康明斯K2000E发动机喷油器顶杆断裂故障分析

胡 烽

（江西铜业集团公司德兴铜矿， 江西德兴市 334224）

康明斯K2000E发动机喷油器顶杆断裂故障分析

胡 烽

（江西铜业集团公司德兴铜矿， 江西德兴市 334224）

介绍了康明斯K2000E发动机燃油系统，分析了导致K2000E发动机喷油器顶杆断裂的几个原因。针对导致喷油器顶杆断裂的原因，采取了相应的措施，明显减少了K2000E发动机喷油器顶杆断裂的故障。

K2000E发动机；喷油器顶杆；断裂故障；措施

0 前 言

德兴铜矿2005年从美国康明斯公司引进的大型高速柴油机K2000E，并改装到630E电动轮卡车上，该发动机功率2000匹马力。2007年开始引进的小松730E电动轮卡车上也采用了K2000E发动机，我矿现有K2000E发动机27台。康明斯K2000E发动机在使用过程中经常出现喷油器顶杆断裂的故障，造成相应喷油器不能正常工作，发动机动力下降，影响电动轮卡车的正常运行，该故障困扰了负责维修发动机的技术人员、修理人员以及康明斯武汉分公司现场服务人员很长一段时间。

K2000E发动机为电控发动机，采用CENTRYTM电控系统。CENTRYTM系统是一个智能电子发动机控制系统，其设计优化了对于采矿、建筑、农业及其它非公路设备上的发动机控制。根据来自电子油门和各种传感器的信号，CENTRYTM系统控制发动机转速和燃油压力。CENTRYTM系统包括液压机械式和电气子系统。电气子系统使用ECM和电子燃油控制阀管理燃油输送，同时液压机械式子系统提供最大备用扭矩和转速控制。

1 K2000E发动机喷油器顶杆和燃油系统简介

1.1 喷油器顶杆

喷油器顶杆为细长杆件（见图1），一头为球头，顶在随动件的球窝内；另一头为球窝，喷油器摇臂调整螺钉的球头压在球窝内；喷油器顶杆中段比两端略细。喷油器顶杆的作用是在随动件被凸轮顶起时，将运动传递给喷油器摇臂，顶起喷油器摇臂调整螺钉端，让摇臂另一端压下，使喷油器喷油。在发动机运转过程中，发动机转速越高，喷油器顶杆及相关零件加速度越大，喷油器顶杆受力越大［1］；同时，发动机速度越高，柱塞下压速度越快，喷油时间越短，喷油器的喷射压力越高，造成喷油器反作用于摇臂的力越大，从而使喷油器顶杆的受力越大。因此，在发动机高速重载情况下，喷油器顶杆的受力是最大的。

图1 喷油器顶杆安装位置

1.2 燃油系统

（1）PT泵：从油箱吸油，根据发动机转速不同输出不同压力的燃油，见图2。

（2）EFC阀：根据ECM的信号控制，调节燃油压力，控制喷油器的喷油量，见图2。

（3）燃油切断阀：受ECM控制，用于切断喷油器的供油使发动机熄火，也可以手动控制切断喷油器的供油，见图2。

（4）喷油器：K2000E发动机共有16个喷油器，定时将一定量的燃油喷入汽缸（见图3）。

1.3 K2000E发动机喷油器喷油过程

当凸轮处于内基圆位置，喷油器柱塞处于提起状态，燃油通过计量孔进入喷油器油杯中，随着凸轮轴转动，凸轮将随动件顶起，通过喷油器顶杆传动使摇臂摆动下压喷油器，喷油器柱塞挤压油杯中燃油，将燃油喷入汽缸内，完成喷油过程。

图2 燃油系统流程

图3 喷油器

K2000E发动机采用分级正时控制，在轻载荷时，ECM给出信号开启STC阀，机油经过STC阀进入喷油器STC挺杆中，当摇臂下压时，STC挺杆提前将喷油器柱塞压下，燃油提前喷入汽缸，喷油完成后，STC挺杆中的机油排出；当载荷大于260HP时，ECM给出信号关闭STC阀，机油不能经过STC阀进入喷油器STC挺杆中，喷油器正常喷油。

1.4 K2000E发动机喷油器调整

K2000E发动机用扭矩法进行喷油器调整，根据发动机点火顺序，按照发动机前端指针和减震器上的记号，利用K2000E发动机气门和喷油器调整表对相应缸的喷油器进行调整。顺时针旋转调整螺钉，并用扭矩扳手拧紧调整螺钉至11N·m；然后逆时针松开调整螺钉，至少松开1圈以上，然后再次顺时针旋转调整螺钉，并用扭矩扳手拧紧至10 N·m，然后定住调整螺钉，拧紧调整螺母至60 N·m。通过2次拧紧调整螺钉，可利用柱塞将喷油器中燃油挤干净，保证喷油器调整正确。然后依次调整其它缸的喷油器，直到完成所有喷油器的调整［2］。

2 喷油器顶杆断裂故障的原因

（1）喷油器调整不当。如果在喷油器调整时，拧紧调整螺钉的扭矩过大，导致在发动机运转过程中顶杆承受过大压力，从而顶杆因受力过大而断裂。另外在拧紧调整螺母时，必须保证调整螺钉不动，否则也会加大顶杆受力，从而导致顶杆断裂。

（2）STC阀内部泄漏。K2000E发动机采用分级正时控制，在发动机重负载情况下，STC阀应关闭，机油不能进入喷油器STC挺杆中，喷油器正常喷油。如果STC阀出现内部泄漏，在ECM控制关闭STC阀时，STC阀不能完全关闭，仍然有机油进入喷油器STC挺杆中，喷油器始终处于提前喷油状态。在发动机重负载情况下，因为发动机转速高，且喷油器喷油量大，顶杆的受力大，加上STC阀内部泄漏，喷油器始终处于提前喷油状态，这就加大了顶杆的受力，从而导致顶杆断裂。

（3）喷油器故障。喷油器出现故障，也会导致顶杆断裂。如：有异物进入喷油器，导致喷油器柱塞卡死，导致顶杆受力过大，从而顶杆断裂。

（4）顶杆缺陷。顶杆本身存在缺陷，如有裂纹等缺陷，容易造成顶杆在发动机运转过程中断裂。

3 相应的解决措施

（1）规范K2000E发动机喷油器调整工艺，要求所有修理人员掌握喷油器调整工艺，并严格按照工艺进行喷油器调整。同时要求进行喷油器调整前，对专用扭矩扳手进行校对，保证所紧扭矩准确，防止调整螺钉超扭矩情况的发生，避免因超扭矩导致的喷油器顶杆断裂。此外，在拧紧调整螺母时必须定住调整螺钉，防止调整螺钉随调整螺母一起转动，一旦发生调整螺钉转动，必须重新调整，确保喷油器调整的准确。

（2）对于STC阀出现内部泄漏的问题，因为没有很好的方法进行检测，在每次大修发动机时更换新STC阀总成，减少因STC阀内部泄漏导致喷油器顶杆断裂的情况。

（3）对于喷油器故障导致的喷油器顶杆断裂，抓好修理过程控制，零部件在组装前必须清洗干净，避免异物进入喷油器，减少喷油器柱塞卡死的情况发生。

（4）在发动机大修时，仔细检查喷油器顶杆的外观，并且对顶杆进行磁粉探伤，发现有裂纹或其它缺陷的顶杆及时更换，避免将有缺陷的顶杆装到发动机上。

通过采取了以上几点措施，德兴铜矿K2000E发动机发生喷油器顶杆断裂的故障明显减少，保证了电动轮卡车的正常运行。

［1］付光琦.高速柴油机顶置式配气凸轮机构的动力学计算［J］.内燃机学报，2000（2）：3－6.

［2］王海花.康明斯PT喷油器的技术安装与调整［J］.煤矿机械，2008（11）：164－166.

2011－12－25）

胡 烽（1974－），男，江西萍乡人，工程师，工程硕士，主要从事矿山设备大型高速柴油机维修。