柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)故障淺析

葛 銳

（安徽江淮納威司達(dá)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司，安徽 合肥 230601）

前言

柴油機(jī)是一種壓縮式發(fā)火的內(nèi)燃機(jī)，通過把熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的一種動(dòng)力機(jī)械。它的基本工作原理是燃油直接在機(jī)體的氣缸中燃燒，將燃油的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)猓邷馗邏旱娜細(xì)馀蛎涀龉Γ苿?dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，通過曲軸連桿對(duì)外做功，從而將燃油燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。柴油機(jī)相比于蒸汽機(jī)熱效率高，經(jīng)濟(jì)性好，機(jī)動(dòng)性好，柴油機(jī)燃油系統(tǒng)是柴油機(jī)的心臟。低速、中速和高速柴油機(jī)都是利用高壓將適量燃油在上止點(diǎn)前的適當(dāng)角度噴入燃燒室以提高柴油機(jī)的熱效率并降低廢氣排放。在對(duì)新型和老型柴油機(jī)升級(jí)改造的過程當(dāng)中對(duì)燃油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須提出更高的要求。

發(fā)動(dòng)機(jī)燃油管路的布置對(duì)燃油系統(tǒng)的性能有重要的影響，合理的布置等于給系統(tǒng)加了保險(xiǎn)。另外，從柴油機(jī)安全運(yùn)行的角度考慮，由于柴油機(jī)的工作特性，在工作時(shí)振動(dòng)大，且本體有多個(gè)部件處于高溫狀態(tài)，柴油機(jī)燃油系統(tǒng)組件的設(shè)計(jì)，特別是燃油管路的設(shè)計(jì)及供回油管線上接頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)考慮到泵及噴油器工作時(shí)將出現(xiàn)的最高峰值壓力，包括由燃油噴射泵產(chǎn)生并傳遞回供回油路的任何高壓脈沖，具有有效防止燃油滲漏的功能要求。

1 背景

目前市場的高端輕卡、中重卡以及商用車系列產(chǎn)品匹配的均為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。一般柴油發(fā)動(dòng)機(jī)采用的主要為電控共軌燃油系統(tǒng)，燃油管路設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1。

進(jìn)油管路：高壓油泵模塊集成的低壓輸油泵，從油箱吸取柴油，低壓油泵輸油至燃油濾清器，后進(jìn)入高壓泵，燃油經(jīng)過高壓油泵，經(jīng)過高壓燃油管進(jìn)入高壓共軌，再由共軌分配至各缸噴油器。

圖1 燃油管路設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

回油管路：有兩路回油，從燃油泵回油及從各缸噴油器回油。

回油參數(shù)：從燃油泵端回油壓力范圍為0.7～2.3bar（abs），最高溫度 130℃，從各缸噴油器回油壓力范圍為 1.9～2.9bar（abs），最高溫度150℃。

圖2 燃油管路設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

燃油回油管結(jié)構(gòu)：噴油器與燃油回油管回油結(jié)構(gòu)接口如圖 2，噴油器端回油接口與燃油回油管端回油接頭以一根橡膠管連接，在橡膠管兩端加卡箍緊固加強(qiáng)。

2 故障描述及臨時(shí)遏制措施

試驗(yàn)室耐久試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋罩上有柴油，經(jīng)排查為燃油回油管漏油，漏油位置位于燃油回油膠管與噴油器接頭連接處。如圖3。

圖3 回油管漏油故障現(xiàn)象

對(duì)發(fā)生的故障燃油管路進(jìn)行排查，對(duì)試驗(yàn)室故障機(jī)燃油回油管拆解檢查。檢查項(xiàng)如表1：

表1 故障系統(tǒng)拆解排查項(xiàng)

圖4 漏油橡膠管剖檢

對(duì)市場調(diào)查統(tǒng)計(jì)，排除信息不符合實(shí)際的情況反饋，對(duì)市場退回故障件進(jìn)行拆檢，同樣發(fā)現(xiàn)燃油管破裂，另外對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，有9例為更換噴油器后出現(xiàn)的漏油故障，即回油管二次裝配后出現(xiàn)的漏油。基本確認(rèn)為燃油回油膠管破裂或回油管二次裝配導(dǎo)致。

結(jié)論：導(dǎo)致密封失效的故障為燃油回油管破裂導(dǎo)致。破裂原因初步分析為：a）拆裝/回油管二次裝配導(dǎo)致密封失效；b）或者發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)下膠管兩端回油接頭刮擦割裂膠管。

臨時(shí)工藝改進(jìn)措施：

1）所有機(jī)器燃油回油膠管不允許二次使用；

2）避免卡箍卡緊在接頭凸起處位置導(dǎo)致膠管擠壓剪切，要求卡箍安裝邊緣貼著膠管兩端，且要求膠管套入兩端接頭深度不小于11mm。

圖5 橡膠管與兩端金屬接頭安裝位置

對(duì)于已經(jīng)發(fā)生燃油回油管管的市場和試驗(yàn)室故障機(jī)器，采取更換燃油回油管總成的措施。工藝要求嚴(yán)格按照 2.3.2規(guī)定操作。

3 原因分析

為進(jìn)一步確認(rèn)失效模式，進(jìn)行進(jìn)一步分析如下：

為驗(yàn)證是否由于回油接頭割傷燃油回油膠管導(dǎo)致燃油管破破裂，協(xié)同回油管供應(yīng)商進(jìn)行回油管端接頭進(jìn)行過程割傷風(fēng)險(xiǎn)分析：

1）安排30件回油管端接頭與膠管裝配如圖6，裝配后拆檢，對(duì)膠管進(jìn)行剖切。裝配僅由壓痕未發(fā)現(xiàn)膠管破損。

圖6 30件回油管端接頭與膠管裝配

2）安排10件回油膠管與回油管端回油接頭與膠管裝配后老化試驗(yàn)，老化試驗(yàn)條件為保溫箱100℃，24h。

結(jié)果：僅有壓痕，但未出現(xiàn)割破的現(xiàn)象。如圖7：

圖7 回油膠管與回油管端回油接頭老化試驗(yàn)結(jié)果

3）安排10件回油膠管與噴油器端回油接頭與膠管裝配后老化試驗(yàn)，老化試驗(yàn)條件為保溫箱100℃，24h

結(jié)果：10件樣品中有4件出現(xiàn)膠管損壞，在發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)工況下有漏油風(fēng)險(xiǎn)。如圖8

圖8 回油膠管與噴油器端回油接頭老化試驗(yàn)結(jié)果

4）安排對(duì)安裝不裝卡箍的回油膠管與噴油器端回油接頭套裝后進(jìn)行老化試驗(yàn)，老化試驗(yàn)條件為保溫箱100℃，24h。

結(jié)果：壓痕相對(duì)有卡箍的要淺，沒有出現(xiàn)膠管割裂的現(xiàn)象，圖9：

圖9 回油膠管與噴油器端回油接頭（不安裝卡箍）老化試驗(yàn)結(jié)果

結(jié)論：通過試驗(yàn)驗(yàn)證，得出結(jié)論，膠管破裂位置在噴油器端接頭與膠管連接處。

根本原因分析，對(duì)噴油器端回油接頭和回油管端回油接頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)：噴油器端接頭存在倒角較小的尖角,且過渡不如回油管端接頭平緩，尖角存在易形成較大應(yīng)力，切割膠管，若膠管材料沒有較大的抗剪切性能，易出現(xiàn)膠管破裂。

圖10 回油接頭結(jié)構(gòu)對(duì)比

裝配時(shí)，由于噴油器端操作空間小，卡箍卡緊位置難以控制，導(dǎo)致卡箍直接卡在回油接頭尖角處，進(jìn)一步加大的噴油器端接頭尖角割傷回油膠管的風(fēng)險(xiǎn)。如圖11：

圖11 膠管上的卡箍卡緊位置過于靠近接頭尖角

4 優(yōu)化方案及驗(yàn)證確認(rèn)

根據(jù)上述分析：優(yōu)化方案可從兩個(gè)角度進(jìn)行。重新選擇抗剪切能力較強(qiáng)的膠管—提供 Conti膠管替代原現(xiàn)有膠管，同時(shí)采用規(guī)格10的卡箍（原為10.5），兩種膠管參數(shù)對(duì)不如下：

圖12 膠管結(jié)構(gòu)對(duì)比

表3 膠管參數(shù)對(duì)比

優(yōu)化接頭，優(yōu)化噴油器端接頭—消去尖角避免對(duì)膠管形成過大剪切力。

在現(xiàn)有基礎(chǔ)上優(yōu)化設(shè)計(jì)，僅消去尖角，保留現(xiàn)有其他結(jié)構(gòu)尺寸。

圖13 接頭優(yōu)化方案1

5 結(jié)論

本論文通過對(duì)柴油機(jī)燃油回油管滲漏油故障進(jìn)行分析，針對(duì)問題點(diǎn)，逐步細(xì)化查找原因，綜合考慮產(chǎn)品應(yīng)用及維護(hù)等方面，制定多種解決方案，依次驗(yàn)證排除，經(jīng)過充分的試驗(yàn)驗(yàn)證，得出最優(yōu)的設(shè)計(jì)改進(jìn)方案，將改進(jìn)后的失效風(fēng)險(xiǎn)降至最低。對(duì)以后的故障解決和設(shè)計(jì)改進(jìn)提供進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和方法。

a）產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，對(duì)于同樣的功能結(jié)構(gòu)，應(yīng)保持產(chǎn)品一致性，以便于對(duì)同一種功能設(shè)計(jì)進(jìn)行更充分的驗(yàn)證。同樣的充分的驗(yàn)證也保證了產(chǎn)品功能的可靠性；

b）產(chǎn)品設(shè)計(jì)及改進(jìn)過程中，應(yīng)綜合考慮成本、設(shè)計(jì)改動(dòng)代價(jià)、產(chǎn)品維護(hù)、產(chǎn)品現(xiàn)有狀態(tài)存續(xù)期處理以及工藝性，在各類方案中權(quán)衡選取，力求以最小的改動(dòng)達(dá)到最大的改進(jìn)效果；

c）故障分析解決過程，需要遵循嚴(yán)格的分析流程，對(duì)故障解決方案進(jìn)行充分的驗(yàn)證，避免由于設(shè)計(jì)改動(dòng)后，進(jìn)一步加大了故障風(fēng)險(xiǎn)或引起其他系統(tǒng)的故障。

[1] 周龍寶.內(nèi)燃機(jī)學(xué).[M]機(jī)械工業(yè)出版社.

[2] 余晨光.柴油機(jī)燃油供給系統(tǒng)的故障與排除.[M]農(nóng)機(jī)使用與維修2014.4.

[3] 朱雙艷.柴油機(jī)供油系設(shè)計(jì)方法研究與應(yīng)用.吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文2005.4.