康明斯柴油机范文

康明斯柴油机范文（精选8篇）

康明斯柴油机 第1篇

1 发动机正时调整原理

康明斯KTA-19G2柴油机采用单一凸轮轴结构, 1根凸轮轴同时控制6个气缸的进排气门开关与喷油控制, 因此该发动机正时调整是指凸轮轴与曲轴间相互位置关系的调整。 可以通过检测其中

1个气缸的喷油正时, 来判断发动机整机是否正时。

康明斯发电车柴油机的喷油系统结构如图1所示, 凸轮轴6由基圆转向凸圆时产生的径向变化量通过从动件5转变为垂直变化量, 再通过供油推杆4将动力传递给供油摇臂3, 摇臂压下时, 压动喷油器1的喷油柱塞2向下运动, 压缩弹簧, 完成整个喷油过程。

由于该发动机设计是当曲轴转至压缩冲程上止点前19°时喷油器开始理论喷油 (喷油器柱塞刚盖住喷油器量油口) , 由此可见检测喷油正时理论上只需通过检测喷油器开始理论喷油时凸轮轴的位置与此时活塞离上止点前曲轴转角即可, 两者应该是对应的。但在实际操作中, 由于测量曲轴转角非常困难, 同时也无法方便判断喷油器何时开始理论喷油, 因此通过以上方法来检测喷油正时几乎不可能。考虑到活塞在压缩冲程中, 对应每一个曲轴提前角, 活塞离上止点都有一个确定的距离, 通过数学转换可得当上止点前19°时活塞距离上止点为0.2032″;同理凸轮的径向变动量与喷油器柱塞的下降量间也有一个相对应的关系, 当开始理论喷油时, 供油推杆离最高点的距离应为 (0.118±0.02) ″。因此在实际发动机正时调整时, 常通过检测此两者数据是否匹配来判断发动机是否正时, 具体来说就是当活塞位于压缩冲程上止点前0.2032″时, 通过检测供油推杆行程是否在 (0.118±0.02) ″内即可进行正时判断[2]。

2 发动机正时检测步骤

通过调整供油推杆行程和活塞行程的精确数值关系可以实现正时调整。具体过程如下:

(1) 选定正时调整缸, 将发动机盘车到所调气缸活塞上止点前附近, 拆除所调气缸的气缸盖、摇臂和喷油器, 如图2所示, 将测量活塞行程的千分表的测量杆插进喷油器的座孔中, 再把测量供油推杆行程千分表的测量杆插在供油推杆球头座上。用手平稳地将滚花的夹紧螺钉拧紧使整个装置紧固在缸盖上, 并保持测杆与被测件接触;

(2) 按发动机旋转方向用曲轴盘车, 把受检查的缸套中的活塞转到压缩冲程上止点位置。如果发现曲轴转动时, 两表测杆不是都向上运动, 而是一上一下, 则该缸处于排气冲程而不是压缩冲程, 应将曲轴再转一圈;

(3) 将活塞千分表测针压缩到距千分表最大压缩量程0.01″范围内, 将表紧固好, 以保证后续步骤中供油推杆可以紧贴接触活塞顶;

(4) 检查活塞, 使该缸准确地处于上止点, 转动千分表指针盘使指针指到零位;

(5) 按图3顺序, 顺发动机旋转方向盘动曲轴到上止点后90° (位置2) , 将测量喷油器推杆行程的千分表压缩到距千分表最大压缩行程0.02″范围内, 将千分表紧固, 转动千分表指针盘, 使指针复到零位;

(6) 反方向盘动曲轴到上止点前45°左右的位置 (位置3) ;

(7) 再顺向缓慢转动曲轴, 直到测量活塞的千分表上准确显示上止点前0.2032″的读数 (位置4) 。若数据偏小则退回位置3重新盘车直到显示位置4读数;

(8) 读取测量供油推杆行程千分表上的读数, 其数值应符合:活塞行程为-0.2032″, 供油推杆行程为 (-0.118±0.02) ″, 如果正时数值不在上行范围内, 表示正时不合[3]。

3 正时调整方法

通过上述测量, 当供油推杆行程数值偏大时, 说明此时供油推杆上升幅度不够, 即喷油太迟, 将使油燃烧不尽, 后燃增加, 柴油机冒黑烟, 更严重时冒白烟;当供油推杆行程偏小时, 说明此时供油推杆上升幅度太大, 喷油器柱塞下降较多, 喷油过早, 将使燃油在上止点前开始燃烧, 上行阻力增加, 功率下降, 柴油机工作粗暴, 严重时将使柴油机无法工作。

粗调发动机的正时, 可以通过调整曲轴齿轮、过轮与凸轮轴齿轮的位置关系来实现。

微调发动机的正时, 可以通过改变凸轮轴齿轮与凸轮轴间的偏向键的方法调节正时, “A”型键为偏向键, 可以使发动机正时提前, “B”型键为直键, 不改变正时, “C”型键也为偏向键, 可以使发动机正时滞后, 具体调整时可根据正时偏差值大小来选定不同规格的偏向键[4]。

4 实践心得与建议

虽然康明斯发动机维修手册中指出, 该发动机只需调整其中任何一缸的正时即可, 一缸正时, 整机正时, 发动机修理厂家一般也是如此处理。但事实上, 上述调整正时的方法, 实际是调整发动机曲轴与凸轮轴的相对位置关系, 所谓一缸正时整机正时是指该发动机是整体凸轮轴, 当一缸正时合适时, 曲轴与凸轮轴的位置关系满足要求, 但并不一定能保证每个气缸的正时都精确满足要求。实际应用中, 除上述改变偏向键键型可以微调发动机整机正时外, 还可以通过调节从动件轴与机体间的垫片 (图2中调整垫片) 厚度来微调单缸的正时, 若增加垫片厚度, 将使该缸的从动件滚轮向外移动, 正时提前。一般每增加0.007″, 可以使供油推杆行程产生0.002″的变化。

在发动机实际使用中, 每个气缸的喷油正时, 直接影响该气缸的燃烧情况和功率发挥, 严重时直接影响整机动力。由于在发动机的实际安装中, 存在配件差异、操作不规范等因素, 难免会出现理论与实际的偏差, 造成某些气缸喷油正时不当, 直接影响发动机的正常运行, 而在发电车现场实际使用中, 运用部门也几乎不进行发动机的正时检测, 更不要说每个气缸的正时调整了。因此建议运用部门在对发动机保养时也检测发动机的每缸正时, 并进行相应调整, 以使发动机工作在最佳状态。

参考文献

[1]肖永清.柴油机供油正时调整[J].内燃机, 2001 (4) :47-48.

[2]宋青龙.KTA-38型发动机的正时调整[J].农机使用与维修, 2009 (3) :52-54.

[3]翁孟超.康明斯发电车柴油[Z].内部教材:2008.8.

康明斯柴油机 第2篇

2013年11月01日19：36分，西安地铁LORAM钢轨打磨车在赴郑州地铁进行打磨作业期间，在郑州地铁一号线博学路站-市体育中心站上行突发柴油机“冒黑烟”故障，致使机车附带的发电机无法正常发电，打磨作业无法继续开展，经与郑州地铁行车调度紧急沟通协调后，车辆编组紧急回段处理。

本文以此次柴油机故障为契机，从故障现象、机理分析、问题排除及整改措施四个方面进行了分析剖解，旨在分析清楚冒黑烟事件产生的真正原因，重在找出正确的整改措施，避免今后出现类似的问题。

1、故障现象

西安地铁钢轨打磨车采用的是Cummins QSX15-G9型发动机，在故障车回段后，试车线现场模拟时，现象为：机车刚启动阶段，发动机显示屏提示“燃油压力低”，并伴随有发动机转速不稳，5-10分钟后，发动机转速不稳情况加剧，排烟管黑烟滚滚，随着时间延长，上述故障现象还愈加明显。

2、故障机理与分析

2.1冒黑烟机理分析

该柴油机是带废气涡轮的增压型柴油机，在刚启动时冒黑烟，有可能是增压器缺少排气能量驱动，造成气缸内新鲜空气严重缺少，燃气比不符合要求所致。但是，机组运转正常后，仍冒黑烟还伴随有转速不稳，则说明机器必然出现故障。

在实际工作过程中，柴油机排气颜色受到气缸内氧气浓度、燃烧温度、柴油质量、油气混合比重等诸多因素影响。这些因素最终导致燃油的燃烧出现完全燃烧与不完全燃烧两种情况。在燃油完全燃烧时，燃烧产物只有二氧化碳和水蒸汽，色为无色或淡灰色，但在燃油不完全燃烧时，还有一部分柴油在高温、极度缺氧环境中易分解、聚合形成碳烟，这些碳烟排出气缸，就会出现冒黑烟现象。

2.2转速不稳，“游车”的机理分析

柴油机油门固定和无负荷时，转速忽高忽低，不能稳定在规定的范围内，称为工作不平稳或转速不稳，俗称为“游车”。

“游车”较轻时，怠速不稳；“游车”较重时，中、高速不稳。一般来说，转速不稳有正弦变化和无规律变化两种。转速呈正弦波变化时，爆发声有明显的周期性强密和弱疏变化。强密时转速高，弱疏时转速低。当爆发声由弱向强密转化时，排气常常带丝缕状黑烟，调整弹簧有较大的伸缩变形和喷油泵油量调节机构“拉锯”。因调速器不能恰当地调节供油量，使转速不能稳定在规定范围内。转速无规律变化时，转速忽高忽低无节律，伴随爆发声，排气带烟。因循环供油量和喷射规律不正常，致爆发和转速不正常。造成“游车”故障可能存在油路故障、调压器故障等多方面原因。

从本次故障来说，转速不稳及产生的“游车”，可能原因为柴油机由强弱变化时，转速产生的周期性变化，而排气管处冒黑烟也同“排气常常带丝缕状黑烟”的现象相吻合。

3、故障的诊断与排除

3.1故障的诊断

柴油机冒黑烟及伴随的“游车”现象，主要是因为燃烧不完全，或者是进气不足，或者是供油不足等问题。因此其故障可归纳为以下两类：一是气路故障、二是油路故障。

3.1.1气路故障

a）进气系统漏气。如果进气管损坏，或者连接软管开裂，或是紧固长箍松脱都会使进气泄露，进气气缸的空气量减少，柴油燃烧不完全会使排气冒黑烟。b）空气滤清器堵塞康明斯系列柴油机空气滤清器采用二级干式空气滤清器（带安全滤芯），滤清器长时间工作后，滤芯上不可避免堆积大量灰尘杂质，阻碍空气流通，同时金属板网上的机油也会出现老化板结，堵塞网眼，也会造成进气阻力增大，最终使得气缸内新鲜空气量不足。

3.1.2油路故障

a）柴油牌号不对或质量存在问题。十六烷值过高的柴油在高温下会裂解出游离碳，使得柴油不能及时得到充分的燃烧，造成排气冒黑烟。同样，如果燃油质量出现杂质，造成油滤堵塞甚至喷油器积炭，也会造成冒黑烟和游车的现象。b）高压共轨器堵塞。高压共轨器的局部堵塞，会引起共轨器的压力不够，导致燃烧腔内空燃比达不到要求，无法完全燃烧，从而引发“冒黑烟”故障。c）燃油雾化不良。若喷油器喷油压力过低，或针阀偶件磨损或因燃油质量造成喷油器积炭，都会使喷油器雾化不良，柴油和空气无法充分混合燃烧，引起上述现象发生。d）燃油管路受阻。因油管的变形、堵塞，或残余杂质造成油底壳、供油管路、油滤等油路受堵，影响喷油器的喷射性能，出现二次喷射或者滴油现象，使得排气管冒黑烟，长时间运转，由于活塞循环不能正常工作，也会导致柴油机出现“游车”现象。

3.2故障的排除

按照“由表至里，从简到繁”的故障诊断原则，从上述几个故障点进行逐项排查。a）检查进气系统的密封。经检查发现进气管和连接软管完好，紧固长箍并无松脱，进气系统密封良好。b）检查燃油。我们后期对油箱燃油进行了更换，但是故障现象仍未排除，说明本次故障不是燃油质量造成的原因。c）检查清洗空气滤清器。在拆解空气滤清器过程中，我们发现滤清器内芯成灰褐色，网眼也大多有堵塞现象，后续在与故障现场人员交流过程中，也得知施工现场为未交验工程，隧道内有大量粉尘，且施工作业时，施工负责人未按我方要求打开隧道风机。通过现场调查和原理验证，推断出造成本次事件的原因为现场空气质量较差，导致滤芯内部堆积大量的灰尘杂质，阻碍了空气的流通，燃烧所需的空气严重不足，导致燃油燃烧不完全，从而出现大量冒黑烟，同时，由于燃油和空气供气比成周期性变化，就会造成柴油机“游车”。

4、结束语

排气冒黑烟是柴油机的常见故障之一，“游车”现象也在实际现场中多次发生，为了避免或减少此类故障的发生率，提供机组的可靠性，维修操作人员应做好以下几点：

a）定期检查更换空气滤清器滤芯，确保充分的空气进入柴油机气缸。b）在机组运行过程中，经常检查柴油的各项技术参数，做到勤看，多听，多摸，勤嗅。c）遇到柴油机的冒黑烟故障时，要耐心分析，从本文所述的几点原因进行逐一检查分析。d）对于像本文所论述的在封闭环境内施工作业的，要提前做好通风设施设备的开启，必要情况下，要设置鼓风机等增流设备。

康明斯柴油机汽缸早期磨损的原因 第3篇

(1)冷却液温度过高或过低

柴油机运转时,汽缸内的温度达到1 800～2 000℃,瞬时温度高达3 000℃,如果不对柴油机进行及时、合理的冷却,就会导致汽缸早期磨损。

正常情况下,柴油机的最佳温度为80～90℃,高于此值为过热,低于此值为过冷。实践证明,无论是过冷还是过热都会使柴油机的使用性能降低,使用寿命缩短。柴油机过热,易造成早燃、充气量减少和摩擦损失增加;还会导致机械性能降低,润滑油黏度降低、氧化变质,加速零件磨损,使柴油机的动力性、经济性、工作可靠性和耐久性全面恶化。严重时,可使运动机件因受热膨胀而失去正常间隙,造成活塞拉缸或卡死等恶性故障。资料表明:当冷却液温度从90℃升到1 20℃时,功率降低5%。

如果柴油机过冷,大量的热量被冷却液和空气带走,热损失和机械损失将增大,零件的磨损也同样增加;还会使预燃期过长,柴油机工作粗暴,怠速不良,难于启动。资料表明:当冷却液温度从90℃降到40℃时,耗油量约增加30%,功率降低约10%;当冷却液温度从80℃降到30℃时,铁质磨损将增加5倍左右,加剧了汽缸的磨损。

(2)活塞环损坏

康明斯柴油机对活塞环的要求较高。因为活塞环是在高温、高压、高速以及润滑困难和化学腐蚀严重的条件下工作的,所以活塞环是发动机损坏最快的零件之一。当气环磨损后端间隙变大或油环磨损后收集机油能力变差时,就会造成机油上窜,在活塞环槽内形成积炭,使活塞环卡死,划伤汽缸壁;同时部分混合气窜入曲轴箱内,稀释机油,恶化机油品质,使汽缸壁润滑恶化产生早期磨损。

(3)空气滤清器破损

如果空气滤清器(滤芯)破损,则会造成涡轮增压器叶轮和汽缸快速磨损。据相关资料,当空气滤清器失效后,汽缸磨损量将增加8倍,活塞磨损量将增加3倍,活塞环磨损量将增加9倍,从而大大缩短了发动机的使用寿命。在进气系统中,空气引入管及空气滤清器的进气卡箍在机器运行中易松脱,造成进气系统短路,再加上在不经过滤的空气会夹带着灰尘直接进入进气道及汽缸中,造成磨料磨损。

(4)使用不当

许多驾驶和维修人员为了追求经济效益,经常超载,“小马拉大车”,使柴油机长时间处于低速大负荷状态,人为地将柴油机的标准怠速750 r/min调高至900 r/min甚至更高。这样,活塞与汽缸壁的工作条件更为恶劣,汽缸壁易烧蚀而造成早期磨损。并且,总是喜欢在柴油机刚启动时就将驾驶室空调打开,这就相当于额外增加了柴油机启动负荷。

康明斯柴油机的维修方法及注意事项 第4篇

1. 气缸体和气缸盖的维修

康明斯柴油机气缸体和气缸盖的维修如下:

检查气缸体的外部应无任何裂纹和损伤;C系列和N系列柴油机在气缸体与气缸套接触的密封环带处应无穴蚀、腐蚀。若有损伤, 会导致漏水、漏油和漏气, 必须予以维修或更换。

气缸体、气缸盖等零件的裂纹, 通常采用水压试验进行检验。试验方法是:将气缸盖及气缸垫装在气缸体上, 将水压机出水管接头与气缸前端的水口连接好, 并封闭所有水道口, 然后将水压入气缸体水套中, 要求压力为30～40kPa, 保持5min。如气缸体、气缸盖由里向外有水珠渗出, 即表明该处有裂纹。B系列柴油机镶换气缸套、气门座圈及气门导管后应再进行一次水压试验。气缸体出现裂纹后, 应根据裂纹的部位、程度和大小, 结合维修能力和设备情况, 分别采取堵漏剂堵塞、环氧树脂胶黏结、螺钉填补法、补板法和焊补法修复。无法修复时, 应更换新缸体。

康明斯柴油机对气缸体与气缸盖平面的变形, 可将直尺放在平面上, 然后用塞尺测量直尺与平面间的间隙, 如间隙太小可以用平面度检验仪测量。

气缸盖底平面产生变形后, 若这种变形已超出了底平面的平面度, 允许进行一次 (只允许一次) 精磨, 以消除变形, 但最大去除量不应大于1.0mm, 同时还必须保证气门的沉降量。

气缸盖的阀座面出现缺、裂、烧损时, 应及时修理。可对阀座进行一次 (只允许一次) 修磨, 最大去除量为0.25mm, 若通过修磨方法无法消除缺陷, 可采用镶阀座的方法 (B系列柴油机需要先在气缸盖上加工出阀座的底孔) , 将阀座压入阀座孔后, 再用成型刀具对阀座面进行修磨。

2. 气缸套的维修

外部检查时, 首先除去气缸套外表面的锈迹和水垢后, 用磁力探伤法或着色探伤法检查气缸套凸缘的下部、气缸套底部和气缸套密封环槽等处有无裂纹。气缸套如有裂纹, 必须予以更换。检查气缸套的外表面是否有腐蚀或穴蚀。当腐蚀、穴蚀的深度达到1.6mm或更大时, 缸套应报废。如果某一气缸套仅存有微小的穴蚀针孔, 可继续使用, 但安装时必须将气缸套换一个方位进行安装。

内表面检查时, 首先直观检视气缸套内表面的拉伤、划痕情况, 看拉伤深度是否能被手指甲感觉出来, 如能感觉到, 则必须更换。再测量检查, 通常用内径量表 (量缸表) 在其上、中、下部位测量磨损量。如果磨损量超过气缸套最大直径0.1mm (例如康明斯C系列柴油机的最大直径为114.04mm) 时, 应更换气缸套。更换的新气缸套应保证气缸套高出气缸体的上平面。康明斯C系列柴油机此数值为0.025～0.122mm;N系列柴油机为0.08～0.15mm。B系列柴油机由于不镶气缸套, 当气缸孔直径磨损超过102.166mm时 (标准值为102.04mm) , 或出现拉缸等故障时, 则必须进行镗缸和大修。气缸套采用中磷铸铁干式缸套, 要求止口面平滑、无斜度、去尖角和毛刺;气缸套与气缸体的过盈量要求:0.05～0.08mm。

气缸套压入气缸体前, 应放入冰箱内, 在-20℃下冷却1h以上;气缸套冷却完成后, 将每个气缸孔表面涂以乐泰620胶, 此胶具有抗高温、抗腐蚀的功能, 可有效地保护气缸体与气缸套的过盈配合;双手戴好防护手套, 将冷冻后的气缸套 (外径减少0.05～0.07mm) 压入气缸孔:然后用专用工具轻轻敲打气缸套。使气缸套与气缸体的下止口面充分接触:注意, 止口面一定要除去尖角、毛刺, 必须保证平整、无斜度;将气缸套全部压入气缸体后, 将内孔镗至101.956mm, 除去凸出气缸体顶面的多余部分, 保证与缸体的顶面平齐, 缸套上的倒角为1.2515°;珩磨气缸孔达到有小平顶的珩磨网纹 (珩磨角与水平线方向15°～25°) 。

3. 活塞连杆组的修理

康明斯柴油机活塞连杆组的修理如下:

康明斯柴油机大修时, 应对连杆进行检查, 查看杆身是否有压坑或变形等情况, 如超出技术要求, 应更换连杆。若出现连杆螺栓被拉长、螺杆的导向部分磨损或存在裂纹、螺纹损坏时应更换。活塞销装入连杆小头孔时, 应在活塞销及衬套上涂润滑油;活塞、连杆及连杆盖进行组合装配时, 应注意连杆的方向及配对号, 当活塞的指前记号“FRONT”朝上时, 连杆盖应在左边 (将活塞朝内从上往下看) 。

将活塞放在煤油乳化溶液中浸泡30min后用铜丝刷清洗 (不要使用对铝有浸蚀作用的溶液及钢丝刷等坚硬的工具来清洗) 。清洗后应观察活塞环槽的表面是否有凸起存在, 如有凸起, 应更换;测量环槽及活塞的外径, 如果测量的结果不在规定的范围内应更换。活塞出现顶部烧穿、头部烧熔、环岸损伤或严重磨损、裙部划伤、活塞与气缸配合间隙过大等情况时应更换。

康明斯柴油机镗磨气缸、更换新气缸套、活塞环磨损、活塞环损伤时, 应更换新的活塞环。更换新活塞环时, 应将其放入相配合的气缸套内, 检查活塞环的开口间隙, 其间隙值应符合规定要求。

活塞环顶面上有“TOP”或有其它标记的, 装配时应将该面朝上。为了避免可燃混合气从活塞环的开口间隙中漏出, 在装配时应将环的开口方向互相错开120°, 且不要把开口放在活塞销处。

在将活塞连杆组件装进气缸体前, 要检查活塞环朝上标记、活塞指前标记、连杆装配方向和活塞销是否落槽。在气缸孔内、活塞环上、活塞裙部及连杆轴颈等部位均匀涂以15W-40牌号的润滑油。应自如地将活塞连杆组件推入气缸孔内, 不得强行装配。并将活塞顶上的指前标记朝向柴油机缸体的前端。连杆螺栓装入时, 应在连杆螺栓头的承压面及螺纹上涂以少许15W-40牌号的润滑油, 并用手拧2～3扣。

B系列柴油机连杆螺栓采用力矩加转角法拧紧。第一次拧紧力矩为: (50±5) Nm, 第二次拧紧转60°±5°, 最终拧紧力矩为: (165±30) Nm。C系列和N系列柴油机采用力矩法分三次拧紧, 最终扭矩分别为l20Nm和203 Nm。连杆螺栓如有一个需要松开, 必须同时松开另一个螺栓, 然后再按拧紧力矩要求拧紧。活塞连杆组件装后, 应检查连杆在曲轴连杆轴颈的轴向间隙 (B系列为0.10～0.30mm, C系列柴油机为0.10～0.33mm, N系列柴油机为0.114～0.330mm) , 如达不到要求, 应进行重新选配和调整。

4. 曲轴总成组件的修理

康明斯柴油机曲轴总成组件的修理如下:

康明斯柴油机大修时, 曲轴应进行磁力探伤检查, 探伤后应进行退磁;检查主轴颈、连杆轴颈和止推轴颈止推面上的磨损、划痕、烧伤等情况, 如有损伤, 应按规定的技术要求进行修磨:检查前、后油封轴颈, 如有划伤、磨损沟槽等, 应修磨 (B系列柴油机还可采用修磨后镶套的方法进行修复) :检查轴承表面, 如有损伤、剥落或严重磨损等缺陷, 应予以更换;检查轴承定位凸台;如凸台已损坏或变形, 应更换轴承:检查曲轴的轴向窜动量, 曲轴的轴向窜动量大等于规定值时 (B系列柴油机为0.10～0.30mm, C系列柴油机为0.127～0.33mm, N系列柴油机为0.18～0.45mm) , 应更换止推轴承, 必要时修磨曲轴止推面。

康明斯柴油机运转时, 若发现减振器抖动, 应检查减振器是否损坏。减振器轮毂和惯性环上有一条对齐的刻线, 若刻线偏移量超过2mm, 则必须更换;减振器橡胶老化、剥落, 且深度低于金属表面3mm以上, 则必须更换总成。

康明斯柴油机主轴承盖安装时, 结合面应保持清洁, 用无纺布或绸布擦净。装主轴承螺栓前, 应在主轴承孔内加少许润滑油, 用手拧紧2～3圈。主轴承按下列方法拧紧:第一次:拧紧力矩为50Nm;第二次:拧紧力矩为80Nm, 在主轴承螺栓搭子上画一条线与螺栓六角头的某一点对齐;第三次:拧转60°±5°, 使六角头上的一点与搭子上的线对齐。最终拧紧力矩为176Nm。N系列柴油机主轴承螺栓的最终力矩为339～352 Nm, 也应分几次拧紧。如果一个主轴承螺栓需要松开, 就必须同时松开另一个螺栓, 然后再按拧紧力矩要求拧紧。

5. 飞轮的维修

飞轮是一个用铸铁制成的惯性轮, 是将作功行程中曲轴所得到能量的一部分储存起来, 用以克服进气、压缩和排气三个辅助行程的阻力, 使发动机运转平稳, 并提高发动机短时期的超负荷工作能力, 使车辆容易起步等。此外, 它还是离合器的组成部件。使用中常因飞轮的损伤及磨损, 出现故障而影响其正常工作, 比如起动困难、离合器打滑、动力下降等。

飞轮常见损伤及磨损的部位如下:在发动机起动时, 飞轮齿圈上的齿轮受到起动电机齿轮的频繁撞击和滑移干摩擦, 且齿轮啮合处常夹杂着尘粒, 使齿圈齿轮产生磨损或裂损剥落。由于飞轮始终单向旋转, 故其齿圈齿轮的磨损通常发生在与旋转方向相反的一面。飞轮平面的磨损较常发生, 其原因是由于驾驶操作不当、离合器无自由行程、离合器压盘压力不足等, 使离合器与飞轮经常处于半离合状态, 从而加剧了飞轮平面磨损。当离合器摩擦片磨损到极限后, 露出的铆钉头将其表面刮出沟槽, 严重损伤飞轮平面;飞轮平面还会因高速摩擦所产生的高温而局部烧灼结硬, 使摩擦结合能力下降;由于飞轮承受的扭矩较大, 并且在传递扭矩时伴随冲击载荷易将飞轮螺孔损伤变形。

飞轮检验的方法如下:端面圆跳动量检查。将千分表架在飞轮壳上, 表触头顶在飞轮工作面半径150mm处, 并将曲轴保持在消除了前、后轴向间隙的位置上, 以免误认为是飞轮的摆差。旋转表盘使0对正指针, 转动飞轮一圈, 千分表的读数差, 除以表触头至飞轮旋转中心距的2倍, 即为端面圆跳动量, 一般不大于0.15mm。超过允许限度时, 可在曲轴飞轮凸缘盘接合面与飞轮之间加垫片调整, 不允许机加工方法调整。飞轮径向圆跳动量检查。将千分表触头靠在其光滑内圈或外圈上, 旋转表盘使0对正指针, 转动飞轮一圈, 千分表读数差即为径向跳动量, 一般不允许大于0.10mm。经检验确属摆差过大, 应更换新件。发动机大修必须对飞轮进行平衡性能检测。允许不平衡量一般为100gcm。

康明斯柴油机检查飞轮摩擦面, 不得有裂纹、严重烧伤或明显的沟槽, 必要时可进行修磨。修磨后, 以曲轴安装止口作定位面进行动平衡检查。检查飞轮齿环, 齿环的齿面不得有变形或严重磨损等缺陷, 否则应更换齿环。齿环和飞轮间采用过盈配合。更换齿环时应先将齿环加热后装配, 装配时, 应使齿环上的倒角朝向曲轴。

光磨飞轮工作表面时, 必须正确定位, 防止其表面摆动。从飞轮工作表面磨削下来的金属厚度最多不能超过1mm。若经磨削其厚度减薄, 工作面仍不平整, 则应更换。

飞轮的外圆上压装有起动齿圈, 在车辆的使用中, 有时会遇到起动不良, 或起动机空转的现象。如系飞轮齿环滑转或由于局部断齿, 可采取以下措施:齿环滑转可在齿环与飞轮配合的圆周上三等分处, 镶3只M6的螺钉固定, 高出部分切除, 用洋铳打出小孔, 以防松动;齿环断齿可焊补或加温后拆下翻边使用, 热压配合即可。

检查齿圈的齿面有无凹坑和剐伤, 严重时必须更换新齿圈。但齿圈磨损可以翻面使用, 个别断齿焊修;严重磨损超过30%以上的齿, 或连续断齿4个以上应更换。新车从飞轮上拆卸损坏的齿圈, 用氧炔焰加热 (向发动机一面的) 齿圈, 然后从飞轮上敲下齿圈 (注意不能敲击飞轮) 。车辆大修时需齿圈前后方向调换, 加热压装继续使用。装前锉刀逐一倒角, 易于啮合或减少损伤, 然后热压配合。加热温度均匀, 温度不得超过350℃, 以避免飞轮齿圈退火。

曲轴的凸缘和飞轮的接合面发生偏摆或不平整, 都会使连接螺母松动, 当接合面发生偏摆时, 螺栓受力不均, 受力大的易松动。另外螺孔和螺杆的配合公差过大, 或未按规定力矩拧紧。检修时打开飞轮壳盖, 用撬杠撬动飞轮, 无晃动感觉为佳, 飞轮螺孔磨损圆度偏差超过0.07mm时, 应采用扩孔加大尺寸法修复。

曲轴、飞轮、离合器总成组装后进行动平衡试验。组件动不平衡量应不大于原厂规定。东风康明斯柴油机一般不大于70gcm。组件的不平衡量过大, 使组件共振临界转速降低。假若共振临界转速降至发动机经济转速内, 曲轴就会长期在共振条件下工作, 会造成曲轴早期疲劳断裂, 飞轮壳早期产生纵向裂纹。

康明斯柴油机 第5篇

ISBe柴油机采用的CM800控制系统,是一种全电子控制的燃油控制系统,该控制系统的主要功能是供油量和正时控制,将发动机转速控制在低怠速和高怠速的设定值之间,并在优化发动机性能的同时降低排放。其控制系统的组成主要包括输入、处理(ECM)和输出3部分。输入设备是一些电器装置,如传感器和开关等,它们可以为ECM提供表明发动机当前工况的信号以及操作者的输入信号;发动机ECM利用存储程序根据各种输入装置提供的信息进行计算处理功能,计算结果用来确定与当前发动机工况相对应的发动机输出信号;ECM向各种输出设备提供输出信号,输出设备为执行元件,包括喷油器、电子风扇离合器、电子燃油断阀等,它们执行ECM的控制指令,控制着燃油、发动机正时以及各部件的运行。以下结合实际情况,对ISBe柴油机控制系统输入设备中的易损部件——传感器,进行功能说明及检修分析。

ISBe柴油机上安装的各类传感器由ECM提供电源,大部分工作电压为5 V,主要功能是实时监控发动机当前的工作状态及运行参数。采用的传感器类型有以下5种:温度传感器、压力传感器、组合式传感器、转速传感器和位置传感器。

1 冷却液温度传感器检测

位于气缸盖的右前侧,靠近节温器的位置,其功能是:控制风扇运转、调整起动供油量、控制供油正时和发动机保护。工作范围在-40～140 ℃。传感器出现故障后将引起发动机转速降低,功率下降,启动困难,若开启了发动机保护功能则导致发动机停车。

检修方法:康明斯发动机使用的温度传感器是二线热敏式传感器,二线式是指传感器上有一根ECM提供的电源线和一根返回线;热敏式是指电阻的阻值随着温度的升高而下降;正常情况下阻值在500～40 kΩ。因此可以采用万用表检测温度传感器接线插头的电阻值,并且与正常参数值相比较,即可判断温度传感器是否正常工作。表1列出了温度传感器的正常参数范围,适用于所有康明斯其它系统的温度传感器。

2 燃油温度传感器

该传感器安装在燃油滤清器壳体内的上方,其功能是:ECM利用该传感器的信号来实现对燃油加热器的控制和发动机保护,工作范围在-40～140℃。传感器出现故障后将影响发动机性能,其检修方法与冷却液温度传感器完全相同。

3 燃油油轨压力传感器

安装在高压燃油共轨内,其功能是:ECM利用该传感器信号确定油轨中的燃油压力,同时利用它来计算燃油供油量,工作范围在0～1 500 Bar。传感器出现故障将导致发动机动力下降、转速降低甚至停车。

检修方法是:康明斯发动机上使用的压力传感器大多数为压电晶体式。压电晶体式传感器通过内部的一个压电晶体来感应压力的变化,当压力变化时,作用在压电晶体上的压差使压电晶体输出一个信号电压。燃油油轨压力传感器就是此种类型,采用三线式,两根电源线向传感器提供5 V的工作电压,一根信号线向ECM提供压力信号电压,如图1所示。根据压力传感器测量压力时参考压力的不同,压力传感器又可以分为相对压力传感器和绝对压力传感器。相对压力传感器测量压力时的参考压力为大气压,因此其测量大气压时的测量值为0。绝对压力传感器测量压力时的参考压力是真空,其测得的压力值为绝对压力。

大部分压力传感器无法通过测量电阻的方式来判断好坏,而是需要在压力传感器工作时通过输出的信号电压来判断。因此在检测压力传感器时需要专用的检测导线,保证传感器正常工作的同时将3条线引出供检测,不同的压力传感器需要不同的检测导线。图2为3种不同压力传感器的测试抽头。

测试时应注意电源线与回路线之间是5 V;电源线与信号线之间是无穷大,否则会短路;信号线与回路线之间的电压根据不同的压力传感器标准不同。表2列出了燃油油轨压力传感器在不同燃油压力下的输出信号电压参数值。

4 大气压力传感器

该传感器安装在发动机ECM800中,其功能是:ECM利用该传感器信号确定当前的大气压力,以便用于空气燃料比控制及海拔高度功率降低。由于它安装在ECM之中,无法对其进行检测维修,出现故障必须由康明斯的专业人员进行处理。

5 机油压力/温度组合式传感器

该传感器安装在机油滤清器座上,其功能是:ECM利用该传感器测定机油的压力参数用于发动机保护;利用测定的温度参数用于保养监控。其中压力传感器的工作范围在50～600 kPa;温度传感器的工作范围在-40～125 ℃。传感器出现故障后将引起动力下降、转速降低,若开启了发动机保护功能,则会导致发动机停车。

其检修方法是:为了减少零件数目并使发动机线束更简单,将机油温度传感器和机油压力传感器集成到一个传感器中。因此ECM与传感器之间只有4根导线,分别是:机油压力/温度的5 V电源供给线、回路线、机油压力信号线、机油温度信号线。其中机油温度传感器的检修方法是参照表1中的数值测量电阻;机油压力传感器的检修是按照燃油油轨压力传感器的检修方法测量电压,表3列出了机油压力传感器在不同机油压力下的输出信号电压参数值。

6 进气压力/温度组合式传感器

该传感器安装在进气系统中增压器后面的进气歧管内,其功能是:ECM利用该传感器测定增压的压力参数,用于空气燃料混合比控制;利用测定的温度参数作为发动机保护和风扇离合器的控制。其中压力传感器的工作范围在50～400 kPa;温度传感器的工作范围在-40～125 ℃。传感器出现故障后将引起动力下降、转速降低、发动机启动困难等问题,若开启了发动机保护功能,则导致发动机停车。

其检修方法与机油压力/温度组合式传感器相同,表4列出了进气压力传感器在不同进气压力下的输出信号电压参数值。

7 发动机位置传感器(凸轮轴位置传感器)

该传感器安装在发动机齿轮室壳体上,位于空气压缩机和燃油泵之间,正对着凸轮轴的位置,其功能是:ECM利用该传感器测定凸轮轴的位置,确定发动机正时,主要用于发动机供油正时的控制。传感器出现故障后将引起发动机动力不足、怠速不稳、排放白烟、启动困难甚至发动机停车。

其检修方法是:康明斯ISBe发动机上通常采用2种不同形式的速度和位置传感器,即磁绕组式(VR式)和霍尔效应式。

1)磁绕组式(VR式)传感器内部有一电磁铁心和磁线绕组,电磁铁心产生电磁场,速度信号轮在旋转时切割磁场,在磁线绕组上产生交流信号,ECM通过计量交流信号的频率即可计算出信号轮的转速,如图3所示。

磁绕组式传感器可以通过测量电阻值来检查其是否工作正常,具体参考表5中提供的传感器参数表。有些磁绕组式速度传感器内部有2组绕组,这两组绕组的功能是一样的,其中一组用于另外一组失效时的备用。

2)霍尔效应式速度传感器内部有一特殊的半导体,在金属物体接近此半导体时其电阻会发生变化,通过传感器内部的电路输出信号电压。和磁绕组式速度传感器输出的模拟信号相比,霍尔效应式速度传感器输出的是更精确的数字信号,因此越来越多的机型开始采用霍尔效应式的速度和位置传感器,如图4所示。

霍尔效应式的速度和位置传感器无法通过测量电阻来检测。可以通过盘转发动机,测量其输出信号电压的方法来判断其工作的好坏。在启动发动机时,正常工作的霍尔效应式速度传感器的输出电压在0 V和5 V之间切换(0 V和5 V为名义电压,实际电压比0 V稍高,比5 V稍低)。

8 发动机转速传感器(曲轴转速传感器)

该传感器安装在发动机前齿轮室壳体上,其功能是:ECM利用该传感器测定位于发动机前部安装在曲轴上的转速信号轮的脉冲信号,计算出发动机转速,主要用于发动机供油量的控制。传感器出现故障后将引起发动机动力不足、怠速不稳、排放白烟、启动困难甚至发动机停车。

其检修方法是:与发动机位置传感器(凸轮轴位置传感器)完全相同。

参考文献

[1]钱耀义.汽车发动机电子控制系统[M].北京:机械工业出版社,1999.

[2]焦玉琴,王孝,禇全红.柴油机转速传感器结构参数的磁耦合测试[J].车辆与动力技术,2007(4):4-5.

[3]徐权奎,祝轲卿,于世涛,等.电控柴油机转速传感器"模块优化设计[J].车用发动机,2006(3):28-31.

[4]谭文春,张金龙,唐航波,等.基于MC68376的高压共轨柴油机电控单元的设计[J].内燃机工程,2005,26(1):11-15.

康明斯B系列柴油机喷油泵使用5忌 第6篇

1. 忌随意拆铅封

VE型分配泵是1种极其精密的总成, 其上有2个铅封:1个是油量调整螺钉, 1个是最高转速限制螺钉。由于调整这2个螺钉将改变发动机性能, 同时拆除以后意味着出现意外事故将放弃索赔权, 因此不得随意拆除铅封进行调整, 而只能在指定维修点进行修理。

2. 忌燃油不清洁

VE型分配泵高压部分及喷油器的配合副要求千分之几毫米量级的精度, 因此这种泵在使用中要求柴油具有较高清洁度, 以免因杂质造成分配转子严重磨损或卡死。一般夏天使用0号轻柴油, 冬天使用-10号轻柴油 (GB252-64) 。燃油在加入油箱前必须沉淀72小时以上, 从油桶加油时不要加入底部燃油;柴油中不能含有汽油, 也不能含水分, 否则会使偶件加速磨损或生锈, 严重时会造成柱塞断裂, 甚至毁坏整个油泵。

3. 忌不放掉水分

每天起动前要放掉第1级燃油滤清器油水分离器中的水分, 一般在发动机使用500小时或1.6万km后必须更换专用的双级燃油滤清器。这种滤清器为不可拆式, 需整体更换。另外要经常检查油水分离器报警开关, 发现故障必须及时排除。

4. 忌不定期更换空滤器芯

由于大气中悬浮着许多杂质, 因此要经常检查空气滤清器。如果脏了要及时更换滤芯, 否则燃油中易混入灰尘。更换时要用特种工具拆下燃油滤清器及O型圈。一般每0.4万km清洗1次, 2.4万km更换滤芯。工作环境恶劣的地方使用时应视情缩短周期。

5. 忌热泵头上浇冷水

康明斯柴油机 第7篇

只有在完全懂得发动机工作原理的情况下操作康明斯柴油机, 才能得到满意的效果。发动机的各个零件都会影响其它工作零件, 乃至整个发动机的工作。

1.1 康明斯柴油机工作循环

康明斯柴油机在许多方面与火花点燃式发动机不同。它的压缩比较高, 在进气冲程进入燃烧室的仅仅是空气而无燃烧混合气。康明斯喷油嘴接受来自燃油泵的低压燃油并定时定量将燃油以雾状送入各个燃烧室进行燃烧。燃油的着火是由燃烧室中压缩空气的热量引起的。

四个冲程及顺序为:进气冲程、压缩冲程、做功冲程及排气冲程。

为了使四个冲程正常工作, 气门及喷油嘴的动作必须与四个冲程中的每一个冲程发生直接的联系。进气门、排气门及喷油嘴通过挺杆或凸轮随动臂、推杆、摇臂和气门十字头由凸轮轴推动。凸轮轴由曲轴齿轮进行驱动, 这样, 曲轴的转动控制了凸轮轴的动作, 而凸轮轴又控制了气门的开闭次序和喷油时间 (燃油供给) 。

1.2 燃油系统

在康明斯pt燃油系统中, 流动液体的流量是同液体压力、流动所需时间以及液体流经通道的大小成比例的, 康明斯pt燃油系统有下述部分:

(1) 一个燃油泵, 它从油箱中吸油并分配给各缸的喷油器。

(2) 一个能控制由燃油泵到各个喷油器的燃油输送压力的机构。每个气缸得到按发动机功率的恰好油量。

(3) 一条有适当尺寸和材料的燃油通道。分配到各缸喷油器去的燃油, 在各种转速和负荷条件下, 均具有相等的压力。

(4) 一组喷油器, 接受来自燃油泵的低压燃油。喷油器能将燃油准时、等量并以适当的状态喷射到各个燃烧室中去燃烧。

P t燃油系统由燃油吸油管、燃油滤清器、燃油泵、真空控制器、输油管、供油通道、供油歧管、喷油器、回油通道和回油管等组成。

2 pt燃油系统熄火困难的原因及处理方法

我们了解了康明斯柴油机的工作原理、工作循环及pt燃油系统的组成后, 就不难分析出pt燃油系统熄火困难的原因, 通过对原因的分析找出处理方法:

2.1 停机电磁阀关闭不严

当启动开关旋至关闭位置后, 停机电磁阀的电磁线圈失去电流, 吸力消失, 停机电磁阀的阀片在弹簧片的推力作用下关闭油路, 使发动机熄火。

若电磁阀关闭不严, 则会继续向燃油道供油, 使喷油器计量孔前的油压不能及时降至熄火油压, 从而造成熄火困难。电磁阀关闭不严的程度不同, 则熄火时间的长短也不同, 可达几十秒至数分钟。

停机电磁阀关闭不严, 除加工制造的原因外, 与燃油的清洁度有很大关系。当燃油清洁度低时, 杂质会侵入电磁阀, 将阀片垫起或使其运动卡滞, 造成关闭不严;杂质也可能是在保养过程中不注意油路的清洁而直接侵入。由于电磁阀关闭不严而造成熄火困难时, 往往可以加大油门以冲击阀片, 使之一时关闭油路而使发动机马上熄火。

该故障发生后, 应清洗电磁阀来排除, 但最重要的还是提高燃油的清洁度, 不然该故障还会反复发生。

2.2 回油单向阀关闭不严

回油管回油至燃油箱上部, 位置高于喷油器计量孔, 回油单向阀如因杂物或毛刺阻碍而导致关闭不严, 则油管中的柴油会反压至缸盖中的回油油道, 并通过喷油器回油孔和环形油道, 最终到达喷油器的计量孔前, 造成压力高于熄火油压, 导致产生熄火困难故障。但因回油管中燃油较少, 故造成的不熄火时间较短, 大约30s左右即可熄火。

该故障发生后, 可清洗回油单向阀来排除, 即从螺纹处拆开单向阀, 观察有无毛刺和杂物、橡胶密封是否良好, 然后用柴油清洗, 将阀芯装入阀体, 使阀芯运动灵活、无卡滞现象即可。

3 喷油器中间O型圈因破损而漏油

喷油器是将燃油引入各个燃烧室去的装置。它具有计量、定时和喷射作用。进油和回油通过气缸盖内部的油道流动, 每一个喷油器周围有一个径向槽与气缸盖上的油道相配合, 让燃油通过喷油器体上的一个可调孔塞。每一进油口有一个细滤网对燃油进行最后的滤清。

喷油器周围的燃油槽被O形圈隔开, O形圈抵住气缸盖上的喷油器孔而起密封作用。这就在喷油器和气缸盖喷油器孔表面之间形成了密封油道。

从燃油泵截流阀顶上一个接头来的燃油, 通过一根输油管到气缸盖的下部钻孔油道中。气缸盖上的第二油道与喷油器上部的径向槽相对准, 以排出多余的燃油。多余的燃油通过回油管回到油箱中。

喷油器插入缸盖后, 3只O形圈中的中间O形圈将缸盖中的油道分隔为进油道和回油道 (上部为回油道) 两部分。因进油道的油压高于回油道的油压, 当中间O形圈破损后, 进油道的油就会漏入回油道, 从而增加回油道中的压力。当停机熄火时, 回油道中的压力就会反压到进油道中来, 使喷油计量孔前的油压不能及时降至熄火油压, 从而发生熄火困难。熄火时间的长短视O形圈破损的严重程度而异。

该故障发生后, 很难判断是哪一缸的喷油器中间O形圈出现破损, 需要逐渐拔出喷油器进行检查, 直到找出原因。更换破损的O形圈时, 应使O形圈在喷油器槽内正确安装、不可扭曲;装入缸盖前应涂上机油;由于喷油器拔出并再次装入, 一般来说, 若没有十分保险的措施, 应重新调整喷油器的柱塞行程。

4 喷油器钢球止回阀落座不实、密封不严

喷油器带有一个球形止回阀。当喷油器柱塞向下运动盖住进油口时, 一个冲击压力迫使球阀关闭, 与此同时, 在喷油器杯中截流了一定量用于喷射的燃油。当柱塞继续向下运动, 燃油就被喷入燃烧室中, 同时回油口也被打开, 球阀从座上抬起。这样, 燃油便自由地流过喷油器, 流出回油管以进行冷却, 同时排除了喷油器杯中的气体。

当喷油器的钢球止回阀落座不实、密封不严时, 钢球止回阀不开启, 导致喷油器计量孔前的油压增大, 从而发生熄火困难。

该故障和上述3种故障不同, 当某缸喷油器的钢球止回阀落座不实, 关闭不严时, 只影响这一缸喷油器计量孔前的油压, 其他无故障缸不受影响。若6只喷油器中只有1只发生故障, 则熄火困难时只有1个缸在工作;若有2只喷油器发生故障, 则有2个缸工作, 依次类推。因为该故障有个别性, 故检查时可用“断缸法”进行检查, 或卸掉热排气管后观察是哪个缸在工作, 但PT燃油系统不像其它燃油系统那样容易实施“断缸法”。根据经验, 可用工具将喷油器柱塞驱动摇臂用力抬起, 使其一直压在油杯上, 柱塞不能运动, 从而无法计量燃油, 无法进行喷油工作, 以达到断缸的目的。

康明斯柴油机 第8篇

关键词：柴油机,连杆,有限元法,疲劳失效

0 引 言

随着柴油机技术的不断发展,柴油机的设计和强化指标不断提高,机械负荷不断增加。作为关键的传动部件连杆,其工作的可靠性问题长期以来一直是人们柴油机研究和改进过程中关注的热点问题。康明斯6CT柴油机平切口连杆在运用中曾发生过连杆螺钉断裂、连杆断裂及大端过渡部分裂纹等故障。为此对连杆高速运动中的受力状况进行了理论分析,结合有限元软件ANSYS对活塞连杆进行三维准静态有限元分析研究,找出导致连杆失效的主要因素,为后续的设计计算提供可信的数据。

1 连杆运动受力状况

柴油机是一种进行热功转换的能源动力机械,其工作过程就是曲柄连杆机构往复运动和瞬间着火燃烧所引起的一种循环非定常的动态过程。对四冲程柴油机来说,在膨胀做功冲程时,连杆将作用在活塞上极高的气体压力转变成曲轴的旋转力矩,在排气冲程末和吸气冲程开始时,则将承受着很大的往复惯性力(尤其是大端),运转中应力交变十分频繁。连杆既受到气体的压力,运动过程的摩擦阻力,又受到所带动负载的阻力,这些力随着活塞的运动而变化。活塞连杆组的运动状况如图1所示:小头端随活塞组作往复直线运动,大头端绕曲柄销作旋转运动,杆身部分为往复运动和摆动所合成的复合运动;连杆的受力情况十分复杂,在其杆身的每一个截面上都会有弯矩、剪力和法向力,但弯矩和剪力都不大,杆身的主要载荷是交变的拉压负荷[1]。

作为柴油机功率输出主轴的曲轴,其转动是基本均匀的,但活塞连杆组运动极不均匀,伴随着很大的加减速度,产生超重上千倍的惯性负荷,对连杆的强度和耐久性影响很大,并导致振动和噪声。这些惯性负荷主要有:活塞组件往复运动所产生的往复惯性力;曲轴不平衡回转质量回转运动所产生的离心力;连杆运动所产生的惯性力。计算时采用连杆两个质点组成的系统代替的方法来处理连杆的分布惯性力,动态分析时,以活塞为参照物,连杆绕活塞销作平面转动,根据达朗贝尔原理,采用动静法进行准静态应力分析。往复惯性力的方向与活塞加速度的方向相反,作用线与气缸中心线平行。连杆运动所产生的往复惯性力Fj可根据下式(1)计算[2]。

Fj=-mjRωr(cosα+λcos2α) (1)

式中:R为曲柄半径,ω为角速度,λ为曲柄连杆比,α为与x轴的夹角

连杆的负荷和约束边界条件比较明确,适于用三维有限元法进行受力分析,进行结构优化设计。连杆的受力边界条件如下:连杆与活塞销和曲柄销构成接触对,在某一角度范围内按余弦规律分布,沿连杆厚度方向不变[3],详见下式(2);连杆大头组件与螺栓视为整体,不考虑螺栓的预紧力。

f=A*cosα,P=∫undefinedf*r*dαdx (2)

式中:r为连杆轴颈的半径,θ为分布角

通过UG建立连杆模型,导入有限元分析软件ANSYS,选择20节点Solid186结构分析单元,设置材料属性,进行网格划分,连杆组件及简化模型如图2所示。

2 连杆运动受力仿真计算

计算时选取最大功率工况进行计算,此时转速2500r/min,功率160kW(增压),最大爆发压力13.1MPa(增压),并选择排气冲程上止点为曲轴0°转角,每间隔60°进行一次计算。同时考虑到两个极限工况:①发生在进排气冲程上止点的最大拉工况;②发生在膨胀冲程上止点附近的最大压工况。连杆内孔受活塞销的接触力,按余弦规律分布,在压工况时分布角θ=120°,拉工况时θ=150°。

活塞总作用力:P=Pg+Fj;

侧压力:Pn=Ptgβ

连杆大头离心惯性力:undefined

切向分量:undefined;

法向分量:undefined;

连杆压力:undefined

回转惯性力:undefined

3 连杆应力状况

由于连杆几何形体结构复杂,在工作载荷和装配应力复合作用下,各部位产生复杂的三向应力状态,为多轴非比例或非同相循环应力。FEM应用于计算康明斯柴油机6CT连杆具有上述特征的应力状态,本文采用Von Miss应力或应变判据对其分析。Von Mises 应力是基于剪切应变能的一种等效应力,它遵循材料力学第四强度理论,对于大多数碳钢和合金钢与疲劳试验的结果比较吻合[3]。

通过对连杆进行运动受力计算,获得不同的曲轴转角对应的连杆应力数据见表1。在膨胀冲程上止点附近(曲轴370°转角处)连杆受到最大的压力作用,应力集中在杆身侧面与大头的过渡部位,最大的位移偏移量出现在连杆大头端;在排气冲程上止点附近(曲轴720°转角)连杆受到最大拉力作用,应力集中在小头内孔。

图3为连杆在曲轴370°转角的Von Mises应力分布,此时连杆受到来自活塞的最大爆发压力,在靠近连杆小头的杆身单侧面最大应力达到225MPa,杆身与大头过渡部位出现应力集中,数值在225～315MPa之间,在杆身侧面与大头过渡部分边沿的微小区域出现应力峰值404MPa。

4 连杆失效分析

在杆身受压一侧的中间截面上依次选取节点,将其Von Mises应力映射到节点对应位移之上,可获得图4所示的应力变化曲线。两个应力峰值分别出现在靠近小头的杆身侧以及杆身侧面与大头的过渡部位。该连杆(材质为40MnBH)经调质处理,各部位等效应力状态处在极限应力范围之内。

在靠近小头的杆身侧面和杆身与大头过渡圆弧面的中部分别选择2个特征节点6978和5178,获得其应力变化曲线,如图5所示:连杆在高速运动过程中受到多轴非比例或非同相循环应力的作用,在小头杆身侧以及杆身与大头过渡部分的“直角台阶”处产生应力集中,将会产生局部的疲劳失效:过渡部位“交角”易产生细微裂纹,而靠近小头的杆身部分则在剪切力作用下可能沿着45°的截面方向断裂。连杆断裂失效是源于“直角台阶”处的疲劳断裂,连杆所受应力不大,但在裂源区存在较多的疲劳台阶,说明该区应力集中严重,连杆与螺栓结合面处存在“直角台阶”。这与6CT型柴油机连杆实际使用的失效情况相符,如图6所示,断裂面多出现在靠近连杆小头的杆身最小截面处以及连杆与螺栓的结合面处,属于疲劳断裂,其断裂需一定时间的累积[4]。

5 结论及建议

柴油机连杆工作时,处于高速往复运动状态,承受交变的拉压应力和弯曲应力,要求材料有足够的抗弯和抗拉强度、疲劳强度及良好的韧性。因为几何形体结构复杂,在工作载荷和装配应力的复合作用下,连杆各部位三向应力状态具有多轴非比例(非同相)循环应力的特征。平切口柴油机连杆大头形状的设计要尽量避免尖锐的交角,特别注意降低应力集中。在多轴非比例或非同相循环应力的作用下,杆身与大、小头过渡部位容易产生疲劳裂纹;在应力较大的小头杆身部位引起了疲劳裂纹萌生,进而发生疲劳断裂;疲劳断裂面多出现在靠近连杆小头的杆身最小截面处以及连杆与螺栓的结合面处。工艺上可采用如下方法提高连杆的可靠性:①采用荧光探伤对锻造内在质量再次进行检查,对杆身与大、小头过渡部位详细检查;②采用精磨等方法增大“直角台阶”处的过渡圆角,改善圆角两边的机械加工质量;③在连杆的调质处理中提高回火温度。[5]

参考文献

[1]夏长高,王凌云.车用内燃机曲柄连杆机构动力学分析[J].拖拉机与农用运输车,2004.5

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