柴油发动机空气起动故障分析及排除

2022-01-15刘姝

内燃机与配件 2022年3期

刘姝

摘要：发动机起动方式有气起动、电起动、电气联合起动三种方式，通常以空气起动为主，电起动为辅。在低温季节没发动机难以起动便采用电气联合起动方式。经调查发现柴油发动机在使用过程中大多采用电起动方式，造成加速机件磨损、电瓶消耗等现场;日常使用操作和维护不正确也导致发动机空气起动故障率高等现象。通过对柴油发动机空气起动系统的构造原理的了解，根据实际故障现象进行故障分析及排查。

Abstract： There are three ways to start the engine：air start、electric start and mixing start。Usually，the air start is the main way，the electric start is the auxiliary way.in the low temperature season，it is diffcult to start the engine，so the mixing start is adopted.after investigation，it is found that most diesel engine use electric starting method in the use process，which can prevent the wear of parts and the consumption of bottles.Incorrect daily operation and maintenance are also leads to high failure rate of engine air starting.Through the understanding of the structure principle of air starting system of diesel engine，the fault analysis and troubleshooting are carried out according to the actual fault phenomenon.

关键词：起动方式;空气起动;构造原理;故障分析

Key words： starting mode;air start;principle of construction;fault analysis

中图分类号：TK428 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2022）03-0130-03

0 引言

柴油发动机应用广泛，并处于所有产业链中的核心位置，它具备可靠性、稳定性、经济性、可维护性等特点。为保证发动机正常、稳定地运行，除发动机装置还有各种辅助系统冷却系、润滑系、空气供给系、空气起动系等，其中空气起动系统便是发动机装置中的重要组成部分。

发动机起动时，需要克服发动机各个部分的摩擦阻力和压缩气体的阻力，为此必须使用外力使曲轴旋转到相当的转速，保证压缩终了时高压柴油的温度高于自燃温度，使喷以气缸内的柴油获得良好的燃烧，使发动机起动[1]。

1 系统构造及原理

1.1 功用

空气起动系统主要用来起动发动机，并具备给高压空气瓶充气，吹洗镜子上的尘土及脏物等功能。保养车辆时，还可吹净机件、仪表上的尘土。

1.2 构造

空气起动系统主要由空气压缩机、减速器、油水分离器、电控阀、空气滤、自动调压器、沉淀池、手动开关、空气瓶、气压表、空气减压器、气电阀、空气管、空气分配器、起动活门、引射器等组成[2]。

1.3 主要部件介绍

1.3.1 空气压缩机

空气压缩机用来当发动机工作时，向高压空气瓶充灌压缩空气。它由机体、气缸、活塞、主、辐连杆、增压活門、气缸盖、进气活门、偏心轴、活塞环、活塞销和轴承等组成。工作原理是偏心轴旋转带动主、副连杆、活塞做往复运动，使工作缸内容积缩小，提高空气压力并输出，性能指标见表1。空气压缩机的润滑油，从发动机机油粗滤清器出口的机油，经限压阀以0.2～0.54MPa的压力进入空气压缩机，润滑各运动机件。空气压缩机用冷却系的风扇，进行冷却，以散去各机件的部分热量。

1.3.2 油水分离器、沉淀池

油水分离器、沉淀池是用来滤除压缩空气中的机械杂质、油和水份，作用原理都是用空气中各种分子的质量不同，通过气流方向和速度改变时的惯性作用，使压缩空气中的杂质分离出来，且需要定期排出。油水分离器底部的排放口与沉淀物放出接管连接，可通过电控阀排出污物。沉锭池内的污物，需定期用手动开关排出。手动开关由开关体、手轮、护帽及带球帽轴等组成。排污口平时用护帽封闭，必要时，可接上胶皮管，吹洗机件和仪器上的尘土。

1.3.3 自动调压器

用来自动调节进入高压空气瓶的压缩空气的压力。主要由断路活门、减压活门、接通活门、膜片、单向活门等主要部件组成，性能指标见表2。

工作原理如下：

①充气工作（图1所示）。压缩空气经自动调压器的进气口进入主气道，克服单向活门弹簧张力和出气口一侧的气道内压力，打开单向活门，压缩空气经出气口进入充气管道。此时，断路活门处于关闭状态。同时膜片平整，接通活门开启。

②自动调压（图2所示）。当充气管道内的压力达到15MPa，克服接通活门弹簧张力和大气压力，膜片受气体压力向上拱起，使接通活门关闭，气体压力继续克服断路活门弹簧张力和大气压力，使针塞上升离开活门座，压缩空气将克服减压活门弹簧张力，顶开活门，使空气经减压活门排出。此时，由于进气口一侧的压力低于排气口一侧压力，单向活门关闭，使高压空气瓶内的压力保持不变。

当高压空气瓶内的压力低于15MPa时，膜片在弹簧张力的作用下铺平，接通活门开启，断路活门在其弹簧张力作用下关闭，空气压缩机转为工作状态。主气道进气一侧的压力开始增高，当达到并超过15MPa时，單向活门被打开，向高压空气瓶充气。

1.3.4 空气减压器

主要用来降低进入发动机空气起动装置内的空气压力，保证发动机可靠的工作。主要由阀体、薄膜、推杆、分流活门、安全门、弹簧、调整螺帽和调节弹簧等组成。减压阀的工作原理也可以简单的理解为：入口压力+出口压力=弹簧压力，通过控制见调压阀内截流口的开度大小来控制输出压力，经调整后的空气减压器，其调整螺帽不允许任意转动。

1.3.5 空气分配器

空气分配器主要用来将空气按照气缸的工作顺序适时地分配到各个气缸。主要由空气分配器体及罩、联动轴、调整齿圈、分气盘及盖、弹簧、垫圈和插销等组成。高压空气经空气分配器，由通气孔输出至发动机气缸，给气缸充气使活塞运动，带动曲轴旋转;曲轴旋转带动联动轴反时针转动，依次打开分配器上的各个通气孔，高压空气则按气缸工作顺序分配到各气缸，迫使曲轴旋转。

1.3.6 空气起动活门

空气起动活门用在高压空气起动发动机时，接通进入气缸的通路;在发动机工作时，切断通路，防止气缸内的气体流人空气起动系。空气起动活门拧在气缸内侧的每一气缸的起动活门安装孔内，它由活门体、活门、活门弹簧、调整螺帽和盖螺帽组成。当高压空气进入空气起动活门体内，其压力超过气缸内的气体压力和弹簧的张力时，便顶开活门，弹簧被压缩，高压空气进入气缸;当空气分配器体不在配送气时，空气起动活门在其弹簧张力与气缸内气体压力的作用下关闭。

1.4 工作原理

1.4.1 空气系统起动原理

当起动发动机时，打开高压空气瓶开关，高压空气经过减压阀降至8MPa后进入气压电磁阀，接通气压电磁阀不超过5s，高压空气瓶内的压缩空气经发动机空气分配器依次进入发动机气缸，推动活塞，带动曲轴旋转;曲轴转动时带动空气分配器联动轴及分气盘转动，依次进入各个气缸，使曲轴连续转动;当发动机转速达到120r/min，发动机供油系统开始供油，从而起动发动机;发动机启动后，关闭起动按钮，高压空气停止进入气缸，空气起动活门关闭。如图3所示。

1.4.2 空气系统充气原理

发动机工作时，曲轴通过传动机构驱动空气压缩机，将外界空气滤清后，提高压力，经管路进入油水分离器、空气滤、自动调压器和沉淀池，滤掉油和水，调整好空气压力，进入空气瓶[4]。油水分离器中的油水及杂质经过电控阀、单向阀由排气管排出车外，沉淀池的油水混合物通过排污开关排到车外;空气充足后，由自动调压器控制，使空气压缩机处于空转状态。如图4所示。

1.4.3 空气系统吹洗原理

当需要吹洗工作时，打开高压空气瓶开关，控制吹洗的气电阀打开，压缩空气经空气管以高速从引射器的喷嘴冲出，并将水箱中的水引射出来，气与水的混合物通过管上18个直径1.5mm的小孔，以一定角度对玻璃进行清洗。如图5所示。

2 故障分析及排除

2.1 空气起动困难

此故障除发动机本体的问题外，其本质是起动时，进入气缸的气体压力低，发动机转速过低，无法起动发动机。

2.1.1 空气瓶压力不足

①故障现象。观察气压表示数，发现高压空气瓶压力不足。

②排除方法。采用气、电联合方式进行起动。同时也可采用外界高压空气瓶连接的方式进行应急起动，连接外界空气瓶时，应先将车内空气瓶开关关闭，方便时更换空气瓶[3]。

2.1.2 减压阀故障

①故障现象。空气起动系统试验时，采用电启动起动发动机，当发动机冷却水温达到60℃时，发动机熄火，检查起动管路无漏气。然后，打开管路中的一个空气瓶，气压表显示压力为15MPa，接通气压电磁阀，发动机无法启动，驾驶终端显示发动机转速低于120r/min，不能满足气动的要求。②故障原因。减压阀滤网有锈蚀、棉絮等杂物，导致阀体堵塞，减压阀出口压力低，达不到启动要求。③排除方法。拆下减压阀清理减压阀滤网上的锈蚀、棉絮等杂物。

拆下减压阀，将其空气入口处连接高压空气瓶及气压表，出口处连接气压表，检测减压阀减压效果，如出口压力达不到8MPa则不能达到起动压力要求，此时先调整减压阀压力调整螺母，如调整完还达不到压力要求则更换减压阀。

2.1.3 系统漏气

①故障现象。车辆处于熄火状态，打开车首高压空气瓶，记录压力表数值为15MPa，30分钟后再次查看压力表指示压力低于14MPa，不能满足“空气压缩机不工作30分钟内，系统压力降不超过1.0MPa”的要求。

②故障原因。高压空气瓶螺旋开关关闭不严;空气管路破损或联接处漏气;安装使用中管路接头锥面未清洁或没有对正，或使用不合规定的工具使旋紧力矩过紧，造成连接接口螺纹损坏;由于排污不及时，油水分离器中油、水及杂质堆积堵塞排污电控阀，导致阀体密封不严，进而造成漏气。

③排除方法。更换空气瓶螺旋开关;更换或对破损的管路重新进行焊修更换。接头漏气时应当清洁接头锥面重新进行连接。清理电控阀体中的脏污，并要求驾驶员按照空气起动系统排污要求“发动机每工作40～90min以及准备熄火之前均要打开仪表盘上的油水分离器控制按钮，放出油水分离器中的油、水及杂质”进行操作。

2.1.4 自动调压器故障

①故障分析。当自动调压器出口压力小于14.2MPa时泄压;或泄压后，当自动调压器出口压力小于12.2MPa时，调节阀不能开启使安全阀和断路活门关闭，导致漏气。

②排除方法。此时需调节断路活门组件，将螺柱顺、逆时针旋转（螺纹每转半圈，压力变化约为1MPa），然后经试驗台测试直至调到合格范围内，若调节无校则更换自动调压器。

③自动调压器其他故障现象及分析。自动调压器还可能出现压力大于15.2MPa时不泄压和自动调压器充气过程中调节阀有漏气现象导致充气缓慢的故障现象。

自动调压器故障短时间无法修复，需将自动调压器从车辆上拆卸下来再进行试验和调试。

将自动调压器从车上拆下后，对其工作性能进行试验：自动调压器进口接气源，当出口压力达到14.2～15.2MPa时针状断路活门开启、安全阀开启，自动调压器进口通过安全阀与大气相通。此时自动调压器进口压力为1.0～1.5MPa（压力表显示）。缓慢打开开关模拟气动元件实际用气过程，使自动调压器出口压力降为12.2～13.9MPa时，调节阀开启，使安全阀和断路活门关闭，又开始充气。

2.2 压力表指示压力过高或不指示

①故障原因。气压表接头管路入口节流孔污物淤积过多导致堵塞或压力表损坏。②排除方法。清理节流孔处淤积的污物或更换压力表。

2.3 充气缓慢或不充气

①故障原因。油水分离器或空气滤过脏导致不充气或充气缓慢：使用中不按照规定进行排污，导致油水分离器及沉淀池内油水脏污严重或锈蚀严重，造成管路堵塞，致使充气压力低，同时压力持续升高会导致管路及油水分离器爆裂的情况发生。②排除方法。打开仪表板上油水分离器开关，检查电控阀是否能正常排污，如无法正常排污则更换电控阀，安装前将高压气源与电控阀相连，在低压（1.0MPa）到高压（15MPa）的过程中，检验其是否漏气;当压力达到（14.7±0.5）MPa时，接入22～24V直流电源，检查电控阀工作是否可靠。如电控阀能正常工作，清洗或更换空气滤和油水分离器等部件。

3 保养

检查空气瓶的气压，应在（12.75～15）MPa内，若不符合标准则使用空气压缩机对其进行充气;

检查系统管路及管路连接处，应密封可靠;

擦拭空气起动系统各个机件，并检查其密封性;

若发动机需长时间停放时，应关闭高压空气瓶开关。

4 结论

空气起动系统是柴油发动机的主要起动方式，通过分析并排除空气起动系统故障，熟练掌握故障机理，能够提高解决问题的效率，让修理人员快速掌握分析和解决空气起动系统故障的方法。

参考文献：

[1]兰翼，李先鹏，杨自栋，等.浅析拖拉机低温起动试验[J].农业装备与车辆工程，2016，8：71-73.

[2]闫清东.坦克构造与设计——第三章推进系统[M].2006-5-1.

[3]张郑，康辰龙，张永锋，等.履带式车辆空气起动系统使用现状及故障对策[J]. 农机使用与维修，2020，24：98.

[4]肖雨.自行火炮可靠性分析[D].中北大学，2010.