柴油机故障诊断和排除

1高速大功率柴油机综合性故障的诊断与排除本章介绍的故障，均为整机性故障，也称综合性故障。它影响整机的性能指标和可靠性指标。其原因也是综合性的，涉及到许多系统、部件。这里重点介绍以下故障：柴油机起动困难、柴油机功率不足、柴油机转速不稳、柴油机飞车、柴油机突然停车、柴油机烟色异常、柴油机声音异常、柴油机振动异常、柴油机温度异常、柴油机压力异常、柴油机油底壳油面上升、柴油耗消耗过高、机油耗消耗过高。第一节柴油机起动困难一、故障现象以190系列柴油机为例，高速大功率柴油机,有电马达起动与气马达起动两种方式。一般情况下，柴油机起动是比较容易的。起动时间不会超过10S。当发生起动困难故障时，有以下几种情况：①起动时，曲轴根本转不动或者转动很慢,即起动转速太低。②起动时，起动转速正常，但柴油机不着火。③起动时，柴油机虽然发生了着火，但柴油机运转不正常，转速不稳，甚至灭火。二、原因分析1、柴油机起动运转的基本条件一台柴油机要正常起动运转，必须满足以下4个基本条件:①够的起动转速。只有足够的转速，才够产生足够的转动惯性力，带动活塞连杆运动。②一定数量的雾化良好的燃油按一定的规律，在一定的时刻喷入气缸。③一定数量的新鲜空气按一定的规律在一定的时刻进入气缸，并将燃烧后的废气按一定的规律在一定的时刻排除气缸。④燃油和空气在缸内良好的混合、燃烧。气缸内的气体具有一定的压力和温度，使燃油能够自燃。因此在分析原因时，就应当从柴油机起动的基本条件出发进行分析。而对于不同的故障现象，其原因也有所侧重。综合起来，高速大功率柴油机起动困难的原因如图2—1所示。2、原因分析（1）起动系统故障.机械因素和外部条件均会导致柴油机曲轴根本不转动或者转动速度太慢，起动转速太低，从而满足不了柴油机起动的第一个基本条件。这是因为：①起动马达（电马达或气马达）损坏或者有故障，均造成马达不转，或者起动力矩太小，从而带不动曲轴旋转或者旋转很慢，达不到柴油机的最低起动转速要求。②电马达起动时，当蓄电池容量不够，将导致起动马达转动力矩太小；电源导线截面太小或导线过长、导线接头接触不良,都将导致电能损失过大，使电马达的转动力矩太小，从而使柴油机曲轴转动很慢，达不到柴油机最低起动转速。③电马达起动时,起动开关.继电器等零部件损坏，将使电马达根本不转动。④气马达起动时,当起动管路漏气.管路太细.太长，将造成气马达气量不足，气压降低，从而使马达转速太慢。达不到最低起动转速。2蓄电池电压不足电量不够电马达力矩太小电马达损坏起动开关继电器等损坏电线接头接触不良电源导线截面小，线太长。气管路漏气管太长气源压力不足继气器打不开油控阀或气控阀失灵贮气罐容积太小气马达损坏气马达飞轮齿圈啮合不良气动预供油泵压力不足油压低停车操纵杆未扳下燃油箱（罐）阀门未打开燃油箱（罐）无油燃油箱（罐）位置太低燃油管路内有空气柴油滤三通阀未打开或柴油滤太脏超速停车装置未复位齿条卡住在不加油位置喷油器不雾化喷油泵不泵油或喷油器不喷油空气滤清器污堵中冷器污堵防爆门阀门未打开配气定时不对排气系统污堵图2—1起动困难原因活塞环气门缸盖漏气压缩压力不足活塞和缸盖余隙太大太小油头伸出缸盖平面太大太小带负荷起动机油温度太低粘度太大水温太低，在水泵内结冰柴油温度太低，粘度太大气门碰活塞或缸内有异物烧瓦、抱轴、拉缸电起动系统起动系统气起动系统燃油系统进排气系统燃烧系统外部条件柴油机起动困难机械因素3⑤气马达起动时,当贮气罐容积太小，到气马达去的气量不足和当气源压力不足，均使气马达转速太慢。达不到柴油机最低起动转速。⑥气马达起动时,气马达的油控阀.气控阀失灵或继气器打不开，都造成气马达不转动。⑦气马达起动时,由于马是和气动予供油泵是联动的，所以当予供油压太低（低于98kPa）时，无法推动柱塞下移，打不开通往气马达的气路，所以气马达不转动。⑧环境温度低.机油温度低，将导致机油粘度大，摩擦功率大，柴油机曲轴转动慢。达不到最低起动转速。⑨水泵内冷却水结冰，将水泵叶轮卡住，使柴油机曲轴无法转动。⑩缸内有异物，将使活塞在上止点时受很大反力而无法运动；或者活塞缸盖间结炭太厚，使活塞在上止点时无法运动，因而曲轴无法转动。①配气相位错乱，将导致气门顶活塞，使活塞越不过上止点；气门卡住，也造成活塞顶气门而越不过上止点，从而使曲轴无法转动。②柴油机拉缸、抱缸或烧瓦.抱轴，以及运动件卡住，均会造成柴油机摩擦功太大，以致起动马达的力矩克服不了这种摩擦功，从而带不动曲轴旋转或者转动太慢。③柴油机带负荷起动，起动马达的力矩远远带不动这么大的负荷，从而使起动转速太低或者曲轴根本不转动。（2）燃油系统、燃烧系统、及配气系统故障及外部条件这些因素将造成柴油机起动时，尽管起动转速正常，但柴油机不着火燃烧。这是因为：①油箱（罐）无油，阀门未打开，柴油滤三通阀未打开，超速装置未复位，油箱（罐）位置太低，油压低停车装置操纵杆未复位或柴油滤太脏，都将造成柴油供应不足，喷油泵无法向缸内喷入足够的雾化良好的燃油，满足不了柴油机起动的第二个基本条件。②燃油管系中有气，将造成因气阻使缸内供油不足或不稳，而满足不了着火起动的第二个条件。③喷油器不雾化，油头伸出缸盖平面太大、太小，喷油提前角太大或太小，.喷油泵工作不正常，燃油牌号不对，燃油内有水份，均将造成燃油雾化不良及和空气混合不良，满足不了柴油机起动的第三个基本条件。④防爆装置阀门忘记打开，将使空气无法进入气缸；空滤器脏污，配气定时不对，进气管脏污，排气管和排气消声器脏污，中冷器污堵等都将造成柴油机进气量不足或排气不畅，满足不了柴油机起动的第三和第四个基本条件，所以造成起动困难。⑤柴油机活塞环、气门、缸套等漏气，则使气缸压缩压力不足，.压缩温度降低；缸盖活塞余隙太大，则使柴油机压缩比降低，导致缸内压缩压力不足，压缩温度降低，满足不了柴油机起动的第五个基本条件，造成起动困难。⑥柴油机水温过低，柴油温度过低，进气温度过低，均造成缸内温度低，影响燃烧，满足不了柴油机起动的第五个条件。三、诊断方法诊断时可按图2—2所示的柴油机起动困难诊断流程图进行。由于诊断时柴油机不是处于运转状态，所以只能用比较法和析检法。4四、排除措施根据起动困难所表现出的现象.分析的原因和诊断的部位，有针对性地进行排除。①如是起动系统故障导致起动困难，电起动马达起动者，则应分别修复或更换起动马达、蓄电池、起动开关、继电器（电起动）；气起动马达起动者，则应分别修复气起动马达、气控阀、油控阀、继气器及管路等，保证给气充足。②如是机械系统故障引起起动困难，则应排除影响柴油机曲轴转动的因素。如重新装配柴油机，保证各部间隙正确和运动件运动自如。③如是外部因素引起起动困难，则应在起动前预热机油，加灌开水以及脱开和工作机械的联接。④如是操作因素引起起动困难，则应严格按操作规程正确操作。如检查和打开有关阀门、拉杆，加足燃油，排净燃油系统空气等。⑤如是燃油系统故障引起起动困难，则应检查和修复或更换有关零部件，如喷油泵、喷油器，清洗柴油滤清器，调整供油提前角等。⑥如系进排气系统故障引起起动困难，则应检查和调整配气定时，洗清中冷器、空气滤清器、排气消声器等，以及更换活塞环、研磨气门等。第二节柴油机功率不足一、故障现象所谓功率不足，就是通常说的柴油机“无力”，“没有劲”。正常情况下，柴油机的功率一般是有一定的储备，可以带动工作机械正常运转。当功率不足时，表现为柴油机带不动与之配套的工作机械运动，并伴随着以下现象：①柴油机冒黑烟。此时柴油机排气管排出大量黑烟。②柴油机排气温度高。此时，排气管和涡轮增压器的涡轮呈暗红色。③柴油机转速下降或者转速不稳，并呈现出工作无力的声音。二.原因分析柴油机的功率指标是其技术状态的综合反映。技术状态良好，柴油机就能发出足够的功率。当功率不足时，往往是各系统故障的综合反映。从柴油机工作原理得知，柴油机发出足够有效功率的基本条件是：①有足够数量的雾化良好的燃油，按一定的规律、在一定的时刻喷入气缸。图2—2柴油机起动困难诊断流程图5②有足够数量的新鲜空气，按一定规律、在一定时刻进入气缸，并将燃烧后的废气按一定的规律、在一定时刻排出气缸。③空气和燃油良好地混合，完全的燃烧。④摩擦功率和附件消耗功率要尽量小，即机械效率要高。因此，分析功率不足的原因时，可以从以上基本条件出发，针对不足故障现象，按系统分析原因。综合起来，高速大功率柴油机功率不足的原因可用图2—3表示。燃油滤清器污堵燃油管路太细太长漏泄燃油系统有空气燃油质量不好，油内含水喷油泵或调速器限位铅封被破坏加不上调速器拉杆螺钉旋入太多，齿杆伸出长度不够喷油泵柱塞磨损严重个别缸供油量太小油头雾化不良供油提前角不对油头伸出缸盖平面不对缸盖活塞结炭严重压缩余隙太大出油阀密封不严空滤器脏污中冷器脏污压气机叶轮脏污缸盖进气道脏污进排气管漏气配气定时不准增压器故障，进气压力低排气管太细太长，或拐弯多排气消声器脏污缸盖排气道脏排气定时不对中冷器进水温度太高环境温度高.湿度大海拔高.气压低柴油机过热异常磨损，柴油机拉缸.烧瓦.抱轴等。图2-3柴油机功率不足原因·排气不畅供油量不足柴油机功率不足雾化不良或与燃烧室不匹配进气不足外部因素6三.诊断方法诊断时可按图2—4所示的柴油机功率不足诊断流程图进行诊断。由于高速大功率柴油机有的作为发电动力，有的作为机车动力，还有的作为钻机动力和舰船动力，所以对不同用途的柴油机在现场的诊断功率不足的方法不同。①对于发电机动力的柴油机，可用发电机作为最大功率的检测手段。此时将柴油机的油门置于最大油量位置，发电机最大的电功率为Pe1则柴油机的最大功率Pe：Pe=Pe1/ηD+Pe2+Pe3式中：ηD发电机效率，一般为0.93。Pe2风扇耗功，由制造厂提供。对190系列柴油机，可取ηD=0.93Pe3空滤器耗功，由制造厂提供。对190系列柴油机，一般为10—30kW,空滤器越脏，取大值，新空滤器，取小值。②不作为发电动力的柴油机，可用无外载测功法求出最大有效功率。此时应将柴油机和后面配套的工作机械脱开，突加油门，用无外载测功仪测试柴油机从怠速到标定转速所用的加速时间，根据加速时间和最大功率的关系，可方便的求出该时的最大功率。③对于诊断柴油机功率不足原因的方法，可用比较法找出影响功率不足的零部件。如喷油泵.喷油嘴偶件等；用析检法找出影响功率不足的零部件。如缸套.活塞环等；用仪器诊断法找出影响功率不足的参数和部件。如用曲轴箱漏气仪诊断活塞环密封情况，压力表或压差计诊断各种滤清器是否污堵，增压器工作是否正常，润滑系统是否工作正常等。四.排除措施根据柴油机功率不足的现象和分析的原因诊断的部位，有的放矢的予以排除。①首先保证燃油系统工作正常。更换符合要求的燃油；打开有关阀门，保证油路通畅；清洗燃油滤清器；排除油路中的空气；清洗或更换喷油嘴偶件，使其雾化良好；检查和调整供油提前角；检查调整各缸供油量，使基本一致；检查或更换磨损大的油泵柱塞和出油阀；检查和调整供油齿杆，使其能加油到最大功率位置。②同时要使进排气系统处于良好的工作状态清洗空滤器.中冷器.压气机和排气消声器；检查和调整配气定时和配气间隙；修理漏气之进排气管路接头；图2—4柴油机功率不足诊断流程7检查和修理工作效率低之增压器；检查和修理活塞.缸盖，清除结炭；更换活塞环；研磨气门；调整油头伸出缸盖平面的高度和缸盖压缩余隙；对损坏之缸套.活塞.轴瓦等予以更换或修理。③对环境因素造成的原因采取以下措施：对中冷水温过高，应找出冷却系统故障，予以排除，使其符合要求；对环境温度过高.气压过低时，应对功率进行修正或更换高压比的增压器和高效率中冷器，进行该状态下的功率恢复。第三节柴油机转速不稳一.故障现象柴油机正常运转时，依靠调速器的自动调节作用，柴油机的转速是稳定的。波动值只有几转。转速波动率在0.5%以内。当转速不稳时，有二种现象：①柴油机转速有规律的忽高忽低。通常所说的“游车”.“喘气”。此种情况多发生在柴油机低速运行工况。②柴油机转速无规律的忽高忽低。二.后果危害柴油机出现转速不稳，不仅影响柴油机功率的发挥，而且还使油耗增加，影响经济性。而且由于转速不稳，极大地影