一例康明斯柴油机“敲缸”的诊断

 近日，辖区一辆东风载货汽车配置康明斯210PS－20柴油机用户，反映该车发动机大修后，行驶里程仅3500km，柴油机缸内出现了“当”“当”敲缸声。曾到修理厂进行检查处理，采用断缸法检查响声消除，怀疑机械敲缸，（因发动机内运动摩擦副的配合间隙大小是影响活塞对缸套敲击的主要因素,间隙过大必然会导至敲缸）对此其发动机进行了拆油底，卸缸盖，捅活塞，缸筒、活塞测量等一系检查，未能找出“病”源，响声仍旧存在。后找到笔者，要求给予帮助解决排除。
    众所周知：柴油机工作时，是由喷油泵产生的高压油通过喷油嘴把柴油以雾状直接喷入燃烧室后，即与气缸内高压高温空气相遇混合自行发火燃烧产生气体推动活塞运动而工作的。柴油从喷油到混合气的形成时间，一般不超过千分之几秒，甚至更短的时间内完成，在这极短暂的时间里，使柴油完全燃烧，就得必须具已下条件：
    第一．要有正确的喷油开始时刻，并且这时刻根据转速自动进行调整。
    第二，要有一定的供油速率，供油时把一定量的柴油，用足够的压力，在规定的时间内喷入燃烧室。
    第三，要有适合燃烧室喷射雾束，喷入燃烧室内的柴油必须成雾化状态，并能适当地分散在燃烧各部位。
    第四，要有与柴油机负荷相适应的油量，多缸柴油机应做到各缸供油量相等，供油提前角一致，喷射延续时间相等。
    只有这样柴油机工作才能达到正常状态，声音柔和运转稳定,排放烟色正常。倘若满足不了上述要求，其柴油机工作就会出现异常，乃会发生“敲缸”响声。当然造成敲缸的原因是多方面的，主要有机械原因、也有燃烧原因，从这两方面又可以分解成各自的具体原因。我们常说机械敲缸，一般指使用年久的柴油机活塞与缸套的配合间隙过大，活塞受到在连杆摆动内的侧压力，造成活塞对缸套周期性的撞击。燃烧敲缸一般指可燃混合气在发动机燃烧室内非正常燃烧造成的响声。那么这种原因源于何处呢？首先了解询问了用户使用情况后，又进一步观察发动机敲击故障的特征：刚起动着车，发动机发出较均匀的沉闷敲击声，运转不稳，排气管排白色烟雾；发动机升温后，排烟变成灰黑色，急加速其声音渐弱但不消失；从该机大修后使用时间来看较短，工作环境又不恶劣，所以造成机械敲缸的机率很小，从拆解检验，活塞连杆组与缸壁配合间隙等技术参数要求，已说明了问题，排除机械敲缸，分析考虑是燃烧敲击声所为，笔者作了如下的检查诊断：
    1、发动机起动后，稍运转一会儿，用手抚摸各缸的排气歧管，检查其温度是否有明显异常。发觉三缸排气温度低，说明三缸的燃烧不良。
    2、用手触摸高压油管，六根高压油管都感觉有高压油脉动流动，说明喷油器工作，但三缸高压油管脉动感觉压力小。　
    3、着车少许，油、水温度上升后，此声仍旧存在，并随发动机转速升高，声音减弱。
    4、用断缸法诊断，发现三缸与响声有变化，断缸后声音及排灰黑烟消失。
    5、检查验证喷油提前角，符合设计要求。
    6、怀疑三缸喷油器存在问题，于是对该喷油器，进行了检验，在规定正常喷油压力下，喷油细散、锥角正确、射程符合要求，油束的形状正常，雾化质量良好。
    7、为了验证判断喷油泵是否存在问题，对三缸喷油器与邻缸喷油器进行了更换，但三缸异响还存在。诊断为喷油泵有故障，拆下检查喷油泵，发现喷油泵凸轮轴三缸凸桃尖与滚轮体磨损过甚，至使该缸供油过迟，造成了该缸供油间隔角度改变，使供油间隔角度均匀性变差。为此更换了喷油泵凸轮轴调校泵问题解决。
    至此真相大白是燃烧造成敲击异响，我们知道，直列式喷油泵（柱塞式）的传动机构由凸轮轴和滚轮体组成，滚轮体用来把凸轮的转动传给柱塞，并利用它来调整喷油泵的喷油正时。对于多缸柴油机来说，要满足柴油机工作要求，喷油泵必须定时、定量、定压将柴油喷入燃烧室，要求燃油在活塞移动到上止点以后略后的位置就燃烧完毕，以便使燃烧后的气体充分膨胀作功。但是由于燃油喷入燃烧室以后并不能立即着火。而是要经过混合、蒸发、升高温度以后再自燃着火。这混合、蒸发、升温的过程是需要一段时间的，因此为了保证燃烧在活塞移动到上止点以后的略后位置燃烧完毕，燃油必须在压缩冲程结束前（即上止点前）就开始喷入气缸。这开始喷油的时刻所对应的到上止点的曲轴转角叫做喷油提前角。（在实际上，由于喷油提前角不易测量，所以以喷油泵开始供油的提前角代替）喷油提前角既不能过大，也不能过小。如果过大，即喷油开始过早，活塞上升位置不够，即压缩不够，气缸气体的压力和温度都较低，不易着火，着火迟后期就较长，因此在着火前积累在气缸内燃油较多，这些燃油迅速燃烧，柴油机工作就粗暴。如果喷油过晚，燃烧过程在活塞下行时进行，燃气的最高压力降低，燃烧过程延长，一部分燃气在排气门打开后膨胀而从排气口排出而不作功。所以要保证多缸柴油机工作平衡，必须作到喷油泵各单元泵供油量尽量相等，即喷油泵柱塞的有效行程相同、凸轮的升程相同，以保证各缸喷油提前角一致，即各单元泵柱塞供油始点间隔角度保持一致，对于康明斯四冲程发动机曲轴每旋转两周（720o），喷油泵凸轮轴则转动一周（360o）即每个喷油泵柱塞完成一次供油，因此两柱塞供油间隔角度为：供油间隔角度＝720o∕6（柴油机气缸数）=120o（曲轴转角）这样发动机运转均匀。而该喷油泵凸轮轴三缸凸桃尖与滚轮体处磨损过甚，改变了喷油泵三缸凸轮的升程，同时也改变了三缸喷油提前角，影响了供油的时间，并使三缸内的燃烧过程中的“着火延迟期”的时间延长，在正常的“着火延迟期”之后，喷射的柴油得不到完全燃烧，而且造成柴油机冷车排白烟、热车排烟为黑烟，运转不稳，功率下降，发生沉闷的敲击声。