新聞主題	柴油發電機的起動機空轉和難以起動的案例分析

 

摘要：柴油發電機組起動故障為最為常見的故障之一，電動起動所涉及的部件較多。常見故障有打開起動開關，起動機運轉時會有受控的敲擊聲，不能帶動柴油發電機運轉；起動開關打開時，起動機只轉動空，小齒輪無法咬合飛輪齒圈帶動柴油發電機轉動；起動機轉動緩慢、無力，使柴油發電機難以驅動；當起動開關打開時，起動機只發出咔嗒聲，不會起動。康明斯公司提醒工作人員應遵守在維修時要堅持更換為輔、修理為主的核心原則。

 

一、柴油機起動原理和方式

 

1、起動原理

      柴油發動機借助于外力由靜止狀態轉入工作狀態的全過程稱為柴油機的起動過程。完成起動過程所需要的一系列裝置稱為起動系統或起動裝置。它的作用是提供起動能量，驅使曲軸旋轉，可靠地實現柴油機起動。柴油機起動系統的工作性能主要是指能否迅速、方便、可靠地起動；低溫條件下能否順利起動；起動后能否很快過渡到正常運轉；起動磨損占柴油機總磨損量的比例以及起動所消耗的功率等。這些性能對柴油機工作的可靠性、使用方便性、耐久性和燃料經濟性等有很大影響。在起動系統中，動力驅動裝置用于克服柴油機的起動阻力，起動輔助裝置是為了使柴油機起動輕便、迅速和可靠。

      柴油機起動時，起動動力裝置所產生的起動力矩必須能克服起動阻力矩（包括各運動件的摩擦力矩、驅動附件所需力矩和壓縮氣缸內氣體的阻力矩等）。起動阻力矩主要與柴油機結構尺寸、溫度狀態及潤滑油的黏度等有關。柴油機的氣缸工作容積大、壓縮比高時，阻力矩大；機油黏度大，阻力矩也大。為保證柴油機順利起動的最低轉速稱為起動轉速。起動時，起動動力裝置還必須將曲軸加速到起動轉速。起動轉速的大小隨柴油機型式的不同而不同。對于柴油發動機，為了保證柴油霧化良好和壓縮終了時的空氣溫度高于柴油的自燃溫度，要求有較高的起動轉速，一般為150～300r/min。

2、起動方式

      柴油發電機組的起動方法通常有以下四種。

（1）人力啟動

      小功率柴油機廣泛采用人力起動，這是最簡單的起動方法。常用的人力起動裝置有拉繩起動和手搖起動。

      小型移動式柴油機（1～3kW）廣泛采用拉繩起動。起動繩輪裝在飛輪端，或在飛輪上設有繩索槽，繩輪的邊緣開有斜口。起動時，將繩索的一頭打成結勾在繩輪邊緣的斜口上，并在繩輪上按曲軸工作時的旋轉方向繞2～3圈，拉動后，繩索自動脫離起動繩輪。

      手搖起動一般用于3～12kW的小型柴油發動機。手搖起動裝置利用手搖把直接轉動曲軸，使柴油機起動。這種方法比較可靠，但勞動強度大，且操作不便。手搖起動的小型柴油發動機通常設有減壓機構，以減小開始搖轉曲軸時的阻力，減壓可以用頂起進氣門、排氣門或在氣缸頂上設一個減壓閥的方法來達到。功率大于12kW的柴油發動機，難以用手搖起動的方法起動，所以也沒有手搖裝置。

（2）電動機啟動

      直流電動機起動廣泛應用于各種車用發動機和中小功率的柴油發電機組。這種起動方法是用鉛酸蓄電池供給直流電源，由專用的直流起動電動機拖動柴油機曲軸旋轉，將柴油機發動。這種起動系統具有結構緊湊、操作方便，并可遠距離操作等優點。其主要缺點是起動時要求供給的起動電流較大（一般為200A以上），鉛酸蓄電池容量受限，使用壽命較短，重量大，耐振性差，環境溫度低時放電能力會急劇下降，致使電動機輸出功率減小等。GB/T 1147.2-2017《中小功率內燃機第2部分：試驗方法》中規定，起動電機每次連續工作時間不應超過10s，每次起動的間隔時間不少于2min，否則有可能將直流起動電機燒壞。

（3）壓縮空氣啟動

      缸徑超過150mm的大、中型柴油機常用壓縮空氣起動。目前主要采用將高壓空氣經起動控制閥通向凸輪軸控制的空氣分配器，再由空氣分配器按柴油機工作順序，在做功沖程中將高壓空氣供給到各缸的起動閥，使起動閥開啟，壓縮空氣流入氣缸，推動活塞、轉動曲軸達到一定轉速后，停止供氣，操縱噴油泵供油，柴油機就被起動。貯氣瓶輸出空氣壓力對低速柴油機為2～3MPa，對高速柴油機為2.5～10MPa。此起動方法的優點是起動力矩大，可在低溫下保證迅速、順利地起動柴油機，缺點是結構復雜、成本高。康明斯KTA-2300C型柴油機采用另一種壓縮空氣起動方法，它利用高壓空氣驅動葉片轉子式電機，通過慣性傳動裝置帶動柴油機飛輪旋轉。

（4）用小型汽油機啟動

      某些經常在野外、嚴寒等困難條件下工作的大、中型工程機械及拖拉機柴油機，有時采用專門設計的小型汽油機作為起動機。先用人力起動汽油機，再用汽油機通過傳動機構起動柴油機。起動機的冷卻系統與主機相通，起動機發動后，可對主機冷卻水進行預熱；起動機的排氣管接到主機進氣管中，可對主機進氣進行預熱。此法可保證柴油機在較低環境溫度下可靠地起動，且起動的時間和次數不受限制，有足夠的起動功率，適用于條件惡劣的環境下工作。但其傳動機構較復雜，操作不方便，柴油機總重及體積也增大，機動性差。

      對于不同類型的柴油機，GB/T 1147.1-2017《中小功率內燃機第1部分：通用技術條件》中規定，不采取特殊措施，柴油機能順利起動的最低溫度為：電起動及壓縮空氣起動的應急發電機組及固定用柴油機不低于0℃；人力起動的柴油機不低于5℃。

3、起動系統組成和過程

      柴油機的起動系統主要由起動電機、蓄電池、充電發電機、調節器、照明設備、各種儀表和信號裝置等組成。其中，起動機的結構組成包括電動機、齒輪傳動機構、電磁鐵、開關和電線等，如圖1所示。

      工作流程如圖2所示。當電鑰匙（電鎖）JK撥向“右”位并按下起動按鈕KC時，起動電機D的電磁鐵線圈接通，電磁開關吸合，蓄電池B1的正極通過起動電機D的定子和轉子繞組與蓄電池B2的負極構成回路。在電磁開關吸合時，起動電機的齒輪即被推出與柴油機起動齒圈嚙合，帶動曲軸旋轉而使柴油機起動。柴油機起動后，應立即將電鑰匙撥向“左”位，切斷起動控制回路的電源，與此同時，硅整流充電發電機L的正極通過電流表A，一路通過電鑰匙JK和硅整流發電機的調節器P，經硅整流發電機L的磁場回到硅整流發電機L的負極；另一路經蓄電池B1的正極，再通過蓄電池B2和起動電機的負極，回到硅整流充電發電機L的負極，構成充電回路。當柴油機轉速達到1000r/min以上時，硅整流充電發電機L與調節器P配合工作開始向蓄電池B1和B2充電，并由電流表A顯示出充電電流的大小。柴油機停車后，由于硅整流發電機調節器內無截流裝置，應將電鑰匙撥到中間位置，這樣能切斷蓄電池與硅整流發電機勵磁繞組的回路，防止蓄電池的電流倒流至硅整流發電機的勵磁繞組。

 

圖1  柴油機起動機結構示意圖

圖2  柴油發電機啟動系統起動過程

 

二、起動機空轉故障案例

1、故障現象：

      康明斯柴油發電機起動時，起動機空轉。

2、故障分析：

      柴油發電機起動時，聽到磁力開關有吸合的動作響聲和起動機空轉的聲音，但柴油發電機不轉動。這可能是起動機驅動齒輪與飛輪齒圈沒有嚙合或者是由于起動機單向接合器打滑，不能把轉矩傳給柴油發電機飛輪，致使柴油發電機無法起動。

3、故障原因：

（1）起動機甩輪與柴油發電機飛輪的牙齒損壞或發生頂齒；

（2）起動機的電磁開關閉合過早；

（3）電磁開關吸力不足；

（4）起動機內撥權損壞；

（5）單向結合器打滑。

4、故障排除方法：

（1）用螺絲刀調整電磁開關左下端的調節螺釘，使齒輪與齒圈距離接近且容易嚙合，反復調整幾次后，按壓起動按鈕，故障不能排除；

（2）盤動飛輪，改變飛輪與甩輪之間的嚙合位置，如圖3所示。然后再次起動，起動機還是空轉；

（3）拆下起動機，對起動機內部進行檢查，發現起動機內撥杈的一側損壞，經焊接、裝配后，重新起動柴油發電機，起動機工作正常，故障即被排除。

（4）斷開接地開關，再合上，再起動柴油發電機。如果起動機還是不能轉動，則用萬用表電阻擋，測試接地開關。根據起動系統電路圖逐步測試（如圖4所示），發現接地開關接觸不良。修理后，柴油發電機可以正常起動，故障即被排除。

 

圖3  柴油機曲軸飛輪組嚙齒位置

圖4  柴油機起動系統的線路連接圖

 

三、起動困難故障案例

1、故障現象：

      柴油發電機難以起動，且起動后排氣管排出大量的黑煙。

2、故障分析：

      柴油發電機難以起動，且起動后排氣管排出大量黑煙，是柴油噴入燃燒室后柴油不能完全燃燒所致。

3、故障原因：

（1）噴油器噴入燃燒室內的柴油燃燒時，產生的壓力太小或氣門密封不良；

（2）噴油嘴偶件工作不良；

（3）空氣濾清器或進氣管部分堵塞；

（4）高壓油泵噴油正時過早；

（5）高壓油泵各分泵供油量過大；

（6）空氣溫度太低。

4、故障排除方法：

      這類故障的排除應從燃油系統的組件查起：

（1）對低壓油路進行檢查，沒發現有漏油等現象：

（2）卸掉高壓油泵側蓋板，然后用一平口螺絲刀撬動油泵各分泵柱塞，使6個缸的高壓油管內充滿燃油；

（3）接通接地開關，打開電鎖，按壓起動按鈕，10s內沒有起動的跡象，重復4次后，柴油發電機被起動，但排氣管排出大量的黑煙，運轉3min后，黑煙繼續從排氣管排出，用手觸摸第一、第二兩汽缸的排氣管溫度，發現溫度較高，在觸摸三汽缸時，發現排氣管溫度較低，觸摸第四汽缸、第五汽缸、第六汽缸時，發現排氣管溫度更低，這說明在柴油發電機以800r/mm運轉時，第四、五、六汽缸不工作，第三汽缸工作異常；

（4）停機后，取出三、四、五、六汽缸的噴油器，然后接在三、四、五、六缸的高壓油管上，起動柴油發電機，對其4個汽缸的噴油嘴進行噴油試驗，在檢查中發現四、五、六汽缸噴油器的噴嘴向外竄油，第三汽缸滴油，這說明柴油發電機難以起動是由于三、四、五、六汽缸內的噴油嘴噴油不霧化所造成；

（5）對4個汽缸的噴油嘴偶件進行更換、調整和裝配后，重新起動柴油發電機，機器工作正常，起動困難和排黑煙現象消失，故障即被排除。

 

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