噴油器角度與噴油泵供油提前角[8]，發(fā)現(xiàn)與設(shè)計(jì)值無差異，均無異常，結(jié)合油氣分離試驗(yàn)烘干結(jié)果，可排除出氣燃油量高這一因素對(duì)故障現(xiàn)象的影響。

2.2.3 出氣含機(jī)油量高分析

2.2.3.1 漏氣量分析

為進(jìn)一步驗(yàn)證柴油機(jī)漏氣量對(duì)呼吸器口冒白煙的影響[9]，在試驗(yàn)室進(jìn)行相同負(fù)荷下不同漏氣量與不同負(fù)荷相同漏氣量對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3。

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出：①相同負(fù)荷不同漏氣量下，均有冒白煙現(xiàn)象，可排除漏氣量大這一因素對(duì)故障現(xiàn)象的影響;②相同漏氣量下，冒白煙與負(fù)荷相關(guān)，負(fù)荷越低，呼吸器出氣口冒白煙現(xiàn)象越不明顯，低負(fù)荷下無冒白煙現(xiàn)象。

2.2.3.2 呼吸器分離效率分析

為驗(yàn)證呼吸器出氣口冒白煙現(xiàn)象是否為呼吸器分離效率低導(dǎo)致，采用上述試驗(yàn)中呼吸器口冒白煙嚴(yán)重的標(biāo)定點(diǎn)，同時(shí)將原迷宮式呼吸器更換為國六用纖維濾芯，從規(guī)格查出：迷宮式呼吸器可分離5μm～10μm顆粒，纖維濾芯可分離0.5μm～1μm顆粒[10]。試驗(yàn)結(jié)果如表4。

由試驗(yàn)結(jié)果可以得出：纖維濾芯可有效抑制呼吸器口冒白煙現(xiàn)象，出氣口白煙顆粒在0.5μm～1μm范圍內(nèi)。

2.2.3.3 機(jī)油溫度高分析

為驗(yàn)證是否為機(jī)油溫度過高引起的呼吸器口冒白煙，首先探究機(jī)油在何溫度下開始冒煙。利用試驗(yàn)室中的溫度箱進(jìn)行滴機(jī)油試驗(yàn)，如圖4所示，持續(xù)加溫，試驗(yàn)測(cè)得當(dāng)機(jī)油溫度超過180℃時(shí)，開始出現(xiàn)機(jī)油冒白煙現(xiàn)象。

查詢此機(jī)型前期試驗(yàn)過程中機(jī)油溫度和機(jī)油壓力穩(wěn)定，試驗(yàn)后拆檢查看摩擦副均無異常磨損，但都存在呼吸器口冒白煙現(xiàn)象，故可排除零部件摩擦副干磨導(dǎo)致機(jī)油溫度高。

根據(jù)缸蓋的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)推桿孔靠近排氣道，排氣溫度高，機(jī)油從推桿孔回油時(shí)可能導(dǎo)致機(jī)油冒白煙，故對(duì)前期試驗(yàn)缸蓋進(jìn)行解剖，發(fā)現(xiàn)靠排氣道推桿孔距離頂面80mm處有高溫變色和粘連現(xiàn)象，如圖5所示，根據(jù)解剖結(jié)果，在結(jié)焦處進(jìn)行推桿孔測(cè)溫試驗(yàn)，結(jié)果如表5。

試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)3缸靠排氣道推桿孔溫度超180℃，已達(dá)到機(jī)油冒煙點(diǎn)，針對(duì)此結(jié)果，在推桿孔中增加襯套結(jié)構(gòu)減少傳熱，試驗(yàn)結(jié)果如表6。

由兩輪試驗(yàn)結(jié)果可知，增加襯套可以明顯減小推桿孔溫度，但依舊存在冒白煙現(xiàn)象，說明此處高溫會(huì)造成機(jī)油冒白煙，但不是造成故障現(xiàn)象的主要原因。查詢此機(jī)型柴油機(jī)無活塞冷卻噴嘴結(jié)構(gòu)，前期試驗(yàn)拆檢后活塞底部均存在嚴(yán)重高溫變色現(xiàn)象，為探究活塞底部高溫是否會(huì)造成機(jī)油冒白煙，進(jìn)行模擬活塞冷卻噴嘴降低活塞溫度試驗(yàn)。通過加機(jī)油提升油底殼液位，加至曲拐沒入10mm，利用曲拐甩油來冷卻活塞底部，試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)同樣工況下，冒白煙現(xiàn)象基本消失，由此判斷，該機(jī)型柴油機(jī)呼吸器出氣口冒白煙故障現(xiàn)象主要為活塞底部高溫引起。

3? 改進(jìn)與驗(yàn)證

為解決該問題，在此機(jī)型基礎(chǔ)上改進(jìn)機(jī)油泵，加大流量，并且增加活塞冷卻噴嘴，臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證后，得出結(jié)果如表7，改進(jìn)前后臺(tái)架驗(yàn)證結(jié)果如圖6和圖7所示。

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及臺(tái)架驗(yàn)證結(jié)果得出：在同工況下，加活塞冷卻噴嘴，改進(jìn)機(jī)油泵后對(duì)呼吸器口冒白煙現(xiàn)象改善明顯;市場(chǎng)環(huán)境溫度下，冒白煙現(xiàn)象消失，增加冷卻噴嘴，改進(jìn)機(jī)油泵可解決此市場(chǎng)故障現(xiàn)象。

4? 結(jié)論

通過故障樹模式結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可以得出造成柴油機(jī)呼吸器出氣口冒白煙現(xiàn)象主要原因如下：①活塞底部溫度高，產(chǎn)生小粒徑分布油霧;②呼吸器分離效率低，無法過濾小粒徑的油霧。考慮到成本及解決故障根源問題，增加活塞冷卻噴嘴，改進(jìn)機(jī)油泵加大流量方案可更好的解決市場(chǎng)呼吸器口冒白煙問題。

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