A Cummins K38 motor dugattyújának kiégésének fő okai
A dugattyúerózió gyakori jelenség a dízelmotorok használatában, az erózió legnagyobb része a dugattyú tetején, az első és a második dugattyúgyűrű hornyainál, valamint a dugattyúfej kerületén következik be. Általában a fő formák a dugattyú felső felületének olvadékfurata, perforáció, kulcshorony alakú bevágás és méhsejt szem a fej kerületén. A fő hibajelenség a motor alatti kipufogógáz-növekedés, sőt a légzőnyíláson kiáramló olaj is.
A dugattyú kiégése a dízelmotor rendellenes működését okozza, ami közvetlenül a hengernyomás és a teljesítmény csökkenéséhez vezet, közvetve a henger húzásához, a féktartáshoz és az olyan alkatrészek károsodásához, mint a turbófeltöltő és a hengerfej.
Az alábbiakban a szerző a Cummins K38 motor dugattyúeróziójának javítási tapasztalatai és a vonatkozó műszaki információk alapján elemzi a Cummins K38 motor dugattyúeróziójának okait.
A dugattyús erózió az 1. ábrán látható.
Túlzott kipufogó-ellennyomás
A kipufogógáz ellennyomása a motor kipufogógázának ellenállási nyomására utal.
A K38 motor kipufogónyomása kisebb, mint 0,09 kPa. Ha a kipufogódob eltömődött vagy a kipufogócsövet nem megfelelően módosítják, az megnöveli a kipufogógáz-ellenállást, ami túlzott kipufogó-ellennyomáshoz vezet.
A motor nagy kipufogó-ellennyomása miatt a hengerben lévő keverék égésekor keletkező kipufogógáz nehezen ürül ki, a kipufogógáz csak visszaáramlik. A hő viszonylag felhalmozódik a hengerben, ami magas hengerhőmérsékletet eredményez, és végső soron a dugattyú kiégését okozza.
Rossz minőségű dugattyú
A dugattyú egyenes vonalban előre-hátra mozog zord körülmények között (magas hőmérséklet, nagy nyomás, nagy sebesség és gyenge kenés), közvetlenül érintkezve magas hőmérsékletű gázzal. A pillanatnyi hőmérséklet elérheti a 2500 fokot, ami erősen felmelegszik és rossz hőelvezetési feltételekkel rendelkezik. Ezért a dugattyú hőmérséklete működés közben nagyon magas, csúcsa eléri a 600-700 fokot, és a hőmérséklet eloszlása nagyon egyenetlen;
A dugattyú teteje nagy gáznyomást visel, különösen a maximális nyomást a teljesítménylöket során, amely dízelmotorokban elérheti a 6-9 MPa-t. Ez azt okozza, hogy a dugattyú ütközést szenved, és viseli az oldalirányú nyomás hatását;
A dugattyú nagy sebességgel (8-12m/s) mozog oda-vissza a hengerben, a sebesség pedig folyamatosan változik, nagy tehetetlenségi erőt generálva, ami jelentős többletterhelést jelent a dugattyúra.
Az ilyen zord körülmények között működő dugattyúk deformálódnak és felgyorsítják a kopást, valamint további terhelést és hőfeszültséget generálnak.
Ha a dugattyú minősége nem felel meg a szabványnak, és olyan hibák vannak, mint a pórusok, lazaság, mikrorepedések és salakzárványok az öntés során, ezek a pórusok, lazaság és mikrorepedések magas hőmérsékleten és nyomáson kifáradási károsodást okoznak; A dugattyúban lévő salak először megolvad, ami a dugattyú megolvadását okozza, és a dugattyú eróziós meghibásodásához vezet.
Égő fekete füst és erős szénlerakódás a dugattyún
A szénlerakódások kialakulása meglehetősen összetett, és szorosan összefügg a motor szerkezetével, a felhasznált üzemanyag és kenőolaj típusával, valamint a motor munkakörülményeivel és munkakörülményeivel.
Az égéstérben az oxigénellátás nem elegendő, az égéstérbe kerülő tüzelőanyag és kenőolaj nem éghető el teljesen, ami olajfüstöt és kátrányszemcséket eredményez. A kenőolajjal való összekeverés után tovább oxidálódnak viszkózus géllé, mint folyékony hidroxisav, amely tovább oxidálódik félfolyékony gyantává, mint a gyanta, szilárdan tapadva az alkatrészekhez. Ezután a gyanta folyamatos magas hőmérséklet hatására bonyolultabb polimerré polimerizálódik, kemény cementált szenet képezve, azaz szénlerakódást.
A szénlerakódások összetevői közé tartozik a kenőolaj, a hidroxisavak, az aszfalt, az olajkoksz, a szénkék, a szulfátok, a szilíciumvegyületek (a beszívott hamuból és homokból), valamint nyomokban fémforgács és ezek vegyületei.
Minél magasabb a motor hőmérséklete, annál keményebb és szorosabb lesz a szénlerakódás, és annál erősebb a tapadás a fémmel.
A szénlerakódások a dugattyúgyűrű hornyában a dugattyúgyűrű rugalmasságának elvesztését és beszorulását okozhatják, ami a dugattyúgyűrű tömítési teljesítményének csökkenését és az olaj égését okozhatja, ami fokozza a szénlerakódások képződését.
A szívó- és kipufogószelepeken lévő szénlerakódások miatt a szelepek nem zárnak szorosan, és a szelepekre tapadt magas hőmérsékletű részecskékből származó szénlerakódások a szelep és a szelepülék erózióját is okozhatják, ami súlyosbítja a szelep szivárgását.
A szelep szivárgása miatt a magas hőmérsékletű gáz lemossa a szelepet és a szelepüléket, ami tovább égeti és szivárog, ami végső soron a hengernyomás csökkenéséhez vezet. A nagy mennyiségű égésfüst elősegíti a szénlerakódások kialakulását a dugattyúban.
A szénlerakódás a dugattyún gyengíti annak hőelvezető hatását és növeli a hőmérsékletet. Ha a hőmérséklet meghaladja a dugattyú hőállósági határát, az dugattyúeróziót okoz.
A dugattyún lévő szénlerakódások a 2. ábrán láthatók
A nagy mennyiségű fekete füst és a nagy mennyiségű szén felhalmozódásának fő okai a motor égésében:
Ha a szívó- és kipufogószelepek nincsenek szorosan lezárva, a magas hőmérsékletű és nagynyomású éghető keverék erodálja a szelep és a szelepülék munkafelületét, ami mindkét munkafelületen gödrösödést, szénfelhalmozódást és eróziót okoz. A gödrösödés, a szén felhalmozódása és az erózió felgyorsítja a szívó- és kipufogószelepek laza zárását, ördögi kört képezve.
Laza szelepzárás, csökkent hengernyomás, rossz égés, túlzott szénlerakódás a hengerben, ami a motor teljesítményének és gazdaságosságának csökkenését eredményezi.
A szivattyú fúvókája nem illeszkedik, túlzott üzemanyag-befecskendezés
A K38 motoron két modell található, a CPL844 és a CPL1628. A két vezérlőszám, a CPL1628 és a CPL844 tüzelőanyag-szivattyúiban és befecskendezőiben vannak eltérések. Ezek közül a BA94 üzemanyag-szivattyú és a 3077760 befecskendező szelep a CPL1628-hoz, míg a B844-es üzemanyag-szivattyú és a 3058802-es vagy 3076132-es befecskendezőszelep a CPL844-hez illeszkedik.
A B844-es szivattyúhoz képest a BA94-es szivattyú üzemanyag-fogyasztása magasabb, a 3058802-es vagy 3076132-es befecskendező szivattyúé pedig a 3077760-as befecskendezőhöz képest.
A szigorú emissziós követelmények teljesítése érdekében a Cummins motorjai kifejlesztettek egy új típusú hidraulikus hajtású, változó üzemanyag-befecskendezéses időzítésű vezérlőrendszert, az úgynevezett STC-t (Step Timing Control).
Az STC rendszer a motor üzemanyag-befecskendezésének időzítését két részre osztja: mechanikus időzítésre (amelyet a vezérmű és vezérműtengely vezérel), más néven "normál időzítési mód" és mechanikus hidraulikus időzítés (amelyet a motor üzemanyagnyomása vezérel, más néven az „üzemanyag-befecskendezési időzítési mód”).
Indítási és kis terhelési körülmények között az „üzemanyag-befecskendezési időzítési módszert” alkalmazzák az üzemanyag befecskendezésére a sűrítési ciklus korai szakaszában;
Közepes és nagy terhelésű körülmények között a „normál időzítési mód” kerül alkalmazásra, és az üzemanyagot a kompressziós ciklus későbbi szakaszában fecskendezik be.
Az STC szelep irányított szabályozó szelepként működik, az üzemanyag nyomása megegyezik a vezető olajnyomással. Az STC szelep nyitási nyomása 27 Psi, a záró nyomása 65 Psi.
Ha az STC szelep nem működik megfelelően, megváltozik a motor befecskendezési időzítése, nem lesz jó az üzemanyag égése, meghosszabbodik az utóégési időszak, nagy mennyiségű szénlerakódás képződik a hengerben, a dugattyús hőleadás rossz, és a hosszú távú működés a dugattyú végső eróziójához, a hengerfej robbanásához és egyéb hibákhoz vezet.
A rossz hűtés magas hőmérsékletet okoz
A motor normál üzemi hőmérséklete 82-93 fok között van. Ha nincs elegendő hűtőfolyadék vagy más olaj keverve, a hűtő eltömődött, vagy a ventilátor nem működik megfelelően, a motor hengerének hőmérséklete túl magas lesz.
Ezenkívül a motordugattyút és a hengerbetétet főleg az olajhűtő fúvóka által kipermetezett olaj viszi el.
Ha a hűtőfúvóka fúvókán deformáció, homoklyukak, helytelen befecskendezési pozíció vagy alacsony olajnyomás van, az a befecskendezett olaj mennyiségének csökkenését okozza, ami közvetlenül a dugattyú és a hengerbélés magas hőmérsékletéhez vezet.