CAT C13發(fā)動機(jī)冒黑煙且燃油變黑案例分析

李劍功

摘 要：文中涉及到的C13發(fā)動機(jī)用在CAT某些型號液壓挖掘機(jī)或工業(yè)機(jī)上，是EUI燃油系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)，出現(xiàn)冒黑煙且伴有燃油變黑的癥狀，曾遭到客戶的投訴和抱怨。本文從卡特彼勒EUI燃油系統(tǒng)的部件組成及其工作原理著手，逐步分析該故障的根本原因以及在日常維護(hù)保養(yǎng)方面需要注意的事項(xiàng)，盡量使客戶的停機(jī)時間達(dá)到最短，并盡量避免類似事件的再次發(fā)生。

關(guān)鍵詞：C13;EUI;黑煙

1 C13發(fā)動機(jī)燃油系統(tǒng)介紹

柴油發(fā)動機(jī)燃油系統(tǒng)一般可分為以下四類：

A.傳統(tǒng)供油系統(tǒng)，系統(tǒng)壓力小于100MPa，傳統(tǒng)的柴油發(fā)動機(jī)燃油系統(tǒng)為直列柱塞式噴油泵供油系統(tǒng)。

B.柴油共軌系統(tǒng)，系統(tǒng)壓力小于200MPa，主要以電控共軌式噴油系統(tǒng)為特征，直接對噴油器的噴油量、噴油正時、噴油速率和噴油規(guī)律、噴油壓力等進(jìn)行時間—壓力控制。

C.泵噴嘴系統(tǒng)，系統(tǒng)壓力大于300MPa，在該系統(tǒng)中噴油泵和噴油器組成一個單元，每個發(fā)動機(jī)氣缸都在缸蓋上裝有這樣一個單元，它或者直接通過搖臂或者間接的由發(fā)動機(jī)凸輪軸通過推桿來驅(qū)動。

D.單體泵系統(tǒng)，系統(tǒng)壓力大于300MPa，單體泵系統(tǒng)工作方式跟泵噴嘴系統(tǒng)相似，它是一種模塊式結(jié)構(gòu)的高壓噴射系統(tǒng)[1]。

卡特彼勒C13為直列6缸電控發(fā)動機(jī)，燃油系統(tǒng)屬于泵噴嘴系統(tǒng)，排量為13升，采用ACERT技術(shù)以滿足排放要求，該EUI（Electronic Unit Injector）燃油系統(tǒng)的噴油器是靠挺桿的上下運(yùn)動進(jìn)行致動的，必須依靠嚴(yán)格的正時來滿足正確的充油和噴射，同時進(jìn)排氣門也是依靠凸輪機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動進(jìn)行致動的，也遵循嚴(yán)格的正時規(guī)律。

該燃油系統(tǒng)主要由以下部件組成：燃油箱、燃油濾芯、 燃油輸送泵、發(fā)動機(jī)ECM、EUI噴油器、燃油壓力背壓閥、燃油冷卻器、電動手油泵。

2 故障原因分析

2.1 發(fā)動機(jī)冒黑煙

對于發(fā)動機(jī)冒黑煙，現(xiàn)場最常見的原因有：燃油質(zhì)量差，噴油器問題，噴油正時不正確，氣門間隙不正確，進(jìn)排氣管道堵塞，渦輪增壓器問題等等。

燃油質(zhì)量的問題很容易排除，因?yàn)樵摍C(jī)前期無此現(xiàn)象發(fā)生，用的是同批次柴油;噴油器據(jù)現(xiàn)場的維修人員反應(yīng)，做過相應(yīng)的斷缸測試，電磁閥測試以及搖擺測試，均無問題;關(guān)于噴油正時，由于是電控發(fā)動機(jī)，除非是正時機(jī)構(gòu)出現(xiàn)機(jī)械問題，一般都是可以通過ET標(biāo)定成功的，況且此發(fā)動機(jī)并未進(jìn)行過大修，曲軸、凸輪軸等部件沒有進(jìn)行過拆解和安裝;進(jìn)排氣管道經(jīng)現(xiàn)場拆解，無發(fā)現(xiàn)明顯堵塞現(xiàn)象，對空氣濾芯的粗濾和細(xì)濾進(jìn)行保養(yǎng)，黑煙依然存在;

渦輪增壓器的實(shí)際作用是增加進(jìn)氣的密度，以使柴油充分的燃燒做工，其宏觀指標(biāo)就是進(jìn)氣壓力的大小，經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)該壓力只有50kPa左右，遠(yuǎn)低于其正常值110～120kPa，由于該壓力是在渦輪增壓器之后的進(jìn)氣壓力，故渦輪增壓器是懷疑的對象，拆解渦輪增壓器后發(fā)現(xiàn)，其排氣測渦輪葉片有明顯的破損和變形跡象且葉片直徑明顯變小，表明其曾經(jīng)受到過劇烈擊打，該渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速極高，甚至能達(dá)到10萬轉(zhuǎn)/分鐘，是什么導(dǎo)致這種現(xiàn)象發(fā)生呢？這是現(xiàn)場工程師第一個要考慮的問題，經(jīng)還原該機(jī)歷史維修記錄發(fā)現(xiàn)，在出現(xiàn)故障不久前，該發(fā)動機(jī)有一缸排氣門脫落并進(jìn)行過更換缸頭等操作，不排除金屬碎屑導(dǎo)致渦輪葉片直徑變小的可能，而且極有可能。

更換新的渦輪增壓器之后，進(jìn)氣壓力明顯上升，黑煙有所減輕，經(jīng)過調(diào)整氣門間隙，發(fā)現(xiàn)有幾個缸的進(jìn)排氣門間隙明顯偏大，最大值甚至達(dá)到4mm左右，正常值如下表所示。

出現(xiàn)這么大的氣門間隙是非常不正常的，發(fā)動機(jī)隨時都有出現(xiàn)意外停機(jī)的可能性，現(xiàn)場維修工程師拆解氣門機(jī)構(gòu)，要逐步排除凸輪軸甚至曲軸是否有損傷，首先取出氣門挺住和挺桿進(jìn)行查看，這是直接和凸輪軸發(fā)生相對運(yùn)動的部件，也是直接驅(qū)動氣門運(yùn)動的零部件。不難看出，2缸和3缸的排氣門長度變短2mm左右，6缸進(jìn)氣門變短3mm左右，且變短的挺桿底部，有明顯的磨損劃痕，且非常割手，這屬于典型的磨粒磨損。

最后，在發(fā)動機(jī)油底殼內(nèi)發(fā)現(xiàn)硬質(zhì)沙礫，這是導(dǎo)致挺桿磨損變短的根本原因，究其原因是在維修過程中，現(xiàn)場污染控制做的不到位，導(dǎo)致外界顆粒物進(jìn)入發(fā)動機(jī)氣門室，從而導(dǎo)致上述現(xiàn)象的發(fā)生。

綜上所述，發(fā)動機(jī)冒黑煙的原因往往會涉及機(jī)械系、供油系、進(jìn)排氣系統(tǒng)以及電控系統(tǒng)等諸多方面。在排除此故障之前應(yīng)首先分析清楚上述各系統(tǒng)對冒黑煙的直接或間接影響，同時還要注意它們之間的內(nèi)在聯(lián)系，這樣在排除故障時就可做到有的放矢[2]。

2.2 燃油變黑

根據(jù)該機(jī)的柴油油樣分析，是有機(jī)油進(jìn)入到了燃油系統(tǒng)，導(dǎo)致燃油變黑，根據(jù)前文介紹的該機(jī)燃油系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和特點(diǎn)，燃油系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)主要的相關(guān)聯(lián)部件有燃油輸送泵和噴油器，除此之外，機(jī)油和柴油是很難有機(jī)會混合在一起的，當(dāng)燃油輸送泵不斷給噴油器提供柴油的時候，驅(qū)動該齒輪泵的泵軸一直在旋轉(zhuǎn)，而該泵軸是由發(fā)動機(jī)前端齒輪機(jī)構(gòu)帶動的，此齒輪機(jī)構(gòu)殼體中有大量機(jī)油，當(dāng)燃油泵齒輪軸的骨架密封出現(xiàn)磨損或變形的時候，高壓側(cè)的流體會流向低壓側(cè)，這就為機(jī)油竄入柴油提供了條件。

3 小結(jié)

該案例充分說明了污染控制在工程機(jī)械維修過程中的重要性，除了深刻理解機(jī)器的運(yùn)行原理之外，還要了解機(jī)器的維修歷史以及相關(guān)的保養(yǎng)記錄，只有這樣才能做到全面的思考，有助于找到故障的根本原因，從而快速地幫助客戶恢復(fù)生產(chǎn)，這也是當(dāng)今工程機(jī)械售后服務(wù)取得成功的關(guān)鍵。

（森達(dá)美信昌機(jī)器工程（廣東）有限公司，廣東 佛山 528311）