柴油發(fā)動機空氣起動故障分析及排除

劉姝

摘要：發(fā)動機起動方式有氣起動、電起動、電氣聯(lián)合起動三種方式，通常以空氣起動為主，電起動為輔。在低溫季節(jié)沒發(fā)動機難以起動便采用電氣聯(lián)合起動方式。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)柴油發(fā)動機在使用過程中大多采用電起動方式，造成加速機件磨損、電瓶消耗等現(xiàn)場;日常使用操作和維護(hù)不正確也導(dǎo)致發(fā)動機空氣起動故障率高等現(xiàn)象。通過對柴油發(fā)動機空氣起動系統(tǒng)的構(gòu)造原理的了解，根據(jù)實際故障現(xiàn)象進(jìn)行故障分析及排查。

Abstract： There are three ways to start the engine：air start、electric start and mixing start。Usually，the air start is the main way，the electric start is the auxiliary ?way.in the low temperature season，it is diffcult to start the engine，so the mixing start is adopted.after investigation，it is found that most diesel engine use electric starting method in the use process，which can prevent the wear of parts and the consumption of bottles.Incorrect daily operation and maintenance are also leads to high failure rate of engine air starting.Through the understanding of the structure principle of air starting system of diesel engine，the fault analysis and troubleshooting are carried out according to the actual fault phenomenon.

關(guān)鍵詞：起動方式;空氣起動;構(gòu)造原理;故障分析

Key words： starting mode;air start;principle of construction;fault analysis

中圖分類號：TK428 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）03-0130-03

0 ?引言

柴油發(fā)動機應(yīng)用廣泛，并處于所有產(chǎn)業(yè)鏈中的核心位置，它具備可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性、可維護(hù)性等特點。為保證發(fā)動機正常、穩(wěn)定地運行，除發(fā)動機裝置還有各種輔助系統(tǒng)冷卻系、潤滑系、空氣供給系、空氣起動系等，其中空氣起動系統(tǒng)便是發(fā)動機裝置中的重要組成部分。

發(fā)動機起動時，需要克服發(fā)動機各個部分的摩擦阻力和壓縮氣體的阻力，為此必須使用外力使曲軸旋轉(zhuǎn)到相當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速，保證壓縮終了時高壓柴油的溫度高于自燃溫度，使噴以氣缸內(nèi)的柴油獲得良好的燃燒，使發(fā)動機起動[1]。

1 ?系統(tǒng)構(gòu)造及原理

1.1 功用

空氣起動系統(tǒng)主要用來起動發(fā)動機，并具備給高壓空氣瓶充氣，吹洗鏡子上的塵土及臟物等功能。保養(yǎng)車輛時，還可吹凈機件、儀表上的塵土。

1.2 構(gòu)造

空氣起動系統(tǒng)主要由空氣壓縮機、減速器、油水分離器、電控閥、空氣濾、自動調(diào)壓器、沉淀池、手動開關(guān)、空氣瓶、氣壓表、空氣減壓器、氣電閥、空氣管、空氣分配器、起動活門、引射器等組成[2]。

1.3 主要部件介紹

1.3.1 空氣壓縮機

空氣壓縮機用來當(dāng)發(fā)動機工作時，向高壓空氣瓶充灌壓縮空氣。它由機體、氣缸、活塞、主、輻連桿、增壓活門、氣缸蓋、進(jìn)氣活門、偏心軸、活塞環(huán)、活塞銷和軸承等組成。工作原理是偏心軸旋轉(zhuǎn)帶動主、副連桿、活塞做往復(fù)運動，使工作缸內(nèi)容積縮小，提高空氣壓力并輸出，性能指標(biāo)見表1。空氣壓縮機的潤滑油，從發(fā)動機機油粗濾清器出口的機油，經(jīng)限壓閥以0.2～0.54MPa的壓力進(jìn)入空氣壓縮機，潤滑各運動機件。空氣壓縮機用冷卻系的風(fēng)扇，進(jìn)行冷卻，以散去各機件的部分熱量。

1.3.2 油水分離器、沉淀池

油水分離器、沉淀池是用來濾除壓縮空氣中的機械雜質(zhì)、油和水份，作用原理都是用空氣中各種分子的質(zhì)量不同，通過氣流方向和速度改變時的慣性作用，使壓縮空氣中的雜質(zhì)分離出來，且需要定期排出。油水分離器底部的排放口與沉淀物放出接管連接，可通過電控閥排出污物。沉錠池內(nèi)的污物，需定期用手動開關(guān)排出。手動開關(guān)由開關(guān)體、手輪、護(hù)帽及帶球帽軸等組成。排污口平時用護(hù)帽封閉，必要時，可接上膠皮管，吹洗機件和儀器上的塵土。

1.3.3 自動調(diào)壓器

用來自動調(diào)節(jié)進(jìn)入高壓空氣瓶的壓縮空氣的壓力。主要由斷路活門、減壓活門、接通活門、膜片、單向活門等主要部件組成，性能指標(biāo)見表2。

工作原理如下：

①充氣工作（圖1所示）。壓縮空氣經(jīng)自動調(diào)壓器的進(jìn)氣口進(jìn)入主氣道，克服單向活門彈簧張力和出氣口一側(cè)的氣道內(nèi)壓力，打開單向活門，壓縮空氣經(jīng)出氣口進(jìn)入充氣管道。此時，斷路活門處于關(guān)閉狀態(tài)。同時膜片平整，接通活門開啟。

②自動調(diào)壓（圖2所示）。當(dāng)充氣管道內(nèi)的壓力達(dá)到15MPa，克服接通活門彈簧張力和大氣壓力，膜片受氣體壓力向上拱起，使接通活門關(guān)閉，氣體壓力繼續(xù)克服斷路活門彈簧張力和大氣壓力，使針塞上升離開活門座，壓縮空氣將克服減壓活門彈簧張力，頂開活門，使空氣經(jīng)減壓活門排出。此時，由于進(jìn)氣口一側(cè)的壓力低于排氣口一側(cè)壓力，單向活門關(guān)閉，使高壓空氣瓶內(nèi)的壓力保持不變。

當(dāng)高壓空氣瓶內(nèi)的壓力低于15MPa時，膜片在彈簧張力的作用下鋪平，接通活門開啟，斷路活門在其彈簧張力作用下關(guān)閉，空氣壓縮機轉(zhuǎn)為工作狀態(tài)。主氣道進(jìn)氣一側(cè)的壓力開始增高，當(dāng)達(dá)到并超過15MPa時，單向活門被打開，向高壓空氣瓶充氣。

1.3.4 空氣減壓器

主要用來降低進(jìn)入發(fā)動機空氣起動裝置內(nèi)的空氣壓力，保證發(fā)動機可靠的工作。主要由閥體、薄膜、推桿、分流活門、安全門、彈簧、調(diào)整螺帽和調(diào)節(jié)彈簧等組成。減壓閥的工作原理也可以簡單的理解為：入口壓力+出口壓力=彈簧壓力，通過控制見調(diào)壓閥內(nèi)截流口的開度大小來控制輸出壓力，經(jīng)調(diào)整后的空氣減壓器，其調(diào)整螺帽不允許任意轉(zhuǎn)動。

1.3.5 空氣分配器

空氣分配器主要用來將空氣按照氣缸的工作順序適時地分配到各個氣缸。主要由空氣分配器體及罩、聯(lián)動軸、調(diào)整齒圈、分氣盤及蓋、彈簧、墊圈和插銷等組成。高壓空氣經(jīng)空氣分配器，由通氣孔輸出至發(fā)動機氣缸，給氣缸充氣使活塞運動，帶動曲軸旋轉(zhuǎn);曲軸旋轉(zhuǎn)帶動聯(lián)動軸反時針轉(zhuǎn)動，依次打開分配器上的各個通氣孔，高壓空氣則按氣缸工作順序分配到各氣缸，迫使曲軸旋轉(zhuǎn)。

1.3.6 空氣起動活門

空氣起動活門用在高壓空氣起動發(fā)動機時，接通進(jìn)入氣缸的通路;在發(fā)動機工作時，切斷通路，防止氣缸內(nèi)的氣體流人空氣起動系。空氣起動活門擰在氣缸內(nèi)側(cè)的每一氣缸的起動活門安裝孔內(nèi)，它由活門體、活門、活門彈簧、調(diào)整螺帽和蓋螺帽組成。當(dāng)高壓空氣進(jìn)入空氣起動活門體內(nèi)，其壓力超過氣缸內(nèi)的氣體壓力和彈簧的張力時，便頂開活門，彈簧被壓縮，高壓空氣進(jìn)入氣缸;當(dāng)空氣分配器體不在配送氣時，空氣起動活門在其彈簧張力與氣缸內(nèi)氣體壓力的作用下關(guān)閉。

1.4 工作原理

1.4.1 空氣系統(tǒng)起動原理

當(dāng)起動發(fā)動機時，打開高壓空氣瓶開關(guān)，高壓空氣經(jīng)過減壓閥降至8MPa后進(jìn)入氣壓電磁閥，接通氣壓電磁閥不超過5s，高壓空氣瓶內(nèi)的壓縮空氣經(jīng)發(fā)動機空氣分配器依次進(jìn)入發(fā)動機氣缸，推動活塞，帶動曲軸旋轉(zhuǎn);曲軸轉(zhuǎn)動時帶動空氣分配器聯(lián)動軸及分氣盤轉(zhuǎn)動，依次進(jìn)入各個氣缸，使曲軸連續(xù)轉(zhuǎn)動;當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速達(dá)到120r/min，發(fā)動機供油系統(tǒng)開始供油，從而起動發(fā)動機;發(fā)動機啟動后，關(guān)閉起動按鈕，高壓空氣停止進(jìn)入氣缸，空氣起動活門關(guān)閉。如圖3所示。

1.4.2 空氣系統(tǒng)充氣原理

發(fā)動機工作時，曲軸通過傳動機構(gòu)驅(qū)動空氣壓縮機，將外界空氣濾清后，提高壓力，經(jīng)管路進(jìn)入油水分離器、空氣濾、自動調(diào)壓器和沉淀池，濾掉油和水，調(diào)整好空氣壓力，進(jìn)入空氣瓶[4]。油水分離器中的油水及雜質(zhì)經(jīng)過電控閥、單向閥由排氣管排出車外，沉淀池的油水混合物通過排污開關(guān)排到車外;空氣充足后，由自動調(diào)壓器控制，使空氣壓縮機處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)。如圖4所示。

1.4.3 空氣系統(tǒng)吹洗原理

當(dāng)需要吹洗工作時，打開高壓空氣瓶開關(guān)，控制吹洗的氣電閥打開，壓縮空氣經(jīng)空氣管以高速從引射器的噴嘴沖出，并將水箱中的水引射出來，氣與水的混合物通過管上18個直徑1.5mm的小孔，以一定角度對玻璃進(jìn)行清洗。如圖5所示。

2 ?故障分析及排除

2.1 空氣起動困難

此故障除發(fā)動機本體的問題外，其本質(zhì)是起動時，進(jìn)入氣缸的氣體壓力低，發(fā)動機轉(zhuǎn)速過低，無法起動發(fā)動機。

2.1.1 空氣瓶壓力不足

①故障現(xiàn)象。觀察氣壓表示數(shù)，發(fā)現(xiàn)高壓空氣瓶壓力不足。

②排除方法。采用氣、電聯(lián)合方式進(jìn)行起動。同時也可采用外界高壓空氣瓶連接的方式進(jìn)行應(yīng)急起動，連接外界空氣瓶時，應(yīng)先將車內(nèi)空氣瓶開關(guān)關(guān)閉，方便時更換空氣瓶[3]。

2.1.2 減壓閥故障

①故障現(xiàn)象。空氣起動系統(tǒng)試驗時，采用電啟動起動發(fā)動機，當(dāng)發(fā)動機冷卻水溫達(dá)到60℃時，發(fā)動機熄火，檢查起動管路無漏氣。然后，打開管路中的一個空氣瓶，氣壓表顯示壓力為15MPa，接通氣壓電磁閥，發(fā)動機無法啟動，駕駛終端顯示發(fā)動機轉(zhuǎn)速低于120r/min，不能滿足氣動的要求。②故障原因。減壓閥濾網(wǎng)有銹蝕、棉絮等雜物，導(dǎo)致閥體堵塞，減壓閥出口壓力低，達(dá)不到啟動要求。③排除方法。拆下減壓閥清理減壓閥濾網(wǎng)上的銹蝕、棉絮等雜物。

拆下減壓閥，將其空氣入口處連接高壓空氣瓶及氣壓表，出口處連接氣壓表，檢測減壓閥減壓效果，如出口壓力達(dá)不到8MPa則不能達(dá)到起動壓力要求，此時先調(diào)整減壓閥壓力調(diào)整螺母，如調(diào)整完還達(dá)不到壓力要求則更換減壓閥。

2.1.3 系統(tǒng)漏氣

①故障現(xiàn)象。車輛處于熄火狀態(tài)，打開車首高壓空氣瓶，記錄壓力表數(shù)值為15MPa，30分鐘后再次查看壓力表指示壓力低于14MPa，不能滿足“空氣壓縮機不工作30分鐘內(nèi)，系統(tǒng)壓力降不超過1.0MPa”的要求。

②故障原因。高壓空氣瓶螺旋開關(guān)關(guān)閉不嚴(yán);空氣管路破損或聯(lián)接處漏氣;安裝使用中管路接頭錐面未清潔或沒有對正，或使用不合規(guī)定的工具使旋緊力矩過緊，造成連接接口螺紋損壞;由于排污不及時，油水分離器中油、水及雜質(zhì)堆積堵塞排污電控閥，導(dǎo)致閥體密封不嚴(yán)，進(jìn)而造成漏氣。

③排除方法。更換空氣瓶螺旋開關(guān);更換或?qū)ζ茡p的管路重新進(jìn)行焊修更換。接頭漏氣時應(yīng)當(dāng)清潔接頭錐面重新進(jìn)行連接。清理電控閥體中的臟污，并要求駕駛員按照空氣起動系統(tǒng)排污要求“發(fā)動機每工作40～90min以及準(zhǔn)備熄火之前均要打開儀表盤上的油水分離器控制按鈕，放出油水分離器中的油、水及雜質(zhì)”進(jìn)行操作。

2.1.4 自動調(diào)壓器故障

①故障分析。當(dāng)自動調(diào)壓器出口壓力小于14.2MPa時泄壓;或泄壓后，當(dāng)自動調(diào)壓器出口壓力小于12.2MPa時，調(diào)節(jié)閥不能開啟使安全閥和斷路活門關(guān)閉，導(dǎo)致漏氣。

②排除方法。此時需調(diào)節(jié)斷路活門組件，將螺柱順、逆時針旋轉(zhuǎn)（螺紋每轉(zhuǎn)半圈，壓力變化約為1MPa），然后經(jīng)試驗臺測試直至調(diào)到合格范圍內(nèi)，若調(diào)節(jié)無校則更換自動調(diào)壓器。

③自動調(diào)壓器其他故障現(xiàn)象及分析。自動調(diào)壓器還可能出現(xiàn)壓力大于15.2MPa時不泄壓和自動調(diào)壓器充氣過程中調(diào)節(jié)閥有漏氣現(xiàn)象導(dǎo)致充氣緩慢的故障現(xiàn)象。

自動調(diào)壓器故障短時間無法修復(fù)，需將自動調(diào)壓器從車輛上拆卸下來再進(jìn)行試驗和調(diào)試。

將自動調(diào)壓器從車上拆下后，對其工作性能進(jìn)行試驗：自動調(diào)壓器進(jìn)口接氣源，當(dāng)出口壓力達(dá)到14.2～15.2MPa時針狀斷路活門開啟、安全閥開啟，自動調(diào)壓器進(jìn)口通過安全閥與大氣相通。此時自動調(diào)壓器進(jìn)口壓力為1.0～1.5MPa（壓力表顯示）。緩慢打開開關(guān)模擬氣動元件實際用氣過程，使自動調(diào)壓器出口壓力降為12.2～13.9MPa時，調(diào)節(jié)閥開啟，使安全閥和斷路活門關(guān)閉，又開始充氣。

2.2 壓力表指示壓力過高或不指示

①故障原因。氣壓表接頭管路入口節(jié)流孔污物淤積過多導(dǎo)致堵塞或壓力表損壞。②排除方法。清理節(jié)流孔處淤積的污物或更換壓力表。

2.3 充氣緩慢或不充氣

①故障原因。油水分離器或空氣濾過臟導(dǎo)致不充氣或充氣緩慢：使用中不按照規(guī)定進(jìn)行排污，導(dǎo)致油水分離器及沉淀池內(nèi)油水臟污嚴(yán)重或銹蝕嚴(yán)重，造成管路堵塞，致使充氣壓力低，同時壓力持續(xù)升高會導(dǎo)致管路及油水分離器爆裂的情況發(fā)生。②排除方法。打開儀表板上油水分離器開關(guān)，檢查電控閥是否能正常排污，如無法正常排污則更換電控閥，安裝前將高壓氣源與電控閥相連，在低壓（1.0MPa）到高壓（15MPa）的過程中，檢驗其是否漏氣;當(dāng)壓力達(dá)到（14.7±0.5）MPa時，接入22～24V直流電源，檢查電控閥工作是否可靠。如電控閥能正常工作，清洗或更換空氣濾和油水分離器等部件。

3 ?保養(yǎng)

檢查空氣瓶的氣壓，應(yīng)在（12.75～15）MPa內(nèi)，若不符合標(biāo)準(zhǔn)則使用空氣壓縮機對其進(jìn)行充氣;

檢查系統(tǒng)管路及管路連接處，應(yīng)密封可靠;

擦拭空氣起動系統(tǒng)各個機件，并檢查其密封性;

若發(fā)動機需長時間停放時，應(yīng)關(guān)閉高壓空氣瓶開關(guān)。

4 ?結(jié)論

空氣起動系統(tǒng)是柴油發(fā)動機的主要起動方式，通過分析并排除空氣起動系統(tǒng)故障，熟練掌握故障機理，能夠提高解決問題的效率，讓修理人員快速掌握分析和解決空氣起動系統(tǒng)故障的方法。

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