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喷油器常见故障原因、故障排除和检测方法 |
摘要：喷油器是柴油机精密件之一，针阀与针阀体之间的配合间隙只有0.002～0.003 mm。喷油嘴的形状是燃油系统中一个非常重要的参数，它对喷雾质量、喷注形态、燃油与空气混合状态有很大的影响，这些因素直接影响柴油机的排放指标。它易产生的故障有针阀锥面与针阀体锥面磨损、针阀与针阀孔导向面磨损、喷孔扩大、针阀卡住、喷孔阻塞、喷油压力过高或过低等。康明斯发电机厂家在本文详细分析了这些故障产生的原因，并提出了排除故障的方法。
一、喷油器常见故障
1、喷油器磨损
喷油器（轴针式）经常发生磨损的部位有密封锥面、喷孔、针阀与针阀孔导向面。
（1）密封锥面的磨损
密封锥面的磨损是由于喷油器弹簧的冲击与柴油中杂质的作用所致。密封锥面磨损后会使锥面密封环带接触面加宽、锥面变形，光洁度降低。其结果造成喷油嘴滴油，喷孔附近形成积炭，甚至堵塞喷孔。滴油严重的喷油嘴，在工作中还会出现断续的敲击声，导致柴油机工作不均匀，排气冒黑烟等。
排除的方法为：拆开喷油器，在针阀头部沾少许氧化铬细研磨膏对锥面进行研磨，然后用柴油洗净，最后装入喷油器进行性能检测。若性能检测不合格，则需更换针阀偶件。实际维修过程中，特别要注意不要将研磨膏粘到针阀孔内，维修中如没有研磨膏也可用牙膏或机油替代。
（2）喷孔扩大
喷孔扩大是由喷油器工作时高压油流不断喷射冲刷喷孔导致。喷孔扩大导致喷油压力下降，喷射距离缩短，柴油雾化不良，缸内积碳增多。对于多孔直喷式喷油器，由于孔数多、孔径小，喷孔扩大的维修难度较大。一般情况下采取更换针阀偶件的办法来修复喷油器。如暂时没有针阀偶件可供更换，则用高速钢磨制的冲样在各孔端轻轻敲击，使喷孔塑形变小，若经调试仍不合格，则应更换针阀偶件。
（3）针阀与针阀孔导向面磨损
针阀与针阀孔导向面磨损是由于柴油中含有杂质所致。磨损后使导向部分磨成锥形（下端磨损大）。其结果使喷油嘴的回油量增多，供油量减少，喷油压力降低，喷油时间延迟。这种状态下，柴油机既不能全负荷工作，也会造成起动困难。为防止针阀及针阀孔导向面磨损，应按时保养柴油滤清器，经常排放滤清器和油箱内的沉淀油，以防灰砂杂质的侵入而加速针阀偶件的磨损。对于磨损严重的针阀，应及时更换新的针阀偶件。
2、喷孔阻塞
喷孔阻塞的主要原因：
（1）柴油机长期放置，喷嘴锈蚀，导致喷孔半阻塞或完全阻塞；
（2）燃油中混进了固体杂质微粒，或因燃烧不良产生积碳，工作时间稍长就会积结在喷油器的喷孔周围，使喷孔成为半阻塞状态。
喷孔一旦被阻塞，喷油泵的供油压力就会上升并伴有敲击的声音发出。防止喷油孔阻塞的方法，一方面是对于进入喷油器的燃油要经过严格的多道过滤，目前，大多数喷油器在其内部增加了油滤偶件；另一方面通过改进燃烧的办法，防止因积碳过多而阻塞喷孔。
喷孔阻塞的排除方法：先将喷油器拆下来，用机械或弱腐蚀的方法清除掉喷嘴上的积碳或铁锈。在保护好密封座面不受损伤的情况下，用钢丝或喷孔加工时使用的钻头清理喷孔内的积炭或铁锈。使用钢丝清除喷孔内的积炭或铁锈时，必须将钢丝装在夹头中进行，并且钢丝露出喷孔的长度不应超过2mm，以便得到较大的弯曲强度，防止钢丝折断在孔中。
3、喷油压力过高或过低
柴油机喷油器压力和喷油开始后激励持续时间的偏差曲线，分别如图1、图2所示。
（1）喷油压力过高的原因：
① 针阀粘住或卡死在针阀体内；
② 调压弹簧压力过大；
③ 喷孔堵塞。
（2）喷油压力过低的原因：
① 针阀导向部分与针阀体间隙过大或针阀锥面密封不严；
② 喷油嘴与喷油器体接触面密封不严；
③ 调压螺钉松动；
④ 调压弹簧压力太小或折断。
出现喷油压力过高或过低现象时，应将喷油器拆开清洗，并进行相应的调试和修理。喷油压力调整得过高或过低，都会导致柴油机工作不稳定和功率不足，甚至导致燃烧室及活塞等零件的早期磨损。一般来说，喷油压力如果调整过低将使得喷油的雾化质量大大降低，柴油消耗量增加，且不易起动柴油机。即使能起动，因柴油机燃烧不完全，排气管会一直冒黑烟，喷油嘴针阀也容易积碳。如果喷油压力调整过高，则易引起柴油机在工作时产生敲击声，并使功率下降，同时也容易使喷油泵柱塞偶件及喷油器早期磨损，有时还会把高压管胀裂。
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图1 喷油器压力信号曲线 |
图2 喷油器喷油开始后激励持续时间的偏差曲线 |
4、针阀卡住
柴油机喷油器针阀工作和内部结构如图3、图4所示。
（1）喷油器与汽缸盖上的安装孔间的铜垫不平，密封不严
喷油器安装歪斜，在工作中漏气，使喷油嘴局部温度过高而烧坏。为此，喷油器安装到汽缸盖上去时，要注意将固定喷油器的两个螺母分两到三次均匀地拧紧，并拧到规定力矩，不要用力过小或过大。不使喷油器歪斜，紫铜垫圈要平整、完好，更不要漏装以防漏气。但这个密封紫铜垫圈只能安装一个，多装了就改变了喷油嘴装人的深度，使喷射的柴油与空气混合不良，冒黑烟。
（2）喷油器没有定期保养和调整喷油压力。
保养方法：喷油器工作700h左右应检查调整一次。若开启压力低于规定值1Mpa以上或针阀头部积碳严重时，则应卸出针阀放入清洁柴油中用木片刮除积碳，用细钢丝疏通喷孔，装后进行调试，要求同一台机器的各缸喷油压力差必须小于1Mpa。为使喷油器喷入缸内的柴油能够及时地完全燃烧，必须定期检查油泵的供油时间。
（3）喷油嘴内由于柴油带进来的杂质或积炭而使针阀卡住。
喷油嘴由于积碳的原因会导致堵塞，所以需要使用清洗剂清洗，以避免喷油嘴发生故障，并延长喷油嘴的使用寿命。
（4）喷油嘴针阀锥面密封不严，渗漏柴油。
当其端面因渗漏柴油而潮湿时，就可能引起表面燃烧。燃烧的热量直接影响喷油嘴，从而使喷油嘴烧坏。
（5）柴油机的工作温度过高，使针阀卡住。
针阀如果在开启状态时卡住，则喷油嘴喷出的柴油就不能雾化，也不能完全燃烧。此时就会有大量冒黑烟现象发生。未燃烧的柴油还会冲到汽缸壁上稀释机油，加速其他机件的磨损。如果针阀在关闭状态卡住，喷油泵的供油压力再大，也不能使针阀打开，那么这个汽缸就不能工作。总之，不管针阀是在开启状态下卡住，还是在关闭状态下卡住，都会使柴油机工作不均匀，并使功率显著下降。
针阀在关闭状态卡住时，还会在燃烧系统中产生高压敲击声。这时可根据喷油泵发响的位置，利用停止供油的方法检查，或立即停止运转检查，以免顶坏喷油泵的机件。
喷油嘴卡住后不一定全部报废。有时用较软的物体（如木棒等）除去针阀上的积炭，并用机油进行适当的研磨后，仍可继续使用。若喷油嘴卡住后拔不出来，可将喷油嘴放入盛有柴油的容器内，并将其加热至柴油沸腾开始冒烟时为止。然后将喷油嘴取出，夹在虎钳上用一把鲤鱼钳（钳口应包块铜皮等软物）夹住针阀用力拔，一面拔，一面旋转，反复多次即可将喷油嘴针阀拔出。
如果需更换新的喷油嘴，应把新的喷油嘴放在80℃的柴油里煮几十分钟，等喷油嘴偶件内的防锈油溶解后，再用清洁柴油清洗。如果只清洗而不煮，就不能完全洗净喷油嘴偶件内的防锈油，工作时容易使针阀积炭、胶结甚至卡住。
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图2 喷油器针阀工作示意图 |
图3 喷油器针阀剖析图 |
二、喷油器的常见检测方法
1、外观检查
进行外观检查是判断喷油器是否正常的重要步骤。我们应该注意以下几个方面：
（1）喷油器是否有损坏或变形的现象。如果喷油器发生损坏或变形，会影响燃油的喷射效果，造成发动机工作异常。
（2） 喷油器连接处是否有漏油现象。如果有漏油现象，应及时更换密封垫圈或修复漏油处，以免造成燃油浪费和发动机失效。
（3）喷油器表面是否有沉积物或污垢。如果有沉积物或污垢，应及时清洗喷油器，以保证喷油器正常工作。
2、喷油器喷射量检查
喷油器的喷射量是指单位时间内喷油器喷出的燃油量，是判断喷油器工作状态的重要指标。下面介绍两种常用的喷油器喷射量检查方法：
（1）静态方法
静态方法是指不启动发动机的情况下进行的喷油器喷射量检查。具体操作步骤如下：
① 拆卸喷油器，使其喷油口朝向容器。
② 用针管注入一定量的燃油到喷油器中。
③ 通过控制喷油器的电源开关，使其工作。
④ 记录一定时间内喷油器喷出的燃油量，并与厂家提供的标准值进行对比，以判断喷油器是否正常工作。
（2）动态方法
动态方法是指在发动机启动的情况下进行的喷油器喷射量检查。具体操作步骤如下：
① 使用专用的检测仪器连接到发动机的燃油系统上。
② 启动发动机，并按照设定的转速进行工作。
③ 检测仪器将实时记录喷油器喷出的燃油量，并与标准值进行对比，以判断喷油器的工作状态。
3、喷油器喷雾形态检查
喷油器的喷雾形态是指喷油器喷出的燃油在空气中形成的雾状，如图5所示。喷雾形态的好坏直接影响燃油的燃烧效率。下面介绍两种常用的喷油器喷雾形态检查方法：
（1）直接观察法
直接观察法是指将喷油器安装在测试台上，并通过肉眼观察喷油器喷出的燃油形态。正常的喷雾形态应该是均匀、细腻的雾状，喷雾角度应符合厂家规定的标准值。
（2）使用喷油器测试仪器
使用喷油器测试仪器可以更精确地判断喷油器的喷雾形态，如图6所示。喷油器测试仪器可以测量喷油器喷出的喷雾角度、喷雾分布等参数，并与标准值进行对比，以判断喷油器的工作状态。
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图5 柴油机喷油器喷雾锥角和质量 |
图6 柴油机喷油器试验装置结构图 |
总结：
通过加强柴油机喷油器的故障分析及排除工作，能有效降低柴油机的故障率。喷油器的故障会直接导致柴油机工作不正常，但柴油机的故障并非都由喷油器引起。因此，对喷油器故障的判断应仔细，不可贸然对喷油器进行拆检，从而破坏其加工与装配精度，造成不必要的损失。此外，为减少喷油器故障，延长喷油器的使用寿命，平时应做好对喷油器的维修、保养工作。
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