De belangrijkste oorzaken van het doorbranden van de zuiger in de Cummins K38-motor
Zuigererosie is een veel voorkomend verschijnsel bij het gebruik van dieselmotoren, waarbij het grootste deel van de erosie optreedt aan de bovenkant van de zuiger, de eerste en tweede zuigerveergroeven en de omtrek van de zuigerkop. Over het algemeen zijn de belangrijkste vormen het smeltgat aan de bovenkant van de zuiger, de perforatie en de spiebaanvormige inkeping en het honingraatoog aan de hoofdomtrek. Het belangrijkste foutverschijnsel is de toename van uitlaatgas onder de motor en zelfs de olie die uit het ademgat stroomt.
Het doorbranden van de zuiger zal een abnormale werking van de dieselmotor veroorzaken, wat direct leidt tot een afname van de cilinderdruk en het vermogen, wat indirect leidt tot het trekken van de cilinder, het vasthouden van de remmen en schade aan componenten zoals de turbocompressor en de cilinderkop.
Hieronder analyseert de auteur, op basis van de ervaring met het repareren van zuigererosie in de Cummins K38-motor en relevante technische informatie, de oorzaken van zuigererosie in de Cummins K38-motor.
De zuigererosie wordt getoond in Figuur 1.
Overmatige uitlaattegendruk
Uitlaattegendruk verwijst naar de weerstandsdruk van de uitlaat van de motor.
De uitlaatdruk van de K38-motor is minder dan 0,09 kPa. Als de uitlaatdemper geblokkeerd is of de uitlaatpijp op onjuiste wijze is aangepast, zal de uitlaatweerstand toenemen, wat leidt tot overmatige uitlaattegendruk.
Door de hoge uitlaattegendruk van de motor is het uitlaatgas dat ontstaat door de verbranding van het mengsel in de cilinder moeilijk af te voeren en kan het uitlaatgas alleen maar terugstromen. Warmte hoopt zich relatief op in de cilinder, wat resulteert in een hoge cilindertemperatuur en uiteindelijk doorbranden van de zuiger.
Zuiger van slechte kwaliteit
De zuiger beweegt in een rechte lijn heen en weer onder zware omstandigheden van hoge temperatuur, hoge druk, hoge snelheid en slechte smering, direct in contact met gas op hoge temperatuur. De momentane temperatuur kan oplopen tot meer dan 2500 graden, wat ernstig wordt verwarmd en slechte warmteafvoeromstandigheden kent. Daarom is de temperatuur van de zuiger tijdens bedrijf erg hoog, waarbij de top 600-700 graad bereikt, en is de temperatuurverdeling erg ongelijkmatig;
De bovenkant van de zuiger draagt een grote hoeveelheid gasdruk, vooral de maximale druk tijdens de arbeidsslag, die bij dieselmotoren 6-9 MPa kan bereiken. Dit zorgt ervoor dat de zuiger een impact ondervindt en het effect van zijdelingse druk draagt;
De zuiger beweegt met hoge snelheid (8-12m/s) heen en weer in de cilinder, en de snelheid verandert voortdurend, waardoor een grote traagheidskracht ontstaat, die een aanzienlijke extra belasting op de zuiger legt.
Zuigers die onder zulke zware omstandigheden werken, zullen vervormen en de slijtage versnellen, en extra belastingen en thermische spanningen genereren.
Als de kwaliteit van de zuiger niet aan de norm voldoet en er tijdens het gieten gebreken optreden zoals poriën, losheid, microscheurtjes en slakinsluitingen, zullen deze poriën, losheid en microscheurtjes vermoeiingsschade veroorzaken onder hoge temperatuur en druk; De slakinsluiting in de zuiger smelt eerst, waardoor de zuiger smelt en erosie van de zuiger ontstaat.
Brandende zwarte rook en ernstige koolstofophoping op de zuiger
Het genereren van koolstofafzettingen is vrij complex en hangt nauw samen met de motorstructuur, het type brandstof en smeerolie dat wordt gebruikt, evenals de werkomstandigheden en werkomstandigheden van de motor.
In de verbrandingskamer is de zuurstoftoevoer onvoldoende en kunnen de brandstof en smeerolie die de verbrandingskamer binnenkomen niet volledig worden verbrand, wat resulteert in olierook en teerdeeltjes. Na vermenging met de smeerolie oxideren ze verder tot een stroperige gel zoals vloeibaar hydroxyzuur, dat verder oxideert tot een halfvloeibare harsachtige hars, die stevig aan de onderdelen hecht. Vervolgens polymeriseert de hars, onder de voortdurende werking van hoge temperaturen, tot een complexer polymeer, waarbij een harde gecementeerde koolstof wordt gevormd, dat wil zeggen koolstofafzetting.
De componenten van koolstofafzettingen omvatten smeerolie, hydroxyzuren, asfalt, oliecokes, koolstofblauw, sulfaten, siliciumverbindingen (uit as en zand in de inlaat) en sporenhoeveelheden metaalspaanders en hun verbindingen.
Hoe hoger de motortemperatuur, hoe harder en dichter de gevormde koolstofafzettingen, en hoe sterker de hechting met het metaal.
De koolstofafzettingen in de zuigerveergroef kunnen ervoor zorgen dat de zuigerveer zijn elasticiteit verliest en vast komt te zitten, wat resulteert in een afname van de afdichtingsprestaties van de zuigerveer en olieverbranding veroorzaakt, waardoor de vorming van koolstofafzettingen wordt verergerd.
Koolstofafzettingen op de inlaat- en uitlaatkleppen kunnen ervoor zorgen dat de kleppen niet goed sluiten, en koolstofafzettingen van hoge temperaturen die zich aan de kleppen hechten, kunnen ook erosie van de klep en de klepzitting veroorzaken, waardoor kleplekkage wordt verergerd.
Kleplekkage zorgt ervoor dat gas van hoge temperatuur de klep en klepzitting wegspoelt, waardoor de klep en klepzitting verder verbranden en gaan lekken, wat uiteindelijk leidt tot een verlaging van de cilinderdruk. De grote hoeveelheid verbrandingsrook bevordert de vorming van koolstofafzettingen in de zuiger.
De koolstofafzetting op de zuiger verzwakt het warmteafvoereffect en verhoogt de temperatuur. Wanneer de temperatuur de thermische uithoudingsvermogenlimiet van de zuiger overschrijdt, zal dit zuigererosie veroorzaken.
Koolstofafzettingen op de zuiger worden getoond in Figuur 2
De belangrijkste redenen voor de grote hoeveelheid zwarte rook en de ernstige koolstofophoping bij de verbranding van de motor zijn:
Als de inlaat- en uitlaatkleppen niet goed gesloten zijn, zal het brandbare mengsel van hoge temperatuur en hoge druk het werkoppervlak van de klep en de klepzitting eroderen, waardoor putjes, koolstofophoping en erosie op beide werkoppervlakken ontstaan. Putjes, koolstofophoping en erosie zullen de lakse sluiting van de inlaat- en uitlaatkleppen versnellen, waardoor een vicieuze cirkel ontstaat.
Losse klepsluiting, verminderde cilinderdruk, slechte verbranding, overmatige koolstofophoping in de cilinder, resulterend in een afname van het motorvermogen en het verbruik.
Het pompmondstuk past niet bij elkaar, overmatige brandstofinjectie
Er zijn twee modellen met de K38-motor, CPL844 en CPL1628. Er zijn verschillen in de brandstofpompen en injectoren van de twee controlenummers, CPL1628 en CPL844. Onder hen worden de BA94-brandstofpomp en 3077760-injector gebruikt om bij CPL1628 te passen, terwijl de B844-brandstofpomp en 3058802- of 3076132-injector worden gebruikt om bij CPL844 te passen.
Vergeleken met de B844 pomp heeft de BA94 pomp een hoger brandstofverbruik, en de 3058802 of 3076132 injector heeft een hoger brandstofverbruik vergeleken met de 3077760 injector.
Om aan de strenge emissie-eisen te voldoen, hebben Cummins-motoren een nieuw type hydraulisch aangedreven regelsysteem met variabele brandstofinspuiting ontwikkeld, genaamd STC (Step Timing Control).
Het STC-systeem verdeelt de timing van de brandstofinjectie van de motor in twee delen: mechanische timing (bestuurd door het distributietandwiel en de nokkenas), ook bekend als de "normale timingmodus", en mechanisch-hydraulische timing (bestuurd door de brandstofdruk van de motor, ook bekend als de "timingmodus voor brandstofinjectie").
Bij het opstarten en bij lichte belasting wordt de "brandstofinjectie-vervroegingstimingmethode" toegepast om brandstof eerder in de compressiecyclus in te spuiten;
Bij middelmatige en zware belasting wordt de "normale timingmodus" toegepast en wordt de brandstof later in de compressiecyclus ingespoten.
De STC-klep fungeert als een directionele regelklep, waarbij de brandstofdruk gelijk is aan de stuuroliedruk. De openingsdruk van de STC-klep is 27 Psi en de sluitdruk is 65 Psi.
Als de STC-klep niet goed werkt, zal het injectietijdstip van de motor veranderen, zal de brandstofverbranding niet goed zijn, zal de naverbrandingsperiode worden verlengd, zal er een grote hoeveelheid koolstofafzetting in de cilinder worden gegenereerd, zal de warmteafvoer van de zuiger slecht zijn, en langdurig gebruik zal leiden tot uiteindelijke erosie van de zuiger, explosie van de cilinderkop en andere fouten.
Slechte koeling veroorzaakt hoge temperaturen
De normale bedrijfstemperatuur van de motor ligt tussen 82 en 93 graden. Als er onvoldoende koelvloeistof of andere olie is bijgemengd, de radiateur verstopt is of de ventilator niet goed werkt, zal de cilindertemperatuur van de motor te hoog worden.
Bovendien worden de motorzuiger en cilindervoering voornamelijk meegesleept door de olie die door het oliekoelmondstuk wordt gespoten.
Als het mondstuk van het koelmondstuk vervorming, zandgaten, een onjuiste injectiepositie of een lage oliedruk vertoont, zal dit een afname van de hoeveelheid geïnjecteerde olie veroorzaken, wat direct leidt tot hoge temperaturen van de zuiger en cilindervoering.