Основные причины прогара поршней двигателя Cummins K38
Эрозия поршня является распространенным явлением при использовании дизельных двигателей, при этом большая часть эрозии происходит в верхней части поршня, в первой и второй канавках поршневых колец и по окружности головки поршня. Как правило, основными формами являются отверстие расплава на верхней поверхности поршня, перфорация, шпоночная выемка и сотовая проушина по окружности головки. Основное явление неисправности – увеличение выхлопных газов под двигателем, а то и масло, вырывающееся из дыхательного отверстия.
Прогар поршня приведет к ненормальной работе дизельного двигателя, что напрямую приведет к снижению давления и мощности в цилиндре, косвенно вызывая вытягивание цилиндра, удержание тормоза и повреждение таких компонентов, как турбокомпрессор и головка блока цилиндров.
Ниже на основе опыта устранения эрозии поршней двигателя Cummins K38 и соответствующей технической информации автор анализирует причины эрозии поршней двигателя Cummins K38.
Эрозия поршня показана на рисунке 1.
Чрезмерное противодавление выхлопных газов
Противодавление выхлопных газов относится к давлению сопротивления выхлопных газов двигателя.
Давление выхлопа двигателя К38 меньше 0,09 кПа. Если глушитель заблокирован или неправильно модифицирована выхлопная труба, это приведет к увеличению сопротивления выхлопных газов, что приведет к чрезмерному противодавлению выхлопных газов.
Из-за высокого противодавления выхлопных газов двигателя выхлопные газы, образующиеся при сгорании смеси в цилиндре, трудно отвести, и выхлопные газы могут течь только обратно. В цилиндре относительно накапливается тепло, что приводит к повышению температуры цилиндра и, в конечном итоге, к прогару поршня.
Некачественный поршень
Поршень движется вперед и назад по прямой линии в суровых условиях высокой температуры, высокого давления, высокой скорости и плохой смазки, непосредственно контактируя с высокотемпературным газом. Мгновенная температура может достигать более 2500 градусов, что приводит к сильному нагреву и плохим условиям отвода тепла. Поэтому температура поршня во время работы очень высока, вершина достигает 600-700 градуса, а распределение температуры очень неравномерно;
Верхняя часть поршня испытывает большое давление газа, особенно максимальное давление во время рабочего такта, которое в дизельных двигателях может достигать 6-9 МПа. Это заставляет поршень испытывать удар и испытывать воздействие бокового давления;
Поршень движется вперед и назад в цилиндре с высокой скоростью (8-12м/с), причем скорость постоянно меняется, создавая большую инерционную силу, которая создает значительную дополнительную нагрузку на поршень.
Поршни, работающие в таких суровых условиях, деформируются и ускоряют износ, а также создают дополнительные нагрузки и термические напряжения.
Если качество поршня не на должном уровне и при литье имеются такие дефекты, как поры, неплотности, микротрещины, шлаковые включения, то эти поры, неплотности и микротрещины вызовут усталостные повреждения под действием высокой температуры и давления; Шлаковые включения в поршне сначала плавятся, вызывая плавление поршня и приводя к его эрозионному разрушению.
Горящий черный дым и сильное скопление нагара на поршне.
Образование нагара достаточно сложное и тесно связано с конструкцией двигателя, типом используемого топлива и смазочного масла, а также условиями работы и режимами работы двигателя.
В камере сгорания подача кислорода недостаточна, а топливо и смазочное масло, попадающие в камеру сгорания, не могут полностью сгореть, в результате чего образуются масляный дым и частицы смолы. После смешивания со смазочным маслом они далее окисляются в вязкий гель, подобный жидкой гидроксикислоте, который далее окисляется в полужидкую смолу, подобную смоле, прочно прилипающую к деталям. Затем под непрерывным действием высокой температуры смола полимеризуется в более сложный полимер, образуя твердосцементированный углерод, то есть углеродистые отложения.
В состав нагара входят смазочное масло, оксикислоты, асфальт, нефтяной кокс, синь, сульфаты, соединения кремния (из золы и песка в водозаборе), а также следовые количества металлической стружки и их соединений.
Чем выше температура двигателя, тем тверже и плотнее образуется нагар, тем прочнее сцепление с металлом.
Нагар в канавке поршневого кольца может привести к потере эластичности поршневого кольца и его застреванию, что приведет к снижению герметизирующих свойств поршневого кольца и вызовет выгорание масла, тем самым усугубляя образование нагара.
Нагар на впускных и выпускных клапанах может привести к тому, что клапаны не будут плотно закрываться, а высокотемпературные нагарные отложения, прилипшие к клапанам, также могут вызвать эрозию клапана и седла клапана, усугубляя утечку в клапане.
Утечка клапана приводит к тому, что высокотемпературный газ вымывает клапан и седло клапана, что приводит к дальнейшему возгоранию и протечкам клапана и седла клапана, что в конечном итоге приводит к снижению давления в цилиндре. Большое количество дыма сгорания способствует образованию нагара в поршне.
Отложения углерода на поршне ослабляют его эффект рассеивания тепла и повышают температуру. Когда температура превышает предел термической стойкости поршня, это вызывает эрозию поршня.
Нагар на поршне показан на рисунке 2.
Основными причинами большого количества черного дыма и сильного накопления углерода при сгорании двигателя являются:
Если впускной и выпускной клапаны закрыты неплотно, это приведет к тому, что горючая смесь под высоким давлением и температурой разрушит рабочую поверхность клапана и седла клапана, вызывая точечную коррозию, накопление нагара и эрозию на обеих рабочих поверхностях. Питтинг, накопление углерода и эрозия ускорят неплотное закрытие впускных и выпускных клапанов, образуя порочный круг.
Неплотное закрытие клапанов, снижение давления в цилиндре, плохое сгорание, чрезмерное накопление нагара в цилиндре, что приводит к снижению мощности и экономичности двигателя.
Несоответствие форсунок насоса, чрезмерный впрыск топлива
Есть две модели на двигателе К38, CPL844 и CPL1628. Существуют различия в топливных насосах и форсунках двух контрольных номеров: CPL1628 и CPL844. Среди них топливный насос BA94 и форсунка 3077760 используются для соответствия CPL1628, а топливный насос B844 и форсунка 3058802 или 3076132 используются для соответствия CPL844.
По сравнению с насосом B844 насос BA94 имеет больший расход топлива, а форсунка 3058802 или 3076132 имеет больший расход топлива по сравнению с форсункой 3077760.
Чтобы соответствовать строгим требованиям по выбросам, компания Cummins разработала новый тип системы регулирования момента впрыска топлива с гидравлическим приводом под названием STC (Step Timing Control).
Система STC делит момент впрыска топлива двигателем на две части: механический момент впрыска топлива (управляемый распределительным механизмом и распределительным валом), также известный как «нормальный режим синхронизации», и механический гидравлический момент (управляемый давлением топлива в двигателе, также известный как «режим опережения впрыска топлива»).
В условиях запуска и небольшой нагрузки используется «метод опережения впрыска топлива» для более раннего впрыска топлива в цикле сжатия;
В условиях средней и тяжелой нагрузки применяется «нормальный режим синхронизации», и топливо впрыскивается позже в цикле сжатия.
Клапан STC действует как распределительный клапан, давление топлива которого эквивалентно давлению масла в пилотной системе. Давление открытия клапана STC составляет 27 фунтов на квадратный дюйм, а давление закрытия — 65 фунтов на квадратный дюйм.
Если клапан STC не работает должным образом, время впрыска двигателя изменится, сгорание топлива будет неудовлетворительным, период дожигания продлится, в цилиндре образуется большое количество нагара, отвод тепла от поршня будет нарушен. быть плохим, а длительная эксплуатация приведет к окончательной эрозии поршня, взрыву головки блока цилиндров и другим неисправностям.
Плохое охлаждение приводит к повышению температуры
Нормальная рабочая температура двигателя составляет 82–93 градуса. Если в нем смешано недостаточно охлаждающей жидкости или другого масла, радиатор заблокирован или вентилятор не работает должным образом, это приведет к слишком высокой температуре цилиндров двигателя.
Кроме того, поршень двигателя и гильза цилиндра в основном уносятся маслом, распыляемым из форсунки охлаждения масла.
Если форсунка охлаждающей форсунки имеет деформацию, песчаные отверстия, неправильное положение впрыска или низкое давление масла, это приведет к уменьшению количества впрыскиваемого масла, что непосредственно приведет к высоким температурам поршня и гильзы цилиндра.