QSK60发动机冷却系统故障分析及检修方法

2014-01-01童宪华

铜业工程 2014年4期

童宪华

(江西铜业集团公司德兴铜矿，江西德兴 334224)

1 引言

随着世界经济和我国国民经济的飞速发展，世界各国在开采业投入巨资，从而极大地促进了大型电动轮自卸车的发展。有关数据表明，在开采中，220t及以上的大型矿用电动轮自卸车发挥着极其重要的作用。德兴铜矿为满足产量增加对设备的需求，引进了220t配备康明斯QSK60单级增压发动机的小松830E电动轮自卸车。在投入生产的使用过程中，QSK60发动机的冷却系统的故障影响了设备的利用率。

2 冷却系统的工作原理

QSK60发动机使用双泵/双循环回路冷却系统，由水泵、节温器、水箱、水管、风扇叶等组成，分为高温回路和低温中冷回路。2个回路共用1个补充水箱，当冷却水膨胀时进入补充水箱，可以防止给水管道被冷却水胀破。水不足时补充水箱也可起到补充水的作用。高温水箱及低温中冷水箱均由风扇皮带、风扇离合器带动风扇叶进行冷却。风扇离合器根据水温变化控制离合器的分离和结合，从而控制风扇叶的转速，达到降低风扇功率消耗的目的。

2.1 高温回路

图1 QSK60发动机冷却系统示意图

QSK60发动机的涡轮增压器为水冷式，冷却水从水歧管进入增压器轴承壳体下部，从轴承壳体上部流出至高温节温器壳体至高温水泵的旁通管。

2.2 低温中冷回路

低温中冷回路又称LTA回路，由低温水泵(LTA水泵)、中冷器、低温中冷节温器(LTA节温器)、低温中冷水箱(LTA水箱)及水管等构成。低温水泵安装在发动机左排侧的前齿轮室盖上。低温水泵使冷却水泵至发动机左右侧的4个中冷器，冷却空气后，经过水歧管至低温中冷节温器壳体。水温未超过46℃时，冷却水直接从低温中冷却节温器壳体处旁通至低温水泵，再泵至中冷器，形成小循环;当水温达到46～57℃时，低温中冷节温器逐渐打开，冷却水流到低温中冷水箱冷却后至低温水泵，形成大循环。见图1。

3 冷却系统故障的原因分析及检修方法

QSK60发动机的冷却系统故障主要分为冷却液泄漏和温度异常。其中冷却液泄漏分为外部泄漏和内部泄漏。温度异常分为温度过低和温度过高。

3.1 外部泄漏的原因及检修方法

外部泄漏主要是因为水套破裂或未扎紧、水管破裂、水管连接水封老化、水箱盖损坏、水箱散热管或水封损坏等，造成冷却液泄漏至外部。由于外部泄漏有较明显的痕迹，因此容易观察且便于检修，只要更换相应损坏的部件即可。

3.2 内部泄漏的原因及检修方法

内部泄漏主要是指冷却液在发动机组件中发生泄漏，一般都能泄漏进机油中。泄漏较多时，机油油位异常增加，通过松开油底壳放油堵头观察颜色及机油乳化现象可确定冷却液内部泄漏;泄漏很少时，机油油位无明显增加及机油无乳化现象。可通过油样光谱检测，当光谱数据中的Na元素超过20ppm且持续增加时可判定冷却液内部泄漏。

3.2.1 水泵泄漏的原因及检修方法

2012年3月26日，美国总统奥巴马与俄罗斯总统梅德韦杰夫交流“悄悄话”时忘记关闭话筒，于是再次上演了麦克风“传输秘密”的外交戏码。

高温及低温中冷水泵均由发动机前端的齿轮系驱动，齿轮系由机油提供润滑。水泵内部由水封及油封将冷却液和机油分开。当水封、油封老化磨损后，冷却液可泄漏进机油中。

水泵下部有一观察孔，正常时是干燥的。当观察孔有渗出冷却液及机油的痕迹时，可确认水泵泄漏，应及时更换水泵。当观察孔渗出物仅能明显分辨出只有冷却液或机油时，只能确认水泵水封或油封老化磨损，不能确认冷却液泄漏进机油中。可更换水泵后运行一段时间取油样进行光谱检测。

3.2.2 机油冷却器泄漏的原因及检修方法

机油冷却器在发动机V腔中。当机油冷却器芯出现破裂时，冷却液在发动机停止时渗入机油中。由于发动机运行时机油压力大于冷却液的压力，此时机油大量进入冷却系统中。打开水箱盖可观察到冷却液表面浮着一层机油即可确认机油冷却器泄漏。

检修时需要打开发动机V腔，取出所有机油冷却器芯，然后将其浸入溶液中，用空气加压观察是否有气泡出现从而确定损坏的冷却器芯。更换冷却器芯，用溶剂清洗掉冷却系统中残留的机油。

3.2.3 中冷器泄漏的原因及检修方法

当中冷器芯破裂时，冷却液泄漏至中冷器壳体，通过中冷器的进气口进入发动机相应的燃烧室后渗入曲轴箱的机油中。4个中冷器的下部均有1个进气温度传感器，拆除传感器后观察安装孔是否有冷却液流出即可确认损坏的中冷器。更换新的中冷器就可排除故障。

3.2.4 缸盖、缸套泄漏的原因及检修方法

缸盖、缸套出现裂纹或密封损坏，冷却水道的冷却液渗入曲轴箱的机油中。可观察排气管的烟色为白色从而确认故障点是发动机左列还是右列，结合阅读各缸的排气温度的历史数据初步判定，从喷油器安装孔伸入内窥镜观察或拆去发动机左右边盖板观察进一步确定损坏的位置。如仍难以确定，需要拆去油底壳，从下部观察渗下的冷却液最终可确定损坏的具体位置。拆除相应位置的缸盖、密封、缸套等观察是否存在裂缝、破损等，更换相应损坏的备件。

3.3 温度过高或过低

冷却系统的良好工作温度应在80～90℃之间。温度过高造成发动机冷却效果差，加剧磨损导致拉缸、抱瓦等严重故障;温度过低则增加了发动机的冷磨损和燃油消耗。

QSK60发动机冷却系统温度过高在发动机报警系统中主要表现为发动机水温高和中冷进气温度高。主要原因是外部可见故障，如风扇皮带过松或损坏、风扇叶损坏、散热器导风口破损等;内部故障如风扇离合器故障、节温器故障等。

QSK60发动机冷却系统温度过低主要是因为风扇离合器故障和节温器故障。

3.3.1 外部可见故障的原因及检修方法

温度过高故障检查应从易至难，在确定冷却水充足无泄漏、散热器外部无脏物堵塞的情况下先检查风扇皮带是否过松或损坏;风扇叶的叶片是否缺损;散热器的导风口是否破损。这些都会造成冷却风力不足使冷却水箱散热不足，从而导致发动机水温高报警。检修时针对发现的原因，调整风扇皮带张力、更换风扇皮带、风扇叶、修补导风口。

3.3.2 风扇离合器故障的原因及检修方法

风扇离合器是通过感温传感器、电磁阀控制机油进入离合器内部，从而调控离合器的分离和接合。温度低时，离合器逐渐分离，风扇转速减慢;温度高时，离合器逐渐接合，风扇转速加快。

感温传感器、电磁阀或离合器本身出现故障，使离合器常处在分离或接合状态就会导致风扇转速始终处在较慢或较快状态，发动机冷却系统温度相应出现过高或过低的现象。

检查此类故障最方便的方法是测量风扇转速。如无测量转速条件时可通过负载试验来检查发动机水温状态，当水温达到90～97℃之间时，如风扇离合器工作正常，水温会明显下降至90℃以下。确定风扇离合器工作异常后，通过检查感温传感器、电磁阀来确定故障源，排除控制管路故障后最后再确定离合器内部是否损坏。

3.3.3 节温器故障的原因及检修方法

QSK60发动机节温器分为高温节温器和低温中冷节温器。

高温节温器打开温度是85～97℃，过早打开或常开使冷却系统始终处在大循环工作状态导致发动机水温过低;而节温器不打开会造成冷却系统无法形成大循环，从而导致发动机水温高报警。

低温中冷节温器打开温度是46～57℃，工作原理相同。不同之处是当低温中冷节温器不打开时，会导致中冷进气温度偏高报警。

检查这类故障时可通过手摸或红外线测温仪检测节温器附近的水管温度即可判定故障源。更换相应的节温器，排除故障。