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柴油發(fā)電機的起動(dòng)機空轉和難以起動(dòng)的案例分析 |
摘要：柴油發(fā)電機組起動(dòng)故障為最為常見(jiàn)的故障之一，電動(dòng)起動(dòng)所涉及的部件較多。常見(jiàn)故障有打開(kāi)起動(dòng)開(kāi)關(guān)，起動(dòng)機運轉時(shí)會(huì )有受控的敲擊聲，不能帶動(dòng)柴油發(fā)電機運轉；起動(dòng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，起動(dòng)機只轉動(dòng)空，小齒輪無(wú)法咬合飛輪齒圈帶動(dòng)柴油發(fā)電機轉動(dòng)；起動(dòng)機轉動(dòng)緩慢、無(wú)力，使柴油發(fā)電機難以驅動(dòng)；當起動(dòng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，起動(dòng)機只發(fā)出咔嗒聲，不會(huì )起動(dòng)?？得魉构咎嵝压ぷ魅藛T應遵守在維修時(shí)要堅持更換為輔、修理為主的核心原則。
一、柴油機起動(dòng)原理和方式
1、起動(dòng)原理
柴油發(fā)動(dòng)機借助于外力由靜止狀態(tài)轉入工作狀態(tài)的全過(guò)程稱(chēng)為柴油機的起動(dòng)過(guò)程。完成起動(dòng)過(guò)程所需要的一系列裝置稱(chēng)為起動(dòng)系統或起動(dòng)裝置。它的作用是提供起動(dòng)能量，驅使曲軸旋轉，可靠地實(shí)現柴油機起動(dòng)。柴油機起動(dòng)系統的工作性能主要是指能否迅速、方便、可靠地起動(dòng)；低溫條件下能否順利起動(dòng)；起動(dòng)后能否很快過(guò)渡到正常運轉；起動(dòng)磨損占柴油機總磨損量的比例以及起動(dòng)所消耗的功率等。這些性能對柴油機工作的可靠性、使用方便性、耐久性和燃料經(jīng)濟性等有很大影響。在起動(dòng)系統中，動(dòng)力驅動(dòng)裝置用于克服柴油機的起動(dòng)阻力，起動(dòng)輔助裝置是為了使柴油機起動(dòng)輕便、迅速和可靠。
柴油機起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)動(dòng)力裝置所產(chǎn)生的起動(dòng)力矩必須能克服起動(dòng)阻力矩（包括各運動(dòng)件的摩擦力矩、驅動(dòng)附件所需力矩和壓縮氣缸內氣體的阻力矩等）。起動(dòng)阻力矩主要與柴油機結構尺寸、溫度狀態(tài)及潤滑油的黏度等有關(guān)。柴油機的氣缸工作容積大、壓縮比高時(shí)，阻力矩大；機油黏度大，阻力矩也大。為保證柴油機順利起動(dòng)的最低轉速稱(chēng)為起動(dòng)轉速。起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)動(dòng)力裝置還必須將曲軸加速到起動(dòng)轉速。起動(dòng)轉速的大小隨柴油機型式的不同而不同。對于柴油發(fā)動(dòng)機，為了保證柴油霧化良好和壓縮終了時(shí)的空氣溫度高于柴油的自燃溫度，要求有較高的起動(dòng)轉速，一般為150～300r/min。
2、起動(dòng)方式
柴油發(fā)電機組的起動(dòng)方法通常有以下四種。
（1）人力啟動(dòng)
小功率柴油機廣泛采用人力起動(dòng)，這是最簡(jiǎn)單的起動(dòng)方法。常用的人力起動(dòng)裝置有拉繩起動(dòng)和手搖起動(dòng)。
小型移動(dòng)式柴油機（1～3kW）廣泛采用拉繩起動(dòng)。起動(dòng)繩輪裝在飛輪端，或在飛輪上設有繩索槽，繩輪的邊緣開(kāi)有斜口。起動(dòng)時(shí)，將繩索的一頭打成結勾在繩輪邊緣的斜口上，并在繩輪上按曲軸工作時(shí)的旋轉方向繞2～3圈，拉動(dòng)后，繩索自動(dòng)脫離起動(dòng)繩輪。
手搖起動(dòng)一般用于3～12kW的小型柴油發(fā)動(dòng)機。手搖起動(dòng)裝置利用手搖把直接轉動(dòng)曲軸，使柴油機起動(dòng)。這種方法比較可靠，但勞動(dòng)強度大，且操作不便。手搖起動(dòng)的小型柴油發(fā)動(dòng)機通常設有減壓機構，以減小開(kāi)始搖轉曲軸時(shí)的阻力，減壓可以用頂起進(jìn)氣門(mén)、排氣門(mén)或在氣缸頂上設一個(gè)減壓閥的方法來(lái)達到。功率大于12kW的柴油發(fā)動(dòng)機，難以用手搖起動(dòng)的方法起動(dòng)，所以也沒(méi)有手搖裝置。
（2）電動(dòng)機啟動(dòng)
直流電動(dòng)機起動(dòng)廣泛應用于各種車(chē)用發(fā)動(dòng)機和中小功率的柴油發(fā)電機組。這種起動(dòng)方法是用鉛酸蓄電池供給直流電源，由專(zhuān)用的直流起動(dòng)電動(dòng)機拖動(dòng)柴油機曲軸旋轉，將柴油機發(fā)動(dòng)。這種起動(dòng)系統具有結構緊湊、操作方便，并可遠距離操作等優(yōu)點(diǎn)。其主要缺點(diǎn)是起動(dòng)時(shí)要求供給的起動(dòng)電流較大（一般為200A以上），鉛酸蓄電池容量受限，使用壽命較短，重量大，耐振性差，環(huán)境溫度低時(shí)放電能力會(huì )急劇下降，致使電動(dòng)機輸出功率減小等。GB/T 1147.2-2017《中小功率內燃機第2部分：試驗方法》中規定，起動(dòng)電機每次連續工作時(shí)間不應超過(guò)10s，每次起動(dòng)的間隔時(shí)間不少于2min，否則有可能將直流起動(dòng)電機燒壞。
（3）壓縮空氣啟動(dòng)
缸徑超過(guò)150mm的大、中型柴油機常用壓縮空氣起動(dòng)。目前主要采用將高壓空氣經(jīng)起動(dòng)控制閥通向凸輪軸控制的空氣分配器，再由空氣分配器按柴油機工作順序，在做功沖程中將高壓空氣供給到各缸的起動(dòng)閥，使起動(dòng)閥開(kāi)啟，壓縮空氣流入氣缸，推動(dòng)活塞、轉動(dòng)曲軸達到一定轉速后，停止供氣，操縱噴油泵供油，柴油機就被起動(dòng)。貯氣瓶輸出空氣壓力對低速柴油機為2～3MPa，對高速柴油機為2.5～10MPa。此起動(dòng)方法的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)力矩大，可在低溫下保證迅速、順利地起動(dòng)柴油機，缺點(diǎn)是結構復雜、成本高?？得魉筀TA-2300C型柴油機采用另一種壓縮空氣起動(dòng)方法，它利用高壓空氣驅動(dòng)葉片轉子式電機，通過(guò)慣性傳動(dòng)裝置帶動(dòng)柴油機飛輪旋轉。
（4）用小型汽油機啟動(dòng)
某些經(jīng)常在野外、嚴寒等困難條件下工作的大、中型工程機械及拖拉機柴油機，有時(shí)采用專(zhuān)門(mén)設計的小型汽油機作為起動(dòng)機。先用人力起動(dòng)汽油機，再用汽油機通過(guò)傳動(dòng)機構起動(dòng)柴油機。起動(dòng)機的冷卻系統與主機相通，起動(dòng)機發(fā)動(dòng)后，可對主機冷卻水進(jìn)行預熱；起動(dòng)機的排氣管接到主機進(jìn)氣管中，可對主機進(jìn)氣進(jìn)行預熱。此法可保證柴油機在較低環(huán)境溫度下可靠地起動(dòng)，且起動(dòng)的時(shí)間和次數不受限制，有足夠的起動(dòng)功率，適用于條件惡劣的環(huán)境下工作。但其傳動(dòng)機構較復雜，操作不方便，柴油機總重及體積也增大，機動(dòng)性差。
對于不同類(lèi)型的柴油機，GB/T 1147.1-2017《中小功率內燃機第1部分：通用技術(shù)條件》中規定，不采取特殊措施，柴油機能順利起動(dòng)的最低溫度為：電起動(dòng)及壓縮空氣起動(dòng)的應急發(fā)電機組及固定用柴油機不低于0℃；人力起動(dòng)的柴油機不低于5℃。
3、起動(dòng)系統組成和過(guò)程
柴油機的起動(dòng)系統主要由起動(dòng)電機、蓄電池、充電發(fā)電機、調節器、照明設備、各種儀表和信號裝置等組成。其中，起動(dòng)機的結構組成包括電動(dòng)機、齒輪傳動(dòng)機構、電磁鐵、開(kāi)關(guān)和電線(xiàn)等，如圖1所示。
工作流程如圖2所示。當電鑰匙（電鎖）JK撥向“右”位并按下起動(dòng)按鈕KC時(shí)，起動(dòng)電機D的電磁鐵線(xiàn)圈接通，電磁開(kāi)關(guān)吸合，蓄電池B1的正極通過(guò)起動(dòng)電機D的定子和轉子繞組與蓄電池B2的負極構成回路。在電磁開(kāi)關(guān)吸合時(shí)，起動(dòng)電機的齒輪即被推出與柴油機起動(dòng)齒圈嚙合，帶動(dòng)曲軸旋轉而使柴油機起動(dòng)。柴油機起動(dòng)后，應立即將電鑰匙撥向“左”位，切斷起動(dòng)控制回路的電源，與此同時(shí)，硅整流充電發(fā)電機L的正極通過(guò)電流表A，一路通過(guò)電鑰匙JK和硅整流發(fā)電機的調節器P，經(jīng)硅整流發(fā)電機L的磁場(chǎng)回到硅整流發(fā)電機L的負極；另一路經(jīng)蓄電池B1的正極，再通過(guò)蓄電池B2和起動(dòng)電機的負極，回到硅整流充電發(fā)電機L的負極，構成充電回路。當柴油機轉速達到1000r/min以上時(shí)，硅整流充電發(fā)電機L與調節器P配合工作開(kāi)始向蓄電池B1和B2充電，并由電流表A顯示出充電電流的大小。柴油機停車(chē)后，由于硅整流發(fā)電機調節器內無(wú)截流裝置，應將電鑰匙撥到中間位置，這樣能切斷蓄電池與硅整流發(fā)電機勵磁繞組的回路，防止蓄電池的電流倒流至硅整流發(fā)電機的勵磁繞組。
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圖1 柴油機起動(dòng)機結構示意圖 |
圖2 柴油發(fā)電機啟動(dòng)系統起動(dòng)過(guò)程 |
二、起動(dòng)機空轉故障案例
1、故障現象：
康明斯柴油發(fā)電機起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)機空轉。
2、故障分析：
柴油發(fā)電機起動(dòng)時(shí)，聽(tīng)到磁力開(kāi)關(guān)有吸合的動(dòng)作響聲和起動(dòng)機空轉的聲音，但柴油發(fā)電機不轉動(dòng)。這可能是起動(dòng)機驅動(dòng)齒輪與飛輪齒圈沒(méi)有嚙合或者是由于起動(dòng)機單向接合器打滑，不能把轉矩傳給柴油發(fā)電機飛輪，致使柴油發(fā)電機無(wú)法起動(dòng)。
3、故障原因：
（1）起動(dòng)機甩輪與柴油發(fā)電機飛輪的牙齒損壞或發(fā)生頂齒；
（2）起動(dòng)機的電磁開(kāi)關(guān)閉合過(guò)早；
（3）電磁開(kāi)關(guān)吸力不足；
（4）起動(dòng)機內撥權損壞；
（5）單向結合器打滑。
4、故障排除方法：
（1）用螺絲刀調整電磁開(kāi)關(guān)左下端的調節螺釘，使齒輪與齒圈距離接近且容易嚙合，反復調整幾次后，按壓起動(dòng)按鈕，故障不能排除；
（3）拆下起動(dòng)機，對起動(dòng)機內部進(jìn)行檢查，發(fā)現起動(dòng)機內撥杈的一側損壞，經(jīng)焊接、裝配后，重新起動(dòng)柴油發(fā)電機，起動(dòng)機工作正常，故障即被排除。
（4）斷開(kāi)接地開(kāi)關(guān)，再合上，再起動(dòng)柴油發(fā)電機。如果起動(dòng)機還是不能轉動(dòng)，則用萬(wàn)用表電阻擋，測試接地開(kāi)關(guān)。根據起動(dòng)系統電路圖逐步測試（如圖4所示），發(fā)現接地開(kāi)關(guān)接觸不良。修理后，柴油發(fā)電機可以正常起動(dòng)，故障即被排除。
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圖3 柴油機曲軸飛輪組嚙齒位置 |
圖4 柴油機起動(dòng)系統的線(xiàn)路連接圖 |
三、起動(dòng)困難故障案例
1、故障現象：
柴油發(fā)電機難以起動(dòng)，且起動(dòng)后排氣管排出大量的黑煙。
2、故障分析：
柴油發(fā)電機難以起動(dòng)，且起動(dòng)后排氣管排出大量黑煙，是柴油噴入燃燒室后柴油不能完全燃燒所致。
3、故障原因：
（1）噴油器噴入燃燒室內的柴油燃燒時(shí)，產(chǎn)生的壓力太小或氣門(mén)密封不良；
（2）噴油嘴偶件工作不良；
（3）空氣濾清器或進(jìn)氣管部分堵塞；
（4）高壓油泵噴油正時(shí)過(guò)早；
（5）高壓油泵各分泵供油量過(guò)大；
（6）空氣溫度太低。
4、故障排除方法：
這類(lèi)故障的排除應從燃油系統的組件查起：
（1）對低壓油路進(jìn)行檢查，沒(méi)發(fā)現有漏油等現象：
（2）卸掉高壓油泵側蓋板，然后用一平口螺絲刀撬動(dòng)油泵各分泵柱塞，使6個(gè)缸的高壓油管內充滿(mǎn)燃油；
（3）接通接地開(kāi)關(guān)，打開(kāi)電鎖，按壓起動(dòng)按鈕，10s內沒(méi)有起動(dòng)的跡象，重復4次后，柴油發(fā)電機被起動(dòng)，但排氣管排出大量的黑煙，運轉3min后，黑煙繼續從排氣管排出，用手觸摸第一、第二兩汽缸的排氣管溫度，發(fā)現溫度較高，在觸摸三汽缸時(shí)，發(fā)現排氣管溫度較低，觸摸第四汽缸、第五汽缸、第六汽缸時(shí)，發(fā)現排氣管溫度更低，這說(shuō)明在柴油發(fā)電機以800r/mm運轉時(shí)，第四、五、六汽缸不工作，第三汽缸工作異常；
（4）停機后，取出三、四、五、六汽缸的噴油器，然后接在三、四、五、六缸的高壓油管上，起動(dòng)柴油發(fā)電機，對其4個(gè)汽缸的噴油嘴進(jìn)行噴油試驗，在檢查中發(fā)現四、五、六汽缸噴油器的噴嘴向外竄油，第三汽缸滴油，這說(shuō)明柴油發(fā)電機難以起動(dòng)是由于三、四、五、六汽缸內的噴油嘴噴油不霧化所造成；
（5）對4個(gè)汽缸的噴油嘴偶件進(jìn)行更換、調整和裝配后，重新起動(dòng)柴油發(fā)電機，機器工作正常，起動(dòng)困難和排黑煙現象消失，故障即被排除。
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