康明斯发动机排气支管滴油故障排查及解决方案

学术   2024-10-20 18:30   广东  

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针对康明斯发动机排气支管出现滴漏油故障,拆检发动机气门导管后发现,气门导管未设置气门油封。

发动机工作一段时间后气门导管磨损,润滑油通过气门导管进入到燃烧室及排气支管,润滑油未完全燃烧从排气支管漏出。

分析气门导管油封作用,按照技术要求更换为带油封的气门导管后故障消除。


一、故障现象

我单位2014年购置4辆DA12型铁路供电检修工程车,2015年6月投入使用,2019年2月已运行3.7~5.0万km。
该车配装重庆康明斯NTA855-L360型发动机。
车辆使用中发动机排气支管一直存在滴油故障,随着使用时间的延长,滴油情况逐渐严重。
新车使用初期,4辆车发动机排气支管下方均不同程度存在潮湿、滴漏痕迹,售后人员多次紧固缸盖螺栓、更换机油、调整气门间隙和喷油嘴行程等,问题仍然存在。

因发动机转速、功率、机油压力、水温均正常,厂家认为该机漏油原因有2个:
一是该型发动机停机时始终有 1 个喷油器处于开启状态,造成喷油器油道内的燃油有一部分流入汽缸。
待下次启动时流入汽缸内燃油没有完全燃烧,随排气排出,造成排气支管存在潮湿、滴漏现象。

二是发动机进风口空间狭窄,且在百叶窗后方,由于关闭百叶窗启动发动机,造成发动机进气量不足,燃烧室内燃烧不充分的燃油便随着排气排出。

这4辆车使用至今,每年均进行一次年度检修,并对发动机PT泵、喷油嘴进行过校验,校验后渗漏油问题仍然存在。

2019年2月,1辆工程车发动机滴漏情况明显恶化,需经常补充机油。
启动发动机前擦净的排气管,启动约10min 后排气支管出现明显渗漏油现象,如图1所示。
图 1 发动机渗漏油情况

二、故障排查

分析认为,排气支管处滴漏的油液可能是燃油、机油或2种油均有。
1、检查燃油供给系统
该发动机曾将PT泵、全车喷油嘴送到重庆康明斯公司进行校验,校验后故障情况无根本改善,说明所漏的不是燃油。

2、检查润滑系统
仔细观察发动机运转时排气颜色稍微呈现“蓝色”,且发动机润滑油消耗明显过快,说明所滴漏的油液主要是机油。
拆卸增压器,检查增压器进、排气侧无润滑油渗漏现象。
拆卸缸盖后进行水煮清洗,用压缩空气吹扫,检查缸盖的进、排气道内无贯通到缸盖上裂纹。
检查燃烧室内也无贯通到润滑油道裂纹。

3、检查气门
解体缸盖组件,检查气门密封情况良好,气门导管磨损正常,但进、排气门导管上均未安装气门油封。
进一步核实发现,康明斯其他型号发动机进、排气门导管上有的安装有气门油封,有的没有安装气门油封。
了解得知,安装有气门油封的发动机基本不存在排气支管滴漏油现象。

三、气门油封作用

1、气门导管间隙及润滑
气门开启、关闭时气门导管起导向作用,并为气门散热。
气门导管与气门杆需保持合适的间隙,以使气门开启、关闭运动顺畅。
该发动机新品气门杆外径为 11.43~11.46mm,磨损极限外径为11.41mm,新品气门导管内径为 11.494~11.511 mm,磨耗极限内径11.56mm,正常间隙为0.034~0.081mm,极限间隙为0.15mm。

发动机工作中,润滑油从机油泵到凸轮轴轴承、再到摇臂轴,通过飞溅方式润滑气门及气门导管。
若没有气门油封,机油可直接润滑到气门杆。
若气门导管上安装气门油封,油封唇边能收集一定量的机油,气门在工作过程中,通过气门的抽吸和温度升高的膨胀,机油能自动进入摩擦表面起润滑作用。

2、没有气门油封缺陷
如果气门导管上未安装气门油封,发动机停机后,润滑气门杆的剩余机油,会有部分集聚到气门导管与气门杆之间。
气门杆温度下降后直径变小,气门杆与气门导管间隙增大,机油就会进入进、排气道内,在下次发动机启动、气门开启时进入燃烧室,机油便随发动机排出的废气进入排气支管。
发动机长期工作后,气门与气门导管因磨损造成间隙变大。
若气门导管没有安装气门油封,发动机工作过程中,更多的机油就会通过气门导管与气门杆间的间隙,进入进排气道和燃烧室。

3、排气支管漏油原因
由此可见,该发动机排气支管滴油的原因是发动机出厂时气门导管未设置气门油封,致使机油从气门、气门导管间的间隙进入进排气道及燃烧室。

分析认为,发动机使用初期,气门、气门导管间的间隙较小,进入进、排气支管的机油量较少,集聚在排气支管仅表现出浸润痕迹。
发动机使用时间较长后,气门、气门导管间的间隙磨损变大,进入进、排气支管的机油量较多,机油集聚在排气支管后就会出现滴油现象。
进入燃烧室内的机油未完全燃烧,从排气管排出,同时发动机伴有冒“蓝烟”现象。

四、解决方案

我们先测量出现渗漏油故障发动机气门导管尺寸、汽缸盖上的气门导管座孔尺寸,确定安装的不带气门油封的气门导管型号为 3006456-20。
再从重庆康明斯发动机厂家中寻找能安装气门油封的气门导管,询问得知,设有油封槽、型号为 4296687-20 的气门导管,与 3006456-20 型气门导管安装尺寸完全相同,可以用 4296687-20 型气门导管,替换 3006456-20 型气门导管。
设有气门油封和没有气门油封导管对比如图2所示。
图2 设有气门油封和没有气门油封导管的对比

五、更换气门导管工艺

我们更换气门导管采用“热煮”拆、“冷冻”装工艺,更换方法如下。
1、工具
所用工具有水煮加热炉、液氮罐和不少于总容量的 1/3液氮。
参照气门导管外径、内径、壁厚及缸盖厚度加工 1 根“阶梯轴”,用以辅助敲击气门导管。
此外还需准备其他常规辅助工具。

2、拆装准备
从拆卸的汽缸盖上拆解气门组件,测量气门导管安装在汽缸盖上露出缸盖部分的高度(26.48~26.68mm),将该高度标注在准备安装的气门导管上。

3、拆卸方法
将汽缸盖用水加热至沸点保持约20min,取出汽缸盖(使气门座圈向上),支撑稳固并使支撑面保持一定高度,以留出气门导管脱落的距离。
用“阶梯轴”从气门座圈方向插入气门导管内,并在上面垫上垫木,用手锤敲击垫木,将气门导管拆下。

4、清洗安装检查
清除汽缸盖、气门积碳,如气门积碳严重,则更换气门并研磨气门至密封良好。
清洗汽缸盖后用压缩空气吹干,并用压缩空气检查内部燃油油道、润滑油油道、进排气道内有无裂纹。
如果有裂纹更换缸盖,再测量各气门导管安装孔直径。

测量待安装的新气门导管内径、外径、高度,与之前记录的气门杆直径、气门导管安装孔直径进行选配。
因《手册》无气门导管与汽缸盖座孔过盈量数据,根据旧导管及汽缸盖座孔尺寸测量情况,确定气门导管与气缸盖座孔过盈量为 0.03~0.07mm 为宜。
该过盈量可使气门导管与气门杆间隙为0.03~0.08mm。
气门导管高度在 32.26~32.50mm 即可进行选配,如不在上述范围,需要重新选择加大一级的气门导管。
选配好后做好各缸气门导管标记。

5、装配
将各缸气门导管放入液氮罐内,待10min后液氮不冒泡时,迅速取出气门导管,用“阶梯轴”作导向,将气门导管装入对应的汽缸盖座孔内,并保证导管安装在汽缸盖上露出缸盖部分的高度符合以上要求。
注意在操作过程中,要戴上手套,防止皮肤长时间接触液氮冻伤。

测量气门导管与气门杆的间隙符合安装要求后,重新研磨气门,再在气门导管上端台阶上安装气门油封。
更换汽缸垫后将汽缸盖安装到发动机上。
重新调整气门间隙和喷油嘴行程,进行空载启机,检查水温、油压、排气烟色、转速、声响情况均正常。

运转30min后,观察排气支管已基本无油滴情况,第二天将工程车开上铁道线路进行带载路试,路试过程中检查水温、油压正常。
带载牵引运行功率正常,经铁路线路上线运行约 60km,检查排气支管无渗漏情况。

作者:中国铁路昆明局集团有限公司玉溪供电段安全科 王荣新


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