故障檢修與技術(shù)維護 |
柴油發(fā)動(dòng)機水溫的原因分析和處理及預防措施 |
摘要:柴油發(fā)電機水溫高一般都是用戶(hù)未按照規定清洗冷卻系統,導致水垢積累過(guò)多或雜物堵塞水箱散熱器芯管,使冷卻水得不到冷卻?;蛘呤秋L(fēng)扇皮帶損壞或風(fēng)扇皮帶打滑導致水泵軸轉速減慢,使泵水量不足,或者風(fēng)扇葉片變形使輸風(fēng)量不足而降低風(fēng)冷效果。柴油發(fā)電機水溫過(guò)高通常會(huì )造成散熱器內冷卻液沸騰、柴油發(fā)電機功率下降、潤滑油黏度降低、柴油發(fā)電機零部件間摩擦加劇,甚至會(huì )導致柴油發(fā)電機拉缸、汽缸墊燒毀等嚴重故障??得魉构究偨Y柴油發(fā)電機高溫的主要原因和處理方法,同時(shí)提出一些預防措施。
一、水溫傳感器的作用及檢測
柴油機冷卻液溫度傳感器又稱(chēng)水溫傳感器,外形與尺寸如圖1所示。它用來(lái)檢測柴油機冷卻液的溫度,并將溫度信號轉變成電信號輸送給柴油機控制單元,作為燃油噴射、點(diǎn)火正時(shí)、怠速和尾氣排放控制的主要修正信號之一。對水溫傳感器的檢測要從以下3個(gè)方面入手:首先,運用萬(wàn)用表對水溫傳感器進(jìn)行檢測,主要可以分為單件檢測與在機檢測2種;其次,檢測發(fā)電機組水溫傳感器輸出的信號;最后,檢測控制單元與水溫傳感器兩者連接線(xiàn)束的電阻值。水溫傳感器的電路連接如圖2所示。
通常情況下,發(fā)電機組水溫傳感器可以分為兩大類(lèi),分別是繞線(xiàn)電阻式和熱敏電阻式。繞線(xiàn)電阻式溫度傳感器的原理是將純度非常高的鎳線(xiàn)纏繞到絕緣繞線(xiàn)架上,然后在外層罩上相應的外套。根據電阻值會(huì )隨著(zhù)溫度變化的特點(diǎn),實(shí)現溫度傳感器的作用。但是該類(lèi)型的溫度傳感器響應比較差,時(shí)長(cháng)大約在15s左右。熱敏式溫度傳感器屬于敏感元件,根據溫度系數的不同可以劃分為NTC(負熱敏系數)和PTC(正熱敏系數)2種。正熱敏系數溫度傳感器的電阻值會(huì )隨著(zhù)溫度的升高而增加;而負熱敏系數溫度傳感器的電阻值則會(huì )隨若溫度的升高而減小。熱敏式溫度傳感器具有體積小、電阻大、重量輕的特點(diǎn),比較適用于測量小空間的溫度。熱敏式溫度傳感器的反應速度比較快,熱慣性相對比較小,因而被廣泛地運用于檢測柴油機冷卻液溫度。
圖1 水溫傳感器外形尺寸 |
圖2 水溫傳感器與ECU電路連接圖 |
二、柴油機水溫高的主因
柴油發(fā)動(dòng)機冷卻液溫度不在規定范圍(83℃左右),會(huì )有很多負面影響。比如:溫度過(guò)低會(huì )引起缸套、活塞摩擦副早期磨損;潤滑油對強制潤滑部位不能達到理想的潤滑效果;噴入燃燒室的油霧不能很好地和空氣混合,使燃燒不完全、爆發(fā)力減弱、油耗上升,同時(shí)加劇氣門(mén)、活塞頂及環(huán)槽處的積炭。溫度高不僅會(huì )引起缸套活塞摩擦副早期磨損,溫度太高還會(huì )造成拉缸;溫度高會(huì )使潤滑油粘度下降,油膜被破壞,不管是強制潤滑還是飛濺潤滑,其效果都顯著(zhù)下降。從另一個(gè)角度分析,發(fā)動(dòng)機溫度過(guò)高會(huì )造成工作的熱效率降低,動(dòng)力嚴重不足。因此,控制發(fā)動(dòng)機冷卻水溫度在給定區間,顯得十分重要。
1、人為方面的因素
(1)嚴重超載,長(cháng)時(shí)間重負載運行。
發(fā)動(dòng)機處于長(cháng)時(shí)間重負載運轉,勢必造成冷卻液溫度偏高,縮短發(fā)動(dòng)機使用壽命。
(2)冷卻液選用也相當重要。
通常情況下,操作員都是隨意加普通水,殊不知這些水絕大部份都是硬水,含有各種鹽類(lèi),易在水套及水箱散熱管壁上形成水垢,影響熱量傳遞導致水溫高,更為嚴重的加上房頂露天蓄水,水里很多雜質(zhì),進(jìn)入冷卻系堵塞水箱,阻礙冷卻水循環(huán),發(fā)動(dòng)機冷卻水套的水不能較好地通過(guò)水箱散熱而溫度急劇上升。
(3)散熱器、風(fēng)道、導風(fēng)罩及發(fā)動(dòng)機表面臟污
此現象嚴重阻止發(fā)動(dòng)機本體熱量的散發(fā),特別是當機件表面沾有機油時(shí),塵土和機油結成的臟物,其導熱系數比水垢更差。
2、發(fā)動(dòng)機本身的因素
(1)發(fā)動(dòng)機冷卻水套狹窄,冷卻液在水套里的循環(huán)不暢或水套里儲存的冷卻液量不夠,同樣會(huì )引起水溫過(guò)高。若不能正確地使用和維護機輛,問(wèn)題會(huì )進(jìn)一步惡化而無(wú)法解決,最終只有換整機。
(2)冷卻水泵、風(fēng)扇、節溫器工作不良及供油時(shí)間不對也是造成水溫高的常見(jiàn)原因。水泵的泵水量除與轉速、冷卻系內部壓力有關(guān)外,還與冷卻水的溫度、水量、流動(dòng)阻力和水泵狀態(tài)有關(guān),發(fā)動(dòng)機運轉時(shí),水泵進(jìn)水口處的壓力最低,會(huì )產(chǎn)生一定的真空度,水的沸點(diǎn)隨壓力的降低而下降。當水溫過(guò)高時(shí),水沸騰而產(chǎn)量大量蒸汽,使泵水量急劇下降。此外,水泵本身?yè)p壞或轉速不夠,泵體內水垢沉積過(guò)多,通路變窄都會(huì )使冷卻水流量減小,散熱性能降低,發(fā)動(dòng)機溫度增高。
(3)風(fēng)扇轉速不夠、葉片變形、裝反、節溫器卡死在半關(guān)閉或關(guān)閉狀態(tài),都會(huì )不同程度引起發(fā)動(dòng)機水溫偏高。在實(shí)際工作中要認真細致的分析、檢查。有些故障原因不是肉眼能辨別的,可采用比較法鑒別,比如風(fēng)扇變形情況,可用新的同種風(fēng)扇葉進(jìn)行比較,看葉片相對旋轉平面的夾角是否變小,因為這個(gè)角度過(guò)小,抽風(fēng)強度就不夠。風(fēng)扇皮帶過(guò)松出現打滑導致風(fēng)扇轉速過(guò)低,抽風(fēng)效果同樣會(huì )減弱,節溫器卡死在半關(guān)閉或關(guān)閉狀態(tài),阻礙或取消冷卻水的大循環(huán),水套的冷卻水不能通過(guò)水箱冷卻,機體溫度就會(huì )上升。發(fā)動(dòng)機供油時(shí)間過(guò)大,不僅會(huì )造成起動(dòng)困難,最高工作壓力降低,熱損失增多,功率下降,油耗增大,而且會(huì )導致發(fā)動(dòng)機過(guò)熱。因此必須保證發(fā)動(dòng)機的供油時(shí)間在規定范圍,發(fā)動(dòng)機的供油時(shí)間決定正時(shí)齒輪的相互嚙合間隙,主軸瓦、連桿軸瓦與軸頸的配合間隙,噴油泵凸輪與滾輪的磨損情況等。
3、使用環(huán)境及年久失修導致的過(guò)熱
(1)點(diǎn)火不正時(shí)。
發(fā)動(dòng)機在使用中,隨著(zhù)時(shí)間的延長(cháng),機械磨損會(huì )逐步加劇,點(diǎn)火時(shí)刻有一個(gè)逐漸趨遲的現象,再加上有的駕修人員總擔心點(diǎn)火早會(huì )出現爆震的情況,在調校時(shí)往往人為地推遲點(diǎn)火時(shí)間。點(diǎn)火過(guò)遲,燃燒氣體與氣缸壁的接觸時(shí)間會(huì )過(guò)長(cháng),最終也會(huì )導致發(fā)動(dòng)機過(guò)熱。另外,分電器中的點(diǎn)火提前裝置工作不良或失效,也會(huì )造成發(fā)動(dòng)機點(diǎn)火過(guò)遲。所以,定期調校點(diǎn)火正時(shí)和保證點(diǎn)火提前裝置處于良好的工作狀況,對防止發(fā)動(dòng)機過(guò)熱很有好處。
(2)節溫器故障。
主要表現為節溫器主閥門(mén)不能全開(kāi)或節溫器卡滯在大、小循環(huán)之間,另外還有節溫器老化,密封不良使膨脹體泄漏等。這些故障均會(huì )影響發(fā)動(dòng)機溫度升高后冷卻水大循環(huán)不暢而出現發(fā)動(dòng)機過(guò)熱。節溫器的檢查有兩種:一是啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(在發(fā)動(dòng)機轉速一定時(shí)),打開(kāi)水箱蓋觀(guān)察,若低溫和高溫時(shí)的滾動(dòng)現象一致,為節溫器被卡在大、小循環(huán)之間;若低溫時(shí),液面滾動(dòng)強烈則是節溫器卡在大循環(huán)狀態(tài);如果溫度達到發(fā)動(dòng)機正常的工作溫度時(shí),液面仍平靜,說(shuō)明節溫器不能開(kāi)啟。二是將節溫器放人冷液中加溫,觀(guān)察其開(kāi)啟溫度、全開(kāi)溫度及主閥門(mén)的升程等指標是否符合規定。如果有任何一項指標達不到要求就應更換節溫器。
(3)風(fēng)扇離合器工作不良。
裝有硅油風(fēng)扇離合器的應檢查水溫在90-95℃時(shí),風(fēng)扇能否達到全速。簡(jiǎn)易檢測的方法是:在高溫時(shí)熄火,用手撥動(dòng)風(fēng)扇,感覺(jué)費力為正常;否則,就需要進(jìn)行檢修。對溫控電動(dòng)風(fēng)扇的檢查,以桑塔納轎機為例:正常情況下,當溫度達到93-98℃時(shí),風(fēng)扇開(kāi)始低速運轉;當溫度上升到99-105℃時(shí),風(fēng)扇開(kāi)始高速運轉。否則,應更換溫控開(kāi)關(guān)。
(4)燃燒室積炭的影響。
燃燒室積炭過(guò)多,將會(huì )使發(fā)動(dòng)機爆燃、早燃,同時(shí)還導致散熱不良。對此,應及時(shí)清除燃燒室內的積炭。
(5)炎熱時(shí)節,重負載長(cháng)時(shí)間運行。
柴油發(fā)電機長(cháng)時(shí)間超負荷作業(yè),會(huì )使其油耗增加、熱負荷升高,從而出現水溫過(guò)高現象。為此,應避免柴油發(fā)電機長(cháng)時(shí)間超負荷作業(yè)。在此情況下,應注意冷卻液溫度變化,必要時(shí)應選陰涼處暫歇,通過(guò)怠速運轉降溫。另外,裝有空調的汽機,也應關(guān)閉空調,以防過(guò)熱。
(6)風(fēng)扇皮帶過(guò)松或風(fēng)扇變形
風(fēng)扇皮帶過(guò)松,容易造成風(fēng)扇轉速降低,造成散熱器不能發(fā)揮應有的散熱能力,導致柴油發(fā)電機溫度過(guò)高。此外,風(fēng)扇變形也會(huì )導致散熱器的散熱能力不能充分發(fā)揮。對此,應定期檢查柴油發(fā)電機風(fēng)扇皮帶是否松弛及風(fēng)扇形狀是否異常。
(7)散熱器表面附著(zhù)雜物
散熱器表面附著(zhù)雜物不僅會(huì )使散熱器散熱面積減小,同時(shí)會(huì )使散熱器的迎風(fēng)面積減小,導致散熱器的散熱能力降低,引起柴油發(fā)電機高溫。散熱器表面附著(zhù)雜物是最常見(jiàn)的現象。由于散熱器不容易整體拆卸,因此,只能對某些相關(guān)零部件進(jìn)行拆卸。拆卸防塵網(wǎng)后,應先用刷子等工具清除大的雜物,然后用高壓水流或氣體沖洗防塵網(wǎng),水流或氣流壓力建議保持1MPa以上。為便于對散熱器的芯體進(jìn)行清理,應拆除導風(fēng)罩及風(fēng)扇護網(wǎng)等零部件。
沖洗散熱器時(shí),噴嘴要盡量與散熱器平面垂直,噴嘴要與散熱器保持10~30mm的距離,噴嘴壓力要根據散熱器芯體厚度進(jìn)行調整。如果條件允許,用高壓水流清洗后可再用壓縮空氣清洗一次,方法同上。如果條件限制只能用壓縮空氣,應先用水將散熱器濕潤,然后用壓縮空氣直接進(jìn)行清理,氣體壓力應在2.5MPa以上。清洗完成后,裝復拆下的零部件,即完成清洗工作。
(8)冷卻液循環(huán)不暢
① 節溫器開(kāi)度不足
節溫器開(kāi)度不足會(huì )降低柴油發(fā)電機冷卻系統大循環(huán)的散熱能力。如果柴油發(fā)電機高溫,可以將節溫器放入水中進(jìn)行加熱檢查,一般節溫器的開(kāi)啟距離為8~10mm。
② 水泵性能不良
水泵性能不良則會(huì )造成冷卻液流量降低,致使柴油發(fā)電機高溫。對此,應檢查散熱器上、下水室。上、下水室的溫差一般在6~12℃,如果偏小,可更換水泵。
③ 水垢過(guò)多
水垢過(guò)多也會(huì )影響散熱器內翅片的散熱效率,降低冷卻液與冷風(fēng)的導熱能力。對此,應定期清洗柴油發(fā)電機冷卻系統,同時(shí),避免使用劣質(zhì)的冷卻液,以減少水垢的生成。
(9)冷卻液不足
柴油發(fā)電機冷卻系統中若缺少冷卻液,則會(huì )影響柴油發(fā)電機散熱效果,造成柴油發(fā)電機高溫。對此,應經(jīng)常檢查散熱器及膨脹水箱內冷卻液存量,液位低時(shí)應及時(shí)補充。
圖3 柴油機冷卻系統結構圖 |
圖4 柴油機冷卻系統部件分布 |
三、故障處理措施
1、 檢查水箱內水量和水質(zhì)
散熱器工作原理如圖5所示。首先要檢查柴油機的水箱內是否有足夠的清潔冷卻液,并檢查冷卻液是否與廠(chǎng)家規定的標準相符。其步驟是在冷機狀態(tài)下打開(kāi)水箱蓋,檢查水箱內冷卻液的高度,一般以伸入的食指能觸及液面為準,如果發(fā)現水量不足或者冷卻液質(zhì)量不佳,則需要及時(shí)添加或更換冷卻液。同時(shí),也要注意清洗水箱和更換濾芯等維護工作。
2、清洗散熱器
檢查水箱散熱器的散熱窗,如果存在大量的油污或灰塵堵塞了散熱窗通風(fēng)孔,請對散熱器進(jìn)行清潔,保證其通風(fēng)順暢;可以使用高壓氣槍將灰塵和雜物吹出,或者使用清洗劑進(jìn)行清洗。在清洗過(guò)程中要注意不要損壞散熱器的鰭片和管路。
3、檢查風(fēng)扇皮帶
檢查散熱器風(fēng)扇皮帶的磨損情況和張緊度,按需要更換或張緊皮帶,扭矩值如圖6所示。
4、檢查機油容量
查看油標尺的標度,確保在停機5分鐘后機油液面高度在標尺的L與H位之間靠近H位為滿(mǎn)油位,如果不足,請補充相同型號的機油到規定刻度;此外,機油泵是控制機油流動(dòng)的關(guān)鍵部件之一。如果機油泵故障,則會(huì )導致機油流量不足,從而引起潤滑和冷卻作用失效。因此,在處理柴油機水溫高問(wèn)題時(shí),也要注意檢查機油泵是否正常工作。
5、傳感器失效
檢查溫度傳感器上的接線(xiàn),確保其連接牢固可靠,測量溫度傳感器的阻值并記錄該阻值時(shí)的溫度顯示值,并與下表進(jìn)行比較,如果存在較大差值,請更換溫度傳感器;
6、更換水泵
水泵損壞會(huì )導致冷卻液無(wú)法正常循環(huán),發(fā)動(dòng)機燃燒產(chǎn)生動(dòng)力的過(guò)程中不斷產(chǎn)生熱量,冷卻液卻無(wú)法帶走多余的熱量,熱量累積就會(huì )導致發(fā)動(dòng)機高溫情況;水泵質(zhì)量差,也會(huì )導致冷卻液流量低,造成發(fā)動(dòng)機高溫。如果損壞,應更換水泵。
7、更換節溫器
節溫器損壞會(huì )導致發(fā)動(dòng)機只能進(jìn)行小循環(huán),無(wú)法充分進(jìn)行散熱,導致高溫。如發(fā)現損壞,應予以更換。
圖5 柴油機散熱水箱工作圖 |
圖6 柴油發(fā)動(dòng)機皮帶張緊度調整 |
四、預防措施
1、定期更換冷卻液和濾芯
定期更換冷卻液和濾芯可以有效防止水箱內水質(zhì)變劣和散熱器堵塞。
2、定期檢查發(fā)動(dòng)機
定期檢查發(fā)動(dòng)機的工作狀態(tài),及時(shí)發(fā)現并處理故障,可以有效避免因發(fā)動(dòng)機故障引起的水溫高問(wèn)題。
3、定期檢查油泵和冷卻液泵
定期檢查油泵和冷卻液泵的工作狀態(tài),及時(shí)發(fā)現并處理故障,可以有效避免因油泵或冷卻液泵故障引起的水溫高問(wèn)題。
4、注意使用習慣
盡量避免長(cháng)時(shí)間不間斷運行,一般建議不要超過(guò)72小時(shí)以上的連續開(kāi)機作業(yè)。另外,必須杜絕超載行為,可以減少柴油機水溫高的風(fēng)險。
總結:
柴油發(fā)電機冷卻液溫度高(水溫高)是一種常見(jiàn)的故障現象,如果柴油發(fā)電機在工作時(shí)儀表盤(pán)上的水溫指示燈點(diǎn)亮,則說(shuō)明柴油機冷卻液溫度過(guò)高,也就是我們俗稱(chēng)的水溫高。水溫過(guò)高輕則會(huì )導致加速磨損、機油潤滑能力下降、油耗增加,重則會(huì )導致水箱爆裂、活基環(huán)拉缸、氣缸蓋、氣缸體變形等,對柴油機造成永久損害。水溫高的故障可分為真水溫高和假水溫高,真水溫高就是發(fā)動(dòng)機工作時(shí),冷卻液在冷卻發(fā)動(dòng)機的過(guò)程中,達到過(guò)高溫度;假水溫高就是某個(gè)傳感器發(fā)出錯誤信號或者控制單元內部故障造成系統誤判,實(shí)際水溫并不是真的高。因此我們在進(jìn)行故障診斷分析時(shí),首先要判斷是否是真的水溫高。還有就是我們在檢查排故的過(guò)程中,應遵循熟悉結構、緊扣原理、觀(guān)察現象、由表及里、先易后難、少拆為益的原則。另外,還必須熟悉發(fā)電機組的結構、各部件的工作原理及工作時(shí)所具備的條件,并深入分析導致故障出現原因。這是因為有很多時(shí)候出現故障并不是單方面的原因,很可能是多方原因引發(fā),這就需要對故障進(jìn)行分析,明確主要故障因素,這樣可以減少走彎路的幾率。
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