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柴油發電機常見故障現象與判斷原則 |
摘要：分析與判斷柴油機故障的一般原則是結合構造、聯系原理，弄清現象、聯系實際，從簡到繁、由表及里，按系分段、推理檢查。此外，為了迅速準確地排除柴油機故障，在沒有弄清楚故障原因之前，不要隨意拆解柴油機。本文結合柴油機技術理論知識和康明斯公司實際經驗，對柴油機工作中出現的各種故障現象進行深入細致地分析，提出了正確的解決辦法，為客戶使用與維修工作業提供參考。
一、故障常見現象
故障現象是一定的故障原因在一定工作條件下的表現。當柴油機發生故障時，往往都表現出一種或幾種特有的故障現象。不同的工作條件，故障現象會有所不同。這些故障現象一般都具有可聽、可嗅、可見、可摸或可測量的性質。概括起來不外乎以下幾點。
1、工作異常
柴油發動機運行如圖1所示。如發電機組不易啟動、帶不動負荷（即加負荷后減速或停機）、轉速和頻率不正常、燃油或機油耗量過大、電壓忽高忽低或電壓消失以及發電機組振動劇烈等。
2、聲音異常
（1）金屬敲擊聲：這種聲音可能是由于軸承磨損、齒輪嚙合不良或緊固件松動等原因引起的。這些故障會導致柴油發電機在運行時產生異常的金屬敲擊聲。
（2）嗡嗡聲：嗡嗡聲可能是由于電機的轉子與定子之間的氣隙不均勻，或者是由于軸承損壞、軸承座松動等原因造成的。
（3）轟鳴聲：轟鳴聲通常是由于進排氣系統堵塞、渦輪增壓器故障或柴油機燃燒不良等原因引起的。
（4） 尖銳的嘯叫聲：這種聲音可能是由于柴油發電機的高速旋轉部件（如風扇、皮帶等）松動或損壞造成的。
3、溫度異常
柴油機的工作溫度通常保持在65℃至95℃之間。這個溫度范圍確保柴油機在最佳工作狀態下運行，不同型號和工作條件的柴油機可能會有不同的最佳工作溫度，但65℃至95℃被視為一個常見的標準范圍。如果柴油機的溫度超過這個范圍，可能表明發動機的工作狀況不正常，需要進行檢查和調整溫度異常主要指機油溫度過高、冷卻水溫過高、軸承過熱和各排氣歧管溫差過大等。
4、外觀異常
目測柴油發電機外表檢查異常現象（如圖2所示），主要是指排煙異常（白煙、藍煙、黑煙）、“三漏”（漏油、漏水、漏氣）現象以及漏電（有閃爍的火花）等。
5、氣味異常
如臭味、焦味、排氣帶柴油或機油燃燒不完全的煙味等，可通過氣味來判斷和識別柴油機某些部位的異常。
以上是柴油發電機產生故障常見的幾種異常現象，它們往往互相聯系，有時一種故障可能產生幾種故障現象，也有可能一種故障現象是由幾個故障同時導致的。因此，在情況允許的情況下，應該運用各種手段，盡可能從各方面去弄清故障現象，以便及時而準確地判斷故障產生的原因。
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圖1 柴油機工作異常運行圖 |
圖2 柴油機外觀異常檢查 |
二、判斷故障的方法
分析故障時應盡可能減少拆卸。盲目地亂拆卸，或者由于思路混亂與僥幸心理而輕易拆卸，不僅會拖長故障排除的時間，延誤使用，而且有可能造成不應有的損壞或引起新的故障。拆卸只能作為在經過周密分析后而采用的最后手段。 一般，通過全面檢查和認真分析，初步明確了產生故障的可能原因后，先從故障產生原因的主要方面出發，逐步縮小故障范圍（或部位），以便迅速而準確地排除故障。因此，這一步是排除故障全過程的關鍵。廣大使用和維修人員在長期實踐中，積累和創造了很多行之有效、簡單實用的判斷、排除故障的方法。現將一些主要方法介紹如下。
1、隔斷法
故障分析過程中，常需斷續地停止或隔斷某部分或某系統的工作，從而觀察故障現象的變化，或使故障現象表露得更明顯些，以便于判斷故障的部位或機件。分析柴油柴油機故障時，常用的停缸法就是隔斷法的一種（如圖3所示），即依次使多缸機的某一缸停止供油，以便對該缸進行檢查，或根據故障現象的變化，分辨故障是局部性的還是普遍性的。例如發現排氣斷續冒煙，在停止某缸工作后，故障現象消失，則表明故障部位在該缸，應進一步分析查找該缸產生此故障的原因；若分別將各缸斷缸后，故障現象并無明顯變化，則表明此故障不是個別缸的故障，應查找對各缸工作都有影響的原因。在分析電氣設備故障時，有時候也可采用隔斷法，將某部分從電路中暫時隔除，以判斷故障部位。
2、比較法
分析故障時，如對某一零部件有懷疑，可采用將該零部件用備件替換或與相同件對換的比較法。根據故障現象的變化，來判斷該零部件是否發生故障，或者判明故障發生的部位。
例如：當懷疑第二缸的噴油器發生故障時，用一只調校好的噴油器替換工作，如果故障消除，則表明原來裝在第二缸上的噴油器有故障；如果故障現象不隨之消失，則表明故障是由其他原因引起的。在電氣線路中，若懷疑某元件（如電阻、電容等）有問題，可用一個好的元件替換接于電路中，若故障消除，說明懷疑是正確的。
3、驗證法
對柴油機的某些故障部位或部件，采用試探性地拆卸、調整等措施來觀察故障現象的變化，從而驗證故障分析的結論是否符合實際，或者作為彌補由于經驗不足，不能肯定故障所在而經常采用的方法。當幾種不同原因造成的異常現象同時出現，或者故障原因與調整不當有關時，往往不易分辨故障的原因。在這種情況下，采用驗證法也可以收到較好的效果。例如懷疑氣缸套磨損嚴重，是某缸壓縮不良導致的，可向該缸灌少許機油（約4～5g），若壓縮力提高了，則說明懷疑屬實。又例如柴油機冒黑煙，懷疑供油量太大，也可將供油量進行試探性調小，以驗證懷疑是否屬實。采用試探性措施時，應遵守“少拆卸”的原則，更應避免隨便將總成分解。不論是試探性地拆卸還是調整，應在有把握恢復正常狀態，并確認不致因此而產生不良后果的情況下才能進行。另外，還應避免同時進行幾個部件或同一部位的幾項試探性地拆卸和調整，以防互相影響，引起錯覺。
4、儀器法
故障診斷儀俗稱解碼器，是維修柴油機電子控制裝置必備的檢測設備，是維修人員只要能夠按照插頭對應插入，在點火開關打開后一步一步進入要去做的就是根據診斷儀的提示操作按鍵，以了解柴油機的工作狀況并查找柴油機病因。
實物外觀如圖4所示。其主要功能包括基本檢測功能和特殊測試功能兩個部分，基本測試功能包括讀取故障碼和清楚故障碼。特殊功能包括動態數據流測試，執行器測試，功能設置，快速學習自適應數據記錄和動態波形顯示等。讀取故障碼可以將存儲在車用電腦中的故障碼和含義顯示在診斷儀屏幕上，便于閱讀；清楚故障碼就是通過簡單的操作即可清楚存儲在車用電腦中的故障碼；數據量測試利用診斷儀可對傳感器和執行器的動態參數進行實時監測。
5、感官分析法
感官分析法用于檢測排放氣體的臭味濃度，即用鼻子檢測排放氣體的臭味，用眼睛檢測氣體的刺激性：這種方法偏差很大，但如果全體參與人員一致認同，那么結果就是可靠的，而且和其他的測試技術具有相關性：它有兩種分析法：一種是直接分析法，氣體來自排氣管道；另一種是間接分析法.氣體來自樣本袋。氣體的溫度和氣流速度影響著分析結果，它們由排氣后壓控制。臭味濃度分為無、輕、中、強、很強5個等級。
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圖3 柴油機停缸法 |
圖4 電控柴油機故障診斷儀 |
三、故障診斷實例演示
1、通過進氣歧管和排氣歧管判斷故障
如果懷疑柴油機某氣缸工作失常，不要急于拆卸氣缸蓋和分解柴油機，可以采取以下措施。如果能將幾項措施結合起來運用，診斷效果會更好。
（1） 檢查各排氣歧管的溫度差
如果柴油機工作粗暴，而且運轉聲音不均勻，說明各氣缸的燃燒狀況不一致，原因之一是各氣缸的噴油量不相等。此時可以用手觸摸各缸的排氣歧管（最好使用紅外線測溫儀，結構如圖5所示），如果某歧管的溫度特別高，說明對應氣缸的噴油量過大；如果某歧管的溫度明顯偏低，說明對應氣缸的噴油量偏小，應當對噴油器進行檢查和調整。
（2）在歧管處聽診異響
如果在柴油機的上部出現疑似氣門撞擊活塞的聲音，排氣管間斷地冒煙，甚至曲軸箱的加機油口往外竄氣，懷疑氣門座圈松動時，可以在進氣歧管口和排氣歧管口處進行聽診（如圖6所示），如果存在“啪啪”的異常響聲，同時在柴油機運轉不久時用手觸摸進氣歧管，某氣缸進氣歧管的溫度比其他進氣歧管高，說明進氣門座圈松動，由于氣缸內的高溫氣體經過進氣門座圈、進氣歧管口反向沖入進氣道，所以出現異常響聲；如果某排氣歧管的溫度比其他排氣歧管低，說明對應氣缸的排氣門座圈可能松動。
（3）拆開進氣歧管和排氣歧管觀察
① 如果柴油機的機油消耗量過大，一時無法判斷機油是“上竄”還是“下吸”進入氣缸，可以拆下進氣歧管，檢查氣缸蓋的進氣道，如果其內壁上粘有較多的機油，說明機油從氣門桿與氣門導管之間的間隙吸入氣缸（稱為“下吸”），并且參與了燃燒；如果進氣道內壁沒有機油的痕跡，說明機油通過其他途徑損耗了，需要做進一步的檢查。
② 在柴油機加速運轉時，如果偶爾發出尖脆的“當當”異常響聲，大多數是個別噴油器滴油（即霧化不良），一般不是活塞異響。為了加以驗證，可以拆卸排氣歧管，如果發現某缸的排氣歧管內潮濕，說明該氣缸的噴油器霧化不良。
（4）采用“逐缸斷氣法”進行排查
如果散熱器內發出“喘氣”的聲音，可以拆卸進氣歧管，然后運用“逐缸斷氣”的方法查找故障原因。一臺康明斯型柴油機，工作時散熱器內發出明顯的“喘氣”聲（加速時更加明顯），類似于“開鍋”現象，而此時冷卻液的溫度只有70℃。檢查節溫器和冷卻液泵，都沒有發現異常現象，懷疑氣缸套破裂。于是拆開進氣歧管，讓發動機怠速運轉，找來一整塊棉紗，并用水將棉紗濕潤（做到不滴水），然后逐個塞住各缸的進氣口（即“逐缸斷氣），同時讓另外一個人觀察散熱器加液口內冷卻液液面的波動情況，當捂住第3缸的進氣口時，散熱器內冷卻液的液面明顯下降，說明問題出在第3缸。然后拆卸氣缸蓋和氣缸墊，用拉具取出第3缸的氣缸套，發現氣缸套上部有1條難以察覺的橫向裂紋。更換第3缸氣缸套后，散熱器內“喘氣”的現象不再存在。
2、通過燃油系統回油管判斷故障
如果想了解柴油機燃油系統的燃油壓力是否正常，在缺乏燃油壓力表或者燃油壓力表接入油路有困難的情況下，可以采取以下方法間接地進行判斷：脫開回油管，然后起動柴油機，并觀察回油的情況。如果回油比較急，說明燃油壓力基本正常；如果回油軟弱或者沒有回油，說明燃油壓力不足，需要檢查、修理燃油泵。也可以將各噴油器的回油管分別引導到量杯中，然后起動柴油機，再測量各缸噴油器的回油量，如果某缸的回油量明顯偏多或偏少，說明該噴油器失常。
如果發現燃油系統的回油量過大，也不可置之不理。一旦回油量過大，通過噴油器噴孔的油量必然減少，使噴油壓力降低，噴油時間推遲，甚至造成柴油機熄火。引起回油量過大的原因，除了噴油器針閥與針閥體磨損嚴重外，還要檢查噴油器體下端面和針閥體上端面是否光滑或者是否有損傷，必要時進行研磨，或者更換噴油器總成。
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圖5 紅外線測溫儀結構圖 |
圖6 柴油發電機異常故障聽診方法 |
總結：
總之，對于不同的故障現象要靈活運用判斷故障的不同方法，要從柴油機的原理、結構入手找尋問題的解決方法。判斷柴油機故障要從整體分析、要全面了解柴油機的各系統、各零部件之間是密切關系，一個部件或一個系統發生故障，必然會涉及到其他系統的部件或零件。所以，對一個柴油發電機故障現象不能孤立地看待，要科學的分析故障發生的原因并及時地排除故障。
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