CAT C13发动机冒黑烟且燃油变黑案例分析

李剑功

摘 要：文中涉及到的C13发动机用在CAT某些型号液压挖掘机或工业机上，是EUI燃油系统的发动机，出现冒黑烟且伴有燃油变黑的症状，曾遭到客户的投诉和抱怨。本文从卡特彼勒EUI燃油系统的部件组成及其工作原理着手，逐步分析该故障的根本原因以及在日常维护保养方面需要注意的事项，尽量使客户的停机时间达到最短，并尽量避免类似事件的再次发生。

关键词：C13;EUI;黑烟

1 C13发动机燃油系统介绍

柴油发动机燃油系统一般可分为以下四类：

A.传统供油系统，系统压力小于100MPa，传统的柴油发动机燃油系统为直列柱塞式喷油泵供油系统。

B.柴油共轨系统，系统压力小于200MPa，主要以电控共轨式喷油系统为特征，直接对喷油器的喷油量、喷油正时、喷油速率和喷油规律、喷油压力等进行时间—压力控制。

C.泵喷嘴系统，系统压力大于300MPa，在该系统中喷油泵和喷油器组成一个单元，每个发动机气缸都在缸盖上装有这样一个单元，它或者直接通过摇臂或者间接的由发动机凸轮轴通过推杆来驱动。

D.单体泵系统，系统压力大于300MPa，单体泵系统工作方式跟泵喷嘴系统相似，它是一种模块式结构的高压喷射系统[1]。

卡特彼勒C13为直列6缸电控发动机，燃油系统属于泵喷嘴系统，排量为13升，采用ACERT技术以满足排放要求，该EUI（Electronic Unit Injector）燃油系统的喷油器是靠挺杆的上下运动进行致动的，必须依靠严格的正时来满足正确的充油和喷射，同时进排气门也是依靠凸轮机构的旋转运动进行致动的，也遵循严格的正时规律。

该燃油系统主要由以下部件组成：燃油箱、燃油滤芯、 燃油输送泵、发动机ECM、EUI喷油器、燃油压力背压阀、燃油冷却器、电动手油泵。

2 故障原因分析

2.1 发动机冒黑烟

对于发动机冒黑烟，现场最常见的原因有：燃油质量差，喷油器问题，喷油正时不正确，气门间隙不正确，進排气管道堵塞，涡轮增压器问题等等。

燃油质量的问题很容易排除，因为该机前期无此现象发生，用的是同批次柴油;喷油器据现场的维修人员反应，做过相应的断缸测试，电磁阀测试以及摇摆测试，均无问题;关于喷油正时，由于是电控发动机，除非是正时机构出现机械问题，一般都是可以通过ET标定成功的，况且此发动机并未进行过大修，曲轴、凸轮轴等部件没有进行过拆解和安装;进排气管道经现场拆解，无发现明显堵塞现象，对空气滤芯的粗滤和细滤进行保养，黑烟依然存在;

涡轮增压器的实际作用是增加进气的密度，以使柴油充分的燃烧做工，其宏观指标就是进气压力的大小，经测量发现该压力只有50kPa左右，远低于其正常值110～120kPa，由于该压力是在涡轮增压器之后的进气压力，故涡轮增压器是怀疑的对象，拆解涡轮增压器后发现，其排气测涡轮叶片有明显的破损和变形迹象且叶片直径明显变小，表明其曾经受到过剧烈击打，该涡轮增压器的转速极高，甚至能达到10万转/分钟，是什么导致这种现象发生呢？这是现场工程师第一个要考虑的问题，经还原该机历史维修记录发现，在出现故障不久前，该发动机有一缸排气门脱落并进行过更换缸头等操作，不排除金属碎屑导致涡轮叶片直径变小的可能，而且极有可能。

更换新的涡轮增压器之后，进气压力明显上升，黑烟有所减轻，经过调整气门间隙，发现有几个缸的进排气门间隙明显偏大，最大值甚至达到4mm左右，正常值如下表所示。

出现这么大的气门间隙是非常不正常的，发动机随时都有出现意外停机的可能性，现场维修工程师拆解气门机构，要逐步排除凸轮轴甚至曲轴是否有损伤，首先取出气门挺住和挺杆进行查看，这是直接和凸轮轴发生相对运动的部件，也是直接驱动气门运动的零部件。不难看出，2缸和3缸的排气门长度变短2mm左右，6缸进气门变短3mm左右，且变短的挺杆底部，有明显的磨损划痕，且非常割手，这属于典型的磨粒磨损。

最后，在发动机油底壳内发现硬质沙砾，这是导致挺杆磨损变短的根本原因，究其原因是在维修过程中，现场污染控制做的不到位，导致外界颗粒物进入发动机气门室，从而导致上述现象的发生。

综上所述，发动机冒黑烟的原因往往会涉及机械系、供油系、进排气系统以及电控系统等诸多方面。在排除此故障之前应首先分析清楚上述各系统对冒黑烟的直接或间接影响，同时还要注意它们之间的内在联系，这样在排除故障时就可做到有的放矢[2]。

2.2 燃油变黑

根据该机的柴油油样分析，是有机油进入到了燃油系统，导致燃油变黑，根据前文介绍的该机燃油系统的结构组成和特点，燃油系统和润滑系统主要的相关联部件有燃油输送泵和喷油器，除此之外，机油和柴油是很难有机会混合在一起的，当燃油输送泵不断给喷油器提供柴油的时候，驱动该齿轮泵的泵轴一直在旋转，而该泵轴是由发动机前端齿轮机构带动的，此齿轮机构壳体中有大量机油，当燃油泵齿轮轴的骨架密封出现磨损或变形的时候，高压侧的流体会流向低压侧，这就为机油窜入柴油提供了条件。

3 小结

该案例充分说明了污染控制在工程机械维修过程中的重要性，除了深刻理解机器的运行原理之外，还要了解机器的维修历史以及相关的保养记录，只有这样才能做到全面的思考，有助于找到故障的根本原因，从而快速地帮助客户恢复生产，这也是当今工程机械售后服务取得成功的关键。

（森达美信昌机器工程（广东）有限公司，广东 佛山 528311）