滤清系统所引起的柴油机故障分析＊

杜学芳，张 帅

（河南机电高等专科学校 机电工程系，河南 新乡 453000）

0 引言

柴油机是否能可靠而耐久地工作，在很大程度上取决于能否有效地保护摩擦副，防止磨料微粒（主要是机械杂质）通过各种途径进入柴油机，这种保护靠采用有效的空气滤清器、燃油滤清器和机油滤清器来达到，以及对尘土可能渗入柴油机的一切地方进行仔细密封［1］。滤清系统是柴油机能否可以正常工作的一个很关键但也很容易被忽略的环节，下面这个案例就与燃油滤清系统有关。

燃油滤清器位于发动机燃油系统中，其主要作用就是滤除燃油系统中的水和氧化铁、粉尘等固体杂质，向燃油系统提供清洁的燃油，保护喷嘴、柱塞等精密偶件减少磨损，避免堵塞［2］，减少机械磨损，确保发动机稳定运行，提高可靠性。随着排放标准的提高，对燃油滤清器的水分离性能和过滤精度都提出了更高的要求。

1 故障现象

据客户反映和进行实地考察，挖掘机在使用过程中会出现与燃油系统有关的下列工作故障，具体表现出如下几个方面：

故障1：柴油机间隙性熄火；

故障2：柴油机输油泵卡死、漏油；

故障3：柴油机喷油器堵塞、冒黑烟；

故障4：柴油机喷油泵磨损、冒黑烟、动力不足。

2 故障分析

出现上述故障的挖掘机采用的是三菱4M50型柴油机，该柴油机属于电喷式，喷射压力较高，并且对燃油滤清系统的要求也较高。其滤清系统由三级组成：油水分离器＋燃油粗滤器（带手油泵）＋燃油精滤器，如图1所示。

图1 柴油机滤清系统示意图

根据故障1现象判断，引起故障1可能的原因有两个：燃油滤清系统吸油管路段漏气，导致柴油机供油系统中存在空气段，引起柴油机熄火；燃油滤清系统吸油管路段负压过大，导致柴油机供油不畅而引起间隙性吸空，引起柴油机熄火。

根据故障2、故障3 和故障4 现象判断，引起的原因主要与燃油滤清系统的过滤效率有关。针对以上原因分析，我们做了如下几个试验：

（1）气密性试验

试验连接如图2所示。

图2 气密性试验连接图

对燃油吸油管路进行气密性试验，通入0.1 MPa干净空气，在出入口处各安装两个压力表，通过两压力表读数，来判断吸油管路是否漏气。试验结果表明，P1－P2＝0，燃油吸油管路并未存在漏气现象，因此将燃油滤清系统吸油管路段漏气引起柴油机熄火的可能排除。

（2）拆解分析实验

对燃油管路全部进行拆解，并逐一对各部件进行仔细的检查，发现燃油粗滤器上手油泵的单向阀处脏堵物较多，燃油管路其余零部件未见脏堵，单向阀的结构示意图如图3所示。

燃油粗滤器上单向阀的脏堵原因分析如下：由于国内柴油品质较差，而挖掘机的柴油品质则更差，油水分离器的过滤精度只有300μm，滤层为不锈钢丝网织成，属于表层过滤［3］，过滤效果很差。由于手油泵单向阀安装在燃油粗滤器的入口处，燃油必须先经过单向阀才能流入燃油粗滤器，而单向阀入口处尺寸较小，直径只有7mm，导致胶质化合物、大颗粒固体颗粒杂质等将单向阀堵塞，因此故障1的原因判断为燃油粗滤器上单向阀处脏堵导致燃油管路负压较高，引起柴油机燃油泵吸空而导致柴油机熄火。

图3 单向阀结构示意图

（3）过滤效率试验

多通路试验连接如图4所示。

图4 多通路试验示意图

通过多通路试验来计算燃油滤清系统的过滤效率，该试验是将污染油通过试验系统，通过演算器计算燃油滤清系统入口和出口处的粉尘粒径和数量，得出燃油滤清系统的过滤效率。试验液采用JIS 2号轻油，试验流量为6L／min，试验时间1h，按JIS D 1623标准进行，试验数据如表1所示。

表1 燃油滤清系统的试验数据

由表1 可以看出，该滤清系统的过滤效率偏低，为94.5%（5μm 以上颗粒物），而该柴油机对滤清系统的要求是大于等于98%（5μm 以上颗粒物），燃油中的微小杂质会造成柱塞偶件、出油阀偶件、针阀偶件等产生擦伤、拉伤等磨粒磨损［4］，引起输油泵卡死、漏油，喷油泵磨损，喷油器堵塞，从而使柴油机出现动力不足、冒黑烟等现象，因此故障2、故障3、故障4判断为主要是由燃油滤清系统的过滤效率偏低所造成的。

3 改进方案

为消除柴油机的以上故障，对燃油过滤系统进行了改进，如图5所示。

图5 改进后的燃油滤清系统示意图

改进后的燃油滤清系统采取如下措施：

（1）去除油水分离器，将燃油粗滤器更换为不带手油泵的粗滤器（带油水分离功能），并在燃油粗滤与发动机输油泵之间加装独立手油泵，这样可以避免手油泵单向阀的堵塞。

（2）为提高燃油精滤器的过滤精度而不降低流量，采用两个2μm 的精滤器并联。

4 结语

试验表明，改进后滤清系统过滤效率可达99.6%（5μm 以上颗粒物），水分离效率大于等于95%，输送泵入口处的初始吸油阻力不大于－17 KPa，保证燃油的供应和清洁程度要求，达到了4M30型柴油机的要求。据客户反应，改进后的滤清系统运用在柴油机，上述故障全部消除，过滤效率显著提高。

［1］何有禄.改进型空气滤清系统和燃油滤清系统对发动机零件磨损的影响［J］.国外汽车，1975（3）：27－29.

［2］宋培清.浅议“三滤”基本知识与保养误区［J］.科技论坛，2010（3）：69－70.

［3］.戴天翼.过滤器—设计、制造和使用［M］.北京：化学工业出版社，2009.

［4］.马志华，杨庆蓉.提高燃油滤清器过滤精度，减少柱塞偶件的磨损［J］.拖拉机，1988（1）：55－59.