故障檢查與技術(shù)維護

柴油發(fā)電機組積碳和水垢的正確清理方式

 

摘要：冷卻水維護和處理不好會形成水垢，若不及時清除會造成發(fā)動機高溫、零部件損壞、油耗增加，功率降低。而柴油發(fā)電機使用一段時間后，氣缸蓋、活塞頂、活塞環(huán)槽、氣門頭部、進排氣歧管等零件表面會牢固地附著一層積炭。積炭減少了燃燒室的容積，并在燃燒過程中形成許多熾熱點，易發(fā)生早燃現(xiàn)象，破壞柴油發(fā)電機的正常工作。此外，積炭還會黏結(jié)在活塞頂形成新的磨料，加速機件磨損。康明斯公司在本文闡述了水垢和積碳的形成原因，并通過探索與實踐總結(jié)出水垢和積碳的預防和幾種清洗方法。

 

一、水垢的形成和清除方法

 

      發(fā)動機水箱生銹、結(jié)垢是容易的問題。銹跡和水垢會限制冷卻液在冷卻系統(tǒng)中的流動，降低散熱作用，導致發(fā)動機過熱，甚至造成發(fā)動機損壞（危害如圖1所示）。因此日常保養(yǎng)中，要根據(jù)具體情況選擇合適配比的冷卻液。而且添加冷卻液時，達到最大值和最小值之間即可。

1、水垢的形成和影響

      冷卻系水垢的形成原因有兩種：物理變化和化學變化。物理變化主要是指隨著發(fā)動機的溫度升高，硬水中的大量礦物質(zhì)諸如硫酸鈣之類呈過飽和狀態(tài)析出，粘附在冷卻系內(nèi)壁上而形成水垢；化學變化主要是指硬水中某些礦物鹽和雜質(zhì)隨溫度的升高而發(fā)生化學反應，形成難溶解物質(zhì)而沉積于冷卻系內(nèi)壁上。

 （1）水源的硬度對水垢的形成有著重要的影響。

      水垢形成過程如圖2所示。硬水是指含有大量鈣、鎂離子的水質(zhì)，而軟水則相對鈣、鎂離子含量較低。在水源硬度較高的情況下，水中的碳酸氫根、硫酸根等陰離子與鈣、鎂等金屬離子結(jié)合生成的鹽類物質(zhì)更多，因此容易形成水垢。

（2）水溫對水垢的形成也有一定的影響。

      一般來說，水溫升高會加速水垢的形成。這是因為高溫下水中的溶解度較低，導致金屬離子和陰離子結(jié)合生成的鹽類物質(zhì)更容易沉淀下來，從而形成水垢。水溫對水垢附著速度的影響曲線如圖3所示。

（3）水流速度也是影響水垢形成的因素之一。

      水流速度較慢時，水中的溶解物質(zhì)容易積累和沉淀，進而形成水垢。 流速對水垢附著速度的關(guān)系曲線如圖4所示。

（4）水中鹽類離子的濃度也會影響水垢的形成。

      當水中含有大量的鈣、鎂離子等金屬離子以及碳酸氫根、硫酸根等陰離子時，反應生成的鹽類物質(zhì)更多，水垢的形成也會更明顯。

 

圖1  柴油機散熱器水垢的危害	圖2  柴油機水垢的形成過程
圖3  水溫對水垢附著速度的影響曲線圖	圖4  流速對水垢附著速度的關(guān)系曲線圖

 

2、水垢的清洗方法

      對使用中的發(fā)動機，清洗水垢前先拆去節(jié)溫器，將水從正常水循環(huán)相反的方向壓入（即從出水管壓人）冷卻系，直到放出的水清潔為止。此方法極為簡單，但很難把水垢清洗干凈。

（1）用化學反應來予以消除。

① 蘇打（Na?CO?）和水玻璃（Na?SiO?）混合清洗法。

      按每升水中加入40g蘇打和10g水玻璃配好清洗液，然后灌入冷卻系，發(fā)動機運轉(zhuǎn)到出水溫60℃以上，兩小時后停車，放出清洗液。待發(fā)動機冷卻后用清潔水清洗兩次，排凈后再灌人冷卻水，發(fā)動機運轉(zhuǎn)使出水溫度達到75℃以上，停車放掉污水，最后灌入新的冷卻水使用即可。

② 磷酸三鈉清洗法。

      先拆下節(jié)溫器，向水箱加入事先配好的磷酸三鈉溶液（按每升冷卻水加10%的磷酸三鈉溶液50~80ml比例）,然后啟動發(fā)動機，運轉(zhuǎn)十幾分鐘后停機不用；經(jīng)過一晚上后放掉冷卻液；再加同樣用量的磷酸三鈉溶液（做法同前）,如此重復幾次，最后將冷卻系溶液放出，并用清水沖洗兩次，水垢即可消除。

      以上生成物中鈉鹽易溶于水，磷酸鈣疏松易沖洗掉，磷酸鎂則象泥渣一般極易沖擊。這種方法對缸體不會有腐蝕，因此適用于一切發(fā)動機，且清洗效果較理想。

（2）磷酸清洗法。

      在每升水中加入100g磷酸和50g鉻酐，攪拌后注入水箱中，浸泡1h后啟動發(fā)動機，運轉(zhuǎn)20min,放凈清洗液并用清水沖洗幾次即可。

（3）硅酸鈉清洗法。

      按每升水加15g硅酸鈉（俗稱水玻璃）和洗衣粉2g的比例配好溶液，然后將它加入冷卻系，使發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)1h左右，最后放凈清洗液并用清水沖洗幾次即可。

（4）鹽酸清洗法。

      取下節(jié)溫器，將冷卻水配成5%-8%的鹽酸溶液，再加入3g/L-4g/L的緩蝕劑（烏洛托平）,加熱至60℃后加人冷卻系，然后啟動發(fā)動機，怠速運轉(zhuǎn)1h左右，放出清洗液后用清水沖洗3-4次即可。

（5）氫氧化鈉清洗法。

      清除時間可按10L水加750g燒堿、150g煤油的比例配制清洗液，注入水箱并讓發(fā)動機運轉(zhuǎn)8-10h后放凈，另加清水運轉(zhuǎn)20min,一般情況下水垢便可除去。

（6）鹽酸和氫氧化鈉交替清洗法。

     先用8%的鹽酸與水攪拌均勻后加入水箱，啟動發(fā)動機、溫度保持在70℃,運轉(zhuǎn)40min后放出清洗物；關(guān)閉水閥，加入8%的苛性鈉溶液，重新啟動發(fā)動機、運轉(zhuǎn)40min后放出全部清洗物；最后用清水進行沖洗，直至放出的水變清后再將汽缸水套擋板拆下，清除沉淀的污垢。

（7）碳酸鈉清洗法。

      按10L水中加入純堿1kg、煤油0.5kg的比例配好溶液，加入冷卻系中浸泡10h左右，使發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)0.5h,直至溶液沸騰時放出，最后用清水沖洗3-4次即可。

（8）用除垢劑清洗。

      根據(jù)不同機型加入一定數(shù)量的除垢劑，啟動發(fā)動機運轉(zhuǎn)8h后將溶液放出；再用清水反復沖洗，至冷卻水手感不滑為止，最后換上新水。

 3、預防產(chǎn)生水垢的方法

（1）硬水燒開以后其中的礦物質(zhì)會沉積下來，取上面的清潔水用作冷卻水加注到冷卻系統(tǒng)中，就可以減少水垢的形成數(shù)量。此方法簡單，但不能使水徹底軟化。

（2）將一些小塊磁鐵放進發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)內(nèi)，磁鐵產(chǎn)生的磁場對冷卻水有磁化作用，磁化水能減少水垢的形成，并且能使原有的水垢逐漸消失。

（3）使用碳酸氫鈉（小蘇打）或氫氧化鈉（燒堿）,按每升硬水加0.5-1.5g碳酸氫鈉或每升水加0.6--0.7g碳酸氫鈉的比例添加軟化劑。

（4）在冷卻液中經(jīng)常加注重防銹水，既能起到防止水的腐蝕，也能減少水垢的產(chǎn)生。如康明斯發(fā)動機規(guī)定使用DCA65L防銹水（如圖6所示）或者預混型冷卻液，能起到防止穴蝕、銹蝕、水垢及防凍作用。

 

圖5  清除水垢如同給柴油機洗澡

圖6  DCA65L康明斯原廠防銹劑（1.89L）

 

二、積碳形成和清除方法

 

      積炭是燃料和機油在高溫富氧條件下形成的產(chǎn)物。柴油發(fā)電機工作時，燃油和竄人燃燒室中的機油，以及未燃燒成分在氧和高溫的作用下，形成樹脂狀膠質(zhì)黏附在零件表面，又經(jīng)過高溫的作用，進一步縮聚成瀝青質(zhì)、油焦質(zhì)和炭青質(zhì)的復雜混合物，即積炭。積炭的清除通常用機械方法或化學方法，二者也可并用。

1、積碳危害  

（1）汽缸蓋的燃燒室內(nèi)有了積碳、會降低發(fā)動機的冷卻效果。因為、積碳的導熱性能極差，其導熱系數(shù)只有鑄鐵或鋼的1/50,這樣會引起發(fā)動機過熱，使發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性明顯降低。

（2）活塞頂部積碳會形成許多熾熱面，引起早燃、爆燃、爆震和敲擊，使活塞產(chǎn)生異常磨損，縮短發(fā)動機的使用壽命。

（3）氣門及其座圈工作面上聚有積碳，會引起氣門關(guān)閉不嚴而漏氣，出現(xiàn)發(fā)動機難啟動、工作無力以及氣門易燒蝕等不良現(xiàn)象。

（4）氣門導管和氣門桿部的積碳將加速氣門桿與氣門導管的磨損.引起氣門桿在氣門導管內(nèi)運動發(fā)澀、甚至卡死。

（5）活塞環(huán)槽內(nèi)積碳會使活塞環(huán)邊隙、背隙變小，甚至無間隙，極易造成活塞環(huán)膠結(jié)失去彈性、汽缸密封不嚴，甚至折斷活塞環(huán)而拉缸。

（6）噴油嘴聚有積碳，極易卡死噴油嘴，造成發(fā)動機缺缸或突然熄火；預燃室起動噴孔聚有積碳，將堵塞噴孔，使發(fā)動機啟動困難。

（7）排氣管消聲器內(nèi)壁積碳嚴重時，排氣阻力增加，排氣不凈，造成發(fā)動機溫度上升，功率下降。

2、清除方法

（1）機械法

      積炭根據(jù)零件的形狀和部位，利用專用的優(yōu)質(zhì)鋼絲輪刷裝在手電鉆上對積炭零件進行刷洗，并帶上護目鏡。如圖8所示。不要使用劣質(zhì)的鋼絲輪刷，因為在操作中鋼絲會從鋼絲輪刷上掉落，造成額外的污染。

（2）化學法

      積炭利用化學溶劑與積炭發(fā)生化學和物理作用，使積炭層結(jié)構(gòu)逐漸松弛變軟，軟化的積炭后使用細纖維研磨墊，如 Scotch-Brite™ 7448（零件號 3823258）去除積碳，步驟如圖9所示。清洗用的化學溶液與除油所用的堿溶液作用原理基本相同。

① 積碳必須清除掉，但不必使表面看上去光潔如新。

② 不要用砂布或砂紙去除氣缸套上的積碳，砂布或砂紙中的氧化鋁或硅顆粒會造成嚴重的發(fā)動機損壞。

③ 不要在活塞環(huán)行程區(qū)域使用任何研磨劑，否則會損壞缸套。

（3）浸泡法

      把活塞浸在裝有對球墨鑄鐵適用的清洗溶劑的容器中至少30分鐘。用熱肥皂水和非金屬刷子清除積碳。此外，可使用零件號為3822735的胡桃殼或塑料噴丸對活塞環(huán)槽和活塞頂進行噴丸處理。用最小的有效壓力，并且不要長時間集中噴射一個區(qū)域。塑料噴丸的推薦工作壓力是276 kPa [40 psi]。

注意：不要使用金屬刷，鋼刷會損壞活塞環(huán)槽；不要用玻璃噴丸清潔活塞環(huán)槽。如圖10所示。

（4）燃油添加劑

      很多人說燃油添加劑沒有效果，也有說用的還可以，這個也都對，因為每臺柴油發(fā)電機組的積碳程度不同，所以得到的反響也肯定不一樣，最主要的是燃油添加劑便宜，10幾塊就可以買的到，自家加進去就行，也不存在工時費。

（5）拆洗法

      人工拆洗是完全拆下來清洗，也是洗的最干凈的，當然也是最費時間和精力的，那么價格肯定也是最貴的，但是完全拆洗有個毛病就是裝的時候比較麻煩，因為發(fā)動機的各螺絲、螺母的扭矩都是規(guī)定好的，拆完再裝肯定是有差距的，所以后期對發(fā)動機也是有影響的。

（6）氫氧除碳機清洗

      該設(shè)備一般在大型康明斯柴油機修理廠才會有，除了燃油添加劑的方法就是氫氧除碳機清洗最方便了，效果沒有清泡和完全拆除那么徹底，但是要比以上浸泡法和添加劑方法好很多。

 

圖7  積碳清理措施	圖8  柴油機氣缸積碳清理方法（鋼絲輪刷）
圖9  氣缸套積碳清潔方法（研磨）	圖10  活塞積碳錯誤清除方法

 

總結(jié)：

      除了上述方法外，應該還要留意一些注意事項。例如給發(fā)動機除垢時應注意所選的溶液一定要適合水垢的性質(zhì)，且不會對缸體產(chǎn)生腐蝕。因此鋁合金缸體、缸蓋不能采用鹽酸、碳酸鈉、氫氧化鈉清洗法，以免其表面遭受腐蝕。水套和散熱器水垢的清洗最好分開進行，以免缸體水套內(nèi)的鐵銹或水垢堵塞散熱器水管、芯子。此外，除非積碳非常嚴重，用其它方式解決不了，就不得不采用拆解發(fā)動機的方法來解決，一般謹慎選擇拆機來清理積碳。總而言之，只要對水垢和積碳有一個正確的認識，采用正確的清理方法，就不至于被別人誤導，甚至被套路，花一些不必要的冤枉錢。

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