康明斯K38發動機活塞燒蝕的主要原因

摘要：通過大面積康明斯K38發動機活塞燒蝕維修經驗，分析K38發動機活塞燒蝕的主要原因。

關鍵詞：康明斯K38發動機;活塞燒蝕;主要原因

0 ?引言

活塞燒蝕是柴油發動機使用中較常見的現象，燒蝕部位大多發生在活塞頂部和第一、第二道活塞環槽處及活塞頭部圓周處，一般以活塞頂面熔洞、穿孔和頭部圓周處鍵槽狀缺口、蜂窩眼為主要形式，故障現象主要表現為發動機下排氣增大，甚至機油從呼吸孔沖出。活塞燒蝕將導致柴油機工作不正常，直接導致缸壓降低，動力下降，間接引起拉缸、抱瓦等，并損壞渦輪增壓器、缸蓋等機件。下面，筆者根據康明斯K38發動機活塞燒蝕維修經驗，結合相關相關技術資料后，對康明斯K38發動機活塞燒蝕的原因作分析。活塞燒蝕如圖1所示。

1 ?排氣背壓過大

排氣背壓就是指發動機排氣的阻力壓力。K38發動機排氣壓力小于0.09kPa，若消聲器發生堵塞或排氣管改裝不當，將會增大排氣阻力，導致排氣背壓過大。由于發動機排氣背壓過高，汽缸內混合氣燃燒后生成的廢氣難以排出，廢氣只能返流，熱量相對積聚在缸內，導致缸內溫度過高，最終引起活塞燒蝕。

2 ?劣質活塞

活塞在高溫、高壓、高速、潤滑不良的惡劣條件下作往復直線運動，直接與高溫氣體接觸，瞬時溫度可達2500℃以上，受熱嚴重、散熱條件差，所以活塞工作時溫度很高，頂部可達600～700℃，且溫度分布很不均勻;活塞頂部承受氣體壓力很大，特別是做功行程壓力最大，柴油機高達6～9MPa，這就使得活塞產生沖擊，并承受側壓力的作用;活塞在氣缸內以很高的速度（8～12m/s）往復運動，且速度在不斷地變化，產生了很大的慣性力，使活塞受到很大的附加載荷。活塞在這種惡劣的條件下工作，會產生變形并加速磨損，還會產生附加載荷和熱應力。若活塞質量不過關，鑄造時存在氣孔、疏松、微裂紋、夾渣等缺陷，則在高溫高壓作用下，這些氣孔、疏松、微裂紋會導致疲勞損壞;活塞中的夾渣首先熔化，造成活塞燒熔，導致活塞燒蝕故障。

3 ?燃燒黑煙大，活塞積碳嚴重

積碳的生成比較復雜，它與發動機結構以及使用燃料、潤滑油料的種類及發動機所處工作條件、工況等密切相關。在燃燒室中，氧氣供給不足，燃料和竄入燃燒室的潤滑油料不能完全燃燒，而產生油煙和焦油微粒，它們和潤滑油混合在一起后，進一步氧化成為稠性膠狀液體羥基酸，羥基酸又進一步氧化變成一種半流體樹脂狀膠質，牢固地粘附在零件上，隨后在高溫的不斷作用下，膠質又聚合成更復雜的聚合物，成為一種硬質膠結碳，即形成了積碳。積碳的組成成分有潤滑油、羥基酸、瀝清質、油焦質、碳青質、硫酸鹽、硅化合物（來自進氣中的灰沙）和微量金屬屑及其化合物等。發動機溫度越高，形成的積碳也越硬越緊密，與金屬粘接越牢固。活塞環槽中的積碳會使活塞環失去彈性而卡死，活塞環密封性下降，引起燒機油現象，進而加劇了積碳的生成;進、排氣門上的積碳會使氣門關閉不嚴，高溫顆粒積碳附著在氣門上也會使氣門及氣門座燒蝕，加劇氣門漏氣。氣門漏氣，又使高溫燃氣沖刷氣門及氣門座，進一步使氣門及氣門座燒蝕出現漏氣，最終導致缸壓降低，燃燒黑煙大促使活塞積碳的生成。活塞積碳使其散熱作用減弱，溫度升高，當溫度超出活塞的熱承受極限時，將引發活塞燒蝕。活塞積碳如圖2所示。造成發動機燃燒黑煙大、積碳嚴重的主要原因是：

3.1 氣門密封不嚴

進、排氣門關閉不嚴，會造成高溫、高壓的可燃混合氣沖蝕氣門及氣門座工作面，使二者工作面出現麻點、積碳、燒蝕，麻點、積碳、燒蝕又會加速進、排氣門關閉不嚴，形成惡性循環。氣門關閉不嚴，缸壓降低，燃燒不好，造成缸內積炭過多，導致發動機動力性，經濟性下降。

3.2 泵咀不匹配，噴油量過大

K38發動機上有CPL844和CPL1628兩種型號，CPL1628和CPL844兩個控制號的燃油泵和噴油器存在差異，其中，與CPL1628相匹配使用的為BA94燃油泵和3077760噴油器，與CPL844相匹配使用的為B844燃油泵和3058802或3076132噴油器。BA94泵與B844泵相比較油量更大，3058802或3076132噴油器與3077760噴油器相比較噴油量更大。只有匹配正確，遵循大泵配小咀的原則（大、小指噴油量），才能得到正確的噴油油量，若出現混裝的話，就會導致最終噴油器的實際供油量過大，燃燒黑煙大，將損壞發動機相關零件，特別是活塞燒蝕。

3.3 STC閥工作不正常

為達到嚴格的排放要求，康明斯發動機發展了一種新型的液壓驅動的可變噴油正時控制系統，稱作STC（Step Timing Control）分步噴油正時控制系統。STC系統將發動機噴油正時分為兩部分，一部分為機械正時（即由正時齒輪和凸輪軸控制），也稱“常態正時方式”，另一部分為機械-液壓正時（即由發動機燃油壓力控制，也稱“噴油提前正時方式”）。在啟動和輕載工況下，采用“噴油提前正時方式”，燃油在壓縮循環中更早噴射;而在中、重載工況下，采用“常態正時方式”，燃油在壓縮循環中更晚噴射。STC閥相當于一個方向控制閥，燃油壓力相當于先導油壓，STC閥開啟壓力為27Psi，關閉壓力為65Psi。若STC閥工作不正常，那么發動機噴油正時將發生變化，燃油燃燒不好，后燃期延長，缸內產生大量積碳，活塞散熱不良，長時間運行將導致最終的活塞燒蝕、缸蓋炸裂等故障。

4 ?冷卻不好，造成溫度過高

發動機正常工作溫度在82～93℃之間，若出現冷卻液不夠或混入其它油品、散熱器堵塞、風扇工作不正常等狀況時，將會造成發動機缸內溫度過高。另外，發動機活塞、缸套主要通過機油冷卻噴咀噴出的機油將其熱量帶走。若冷卻噴咀噴管有變形、砂眼、噴射位置不對等故障或機油壓力過低時，將會造成噴射機油量減少，直接導致活塞，缸套溫度過高。

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作者簡介：王發理（1981-），男，本科，機械工程師，甕福（集團）有限責任公司甕福磷礦，從事礦山設備管理工作。