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康明斯柴油机PT喷油器行程调整方法对比分析
发布时间:2023-11-01 19:06:05  ▏阅读:

摘要:喷油器的工作状态对柴油发电机的性能影响极为显著。随着运转时间的增长,喷油器可能出现的故障包括喷油嘴头部积碳、柱塞磨损及驱动机构失调等,最明显的现象是柴油发电机工作不平稳、排气异常、动力不足及耗油量增大。因此,在使用过程中应及时对喷油器进行检查与调整。康明斯柴油机PT燃油系统的喷油器喷油行程调整传统上有三种方法——经验法、扭矩调整法(扭矩法)和千分表法,但前两种方法准确度不理想,第三种方法需要专用仪器且未考虑凸轮轴磨损不均的影响。本文系统阐述了喷油行程过大(柱塞挤压不足导致喷孔积碳堵塞)和行程过小(柱塞挤压过大导致喷油嘴损坏)两种不良状态的危害机理;详细介绍了经验法、扭矩法和千分表法的操作步骤与局限性;在此基础上重点推荐了新的“角度法”——通过将调整螺钉顺时针拧转30°梅花角度来精确控制柱塞对喷油嘴底部的压紧程度,避开了传统方法依赖固定数值的弊端,且无需专用仪器。经2000小时运行试验验证,角度法调整的喷油器未出现喷孔堵塞现象。本文可为康明斯PT燃油系统喷油器的现场调整提供实用指导。

 

一、喷油器喷油行程调整的原因

 

康明斯柴油机喷油行程调整是影响柴油机性能的关键环节。喷油行程是指喷油器柱塞在喷油凸轮驱动下向下运动的有效距离,它直接决定了柱塞对喷油嘴底部(杯底)的挤压力大小。调整不准确——无论行程太大还是太小——都会对柴油机造成不良影响,具体表现如下:

1. 行程太大(柱塞挤压力不足)

(1)定义:行程太大是指喷油器柱塞对喷油嘴底部的挤压力太小,或柱塞与喷油嘴底部之间存在间隙。

(2)危害机理:柱塞下行时不能充分挤压喷油嘴底部,使存留在喷油嘴及其喷孔内的柴油不能完全喷出。进入气缸内的柴油燃烧产生高温高压气体,该气体会顺喷孔逆行(即“回火”现象),使喷孔内的柴油受热燃烧不充分而产生积碳,久而久之将喷孔部分或全部堵塞。

(3)故障现象:喷孔堵塞后,该缸喷油量减少或中断,柴油机功率下降、运转不稳、排气冒黑烟。

2. 行程太小(柱塞挤压力过大)

(1)定义:行程太小是指柱塞对喷油嘴底部的挤压力过大。

(2)危害机理:康明斯柴油机的喷油器是通过喷油凸轮→滚轮架→推杆→摇臂的传动链推压柱塞而实现喷油的。如果喷油行程调整太小(即柱塞下行过多),柱塞对喷油嘴底部的挤压力过大,会挤坏喷油嘴底部喷孔部分,造成喷油嘴底部密封面受损或喷孔部顶碎。

(3)故障现象:顶碎的金属碎屑落入气缸,则会引起柴油机严重敲缸,甚至损坏活塞、缸盖及缸套,造成严重的机械事故。

因此,喷油行程的调整必须精确控制在规定范围内,既不能过大也不能过小。


喷油器缸内剖析图-柴油发电机组.png

图1  喷油器缸内工作剖析图

岐管喷射和缸内直喷双喷射喷油器-柴油发电机组.png

图2  岐管喷射和缸内直喷双喷射喷油器位置图

 

二、传统喷油器行程调整方法

 

为了防止喷油器喷射量改变、喷油时间失准以及喷油嘴底部残留燃油炭化,柴油发电机的喷油器需要定期进行调整。以下介绍的三种传统方法各有其特点与局限性。

1. 经验法

(1)操作步骤:

① 压下减压杆,使气缸处于减压位置(进排气门均关闭,气缸内无压缩压力)。

② 用专用工具(撬杠)朝曲轴旋转方向转动调整皮带轮,直至皮带轮上“1-6VS”(做功行程90°)记号对准机体刻线。

③ 分别检查1缸和6缸的气门摇臂,其中一个气缸(1缸或6缸)的两个摇臂是可动的(表明该缸处于压缩上止点,进排气门均关闭),此时喷油器柱塞也处于最下方(由凸轮驱动至最低位置),即可调整该缸喷油器。

④ 按柴油发电机工作顺序(1-5-3-6-2-4)逐一调整各缸喷油器。

(2)应急调整:在特殊情况下(如记号不清、夜间作业等),可凭经验判断——细心观察某气缸喷油器柱塞,如确实已下降到底,再稍许转动皮带轮,该气缸两气门摇臂是可动的,即可对该缸喷油器进行调整。

(3)局限性:经验法完全依赖操作人员的手感和经验,准确度因人而异,不具备可重复性和标准化条件。

2. 扭矩法

(1)冷态调整(常温状态):

① 拧松喷油器摇臂上的锁紧螺母,拧入调整螺钉,使柱塞下压。

② 在柱塞接触喷油嘴底部后,再继续拧转15°,目的是将喷油嘴锥部残留的燃油全部压出(排除燃油的可压缩性影响)。

③ 然后把调整螺钉拧松一圈,再用扭力扳手拧紧至5.39 N·m(冷态扭矩)。

④ 最后用扭力扳手拧紧锁紧螺母,扭矩为95.12~108.85 N·m。

(2)热态校正调整:

① 全部气缸的喷油器调整完后,启动柴油机,当机油温度上升到60 °C时,再按上述方法进行校正性调整。

② 此时调整螺钉的拧紧力矩为6.77 N·m(热态修正值)。

(3)无扭力扳手时的替代方案:

自制横柄上标有一定长度刻线的螺丝刀(螺丝刀与横柄垂直)和弹簧秤(拉时与横柄垂直),按公式 M=FL 计算扭矩(M为规定扭矩,5.39或6.77 N·m;F为弹簧秤拉力,N;L为力臂长度,m)。

(4)局限性:扭矩法未考虑调整螺钉在摇臂上扭动时的松紧差异、锁紧螺母扭矩差异及螺纹清洁程度差异,导致各缸柱塞对喷油嘴底部的压紧程度不一致——有的偏紧,有的偏松。

3. 千分表法

千分表法是以调整喷油器柱塞行程(柱塞从最高点到最低点的位移量)来实现精确调整的一种方法。以KTA50型发动机为例说明。

(1)调整参数(表1):

喷油器柱塞行程(mm)

进气门间隙(mm)

排气门间隙(mm)

7.72 ± 0.003

0.36

0.69

(2)调整位置(表2,按标记A→B→C循环):

撬转方向

皮带轮位置

调整喷油嘴缸号

调整气门缸号

开始

A

进到

B

进到

C

进到

A

进到

B

进到

C

(3)调整方法:

① 按旋转方向撬转发动机,直到皮带轮上的标记A与齿轮室上的箭头对准。此时Ⅴ缸气门关闭、Ⅲ缸喷油器柱塞处于行程顶端(若不对应,将曲轴撬转180°重新对准)。注意:撬转发动机不可用风扇,必须使用专用撬转轴。

② 将千分表安装到摇臂室上,使表头接触杆触及Ⅲ缸喷油器柱塞顶部。

③ 松开调整螺钉锁紧螺母,拧进调整螺钉挤出喷油嘴杯中的燃油,然后退出1/2圈,再小心拧到底(确保柱塞接触杯底但不过度拧紧),将千分表调至零位。

④ 慢慢退回调整螺钉,直到千分表读数达到7.72 mm,拧紧锁紧螺母。

⑤ 用摇臂压杆将柱塞压到底,检查零点;再使柱塞回升,检查千分表读数是否在要求范围内。用41~47 N·m扭矩拧紧锁紧螺母。

⑥ 调整Ⅲ缸喷油嘴和Ⅴ缸气门后,按表2顺序调整其余各缸。

(4)关键注意事项:

在使用千分表法调整时,决不可在同一气缸上既调整喷油器又调整气门,应严格按表2中所列标记及其对应的喷油嘴及气门缸号进行调整。

(5)局限性:千分表法未考虑喷油凸轮轴磨损的不均匀性。凸轮轮廓的磨损在正常情况下是不均匀的——凸出部分与滚轮的压力大,磨损程度大;凹陷部分压力小,磨损程度小。运转较长时间后,喷油凸轮实际提供的喷油行程较新机要小,但千分表法的调整行程量是固定死的(如7.72 mm),这样会相对减小实际喷油行程,造成喷油嘴喷孔积碳堵塞。

 

三、新式喷油器行程调整法——角度法

 

1. 传统方法的缺点总结

(1)千分表法的缺点:未考虑喷油凸轮轴磨损的不均匀性,如图3所示。长期运转后凸轮实际升程减小,但千分表法按固定行程值调整,导致实际喷油行程相对偏小,造成喷孔积碳堵塞。

(2)扭矩法的缺点:未考虑调整螺钉在摇臂上扭动时的松紧差异及锁紧螺母的扭矩差异。每次调整时螺钉松紧程度不同,螺纹清洁程度也不同,虽然使用相同的扭矩数据,但各缸柱塞对喷油嘴底部的压紧程度不完全一致,有的偏紧、有的偏松。

2. 角度法的原理与优势

角度法是通过将调整螺钉拧入使柱塞刚刚触及喷油嘴底部后,再将调整螺钉顺时针拧转一定角度(30°梅花角度)来调整喷油行程的一种方法,如图4所示。其核心优势在于:

(1)避开了千分表法依赖固定行程数值和扭矩法依赖扭矩数值的弊端,直接控制柱塞与喷油嘴底部的压紧程度。

(2)无需任何专用仪器仪表(不需要千分表、扭力扳手),在现场条件下即可操作。

(3)调整结果的一致性较好,不受凸轮轴磨损、螺纹摩擦系数差异等因素的影响。

3. 角度法操作步骤

(1)用梅花扳手松开锁紧螺母,松4~5圈(图4)。

(2)用平口螺丝刀松开调整螺钉,松1~2圈。

(3)找好需要调整的喷油器,转动曲轴使皮带轮对准正时记号,使该缸进、排气门全关闭(即进排气门摇臂松动),再来调整该缸喷油器的行程(按柴油机工作顺序进行)。

(4)将螺丝刀放在松开的调整螺钉上,单手慢慢拧进调整螺钉(图4),当感觉到突然顶住时马上停止——此时即为柱塞刚刚触及喷油嘴底部的位置。

(5)将梅花十二角扳手套在锁紧螺母上(勿拧动),记好调整螺钉上端螺丝刀插入缺口的方向及对准梅花扳手的部位。

(6)保持梅花扳手不动,顺时针将调整螺钉拧转一个梅花角度(30°)。

(7)重复步骤(2)、(4)、(5)、(6)一至三次,保证调整的准确性。

(8)调整螺钉固定不动,拧紧锁紧螺母。

(9)按顺序(1)→(5)→(3)→(6)→(2)→(4),参照A、B、C标记依次调整柴油机的每个喷油器(其他多缸发动机可按点火顺序进行对应缸的调整)。

4. 角度法的适用性与验证

角度法全部手动调整,无需任何专用工具,但要求调整者有一定的维修经验,才能准确感知“柱塞刚刚触及喷油嘴底部”的手感。在现场经过试验验证,通过角度法调整的柴油机经过2000小时运转后,发动机工作正常,拆下喷油器检查,未发现喷孔堵死现象。

 

 

柴油机喷油凸轮轴的磨损规律.png

图3  柴油机喷油凸轮轴的磨损规律

柴油机喷油器行程角度调整法.png

图4  柴油机喷油器行程角度调整法

 

总结

康明斯柴油机PT燃油系统喷油器喷油行程的调整是保证柴油机性能的关键操作。行程过大(柱塞挤压力不足)会导致喷孔积碳堵塞;行程过小(柱塞挤压力过大)会导致喷油嘴损坏甚至顶碎,造成严重机损事故。传统的三种调整方法各有局限——经验法依赖个人手感,准确度不可控;扭矩法受螺纹摩擦差异影响,各缸一致性差;千分表法未考虑凸轮轴磨损不均匀,长期运转后调整效果不理想。新推荐的角度法通过“触及底部后拧转30°梅花角度”的方式直接控制柱塞压紧程度,无需专用仪器,且不受凸轮磨损和螺纹摩擦差异的影响,具有操作简便、一致性好、可靠性高的优点,经2000小时运行验证效果良好。在实际操作中,若无专用扭力扳手也可凭经验调整,但必须认真细致,在柴油发电机停机时由小到大逐步调整,启动柴油机后听爆发声、观察排烟情况,反复调整至满意为止,但切忌压力调整过大而造成喷油嘴底部损坏或脱落。


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