发动机故障诊断及解决方案
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摘要：发动机是设备的动力源，为设备执行各种动作提供原动力。发动机出现故障，直接影响设备工作效率和经济性能。文中从多方面对D12C型发动机故障进行分析并提出解决方案。
中图分类号：TD4 文献标志码：A 文章编号：1002－2333（2015）11－0258－04
0引言
我单位使用的液压挖掘机发动机是D12C型，该发动机为直列6缸、4冲程、直喷式、涡轮增压、中间冷却和电子控制燃料喷射装置的柴油发动机。发动机带有EMS的发动机控制系统，通过V-ECU，利用EMS和V-ECU之间的数据连线，可检查发动机状况。由于其控制系统的隐蔽性和复杂性，当发动机出现故障时，难以判断。本文从发动机控制系统、燃油系统、进排气系统等方面进行故障分析并提出解决方案。
1D12C型发动机故障表现形式
D12C型发动机故障表现在以下几个方面：1）发动机在重负荷丢转，即工作中有重负荷时发动机转速由正常1900r/min迅速下降到1400~1600r/min，严重时发动机熄火。2）发动机高温。当发动机出现高温时，冷却液会从散热器加注孔处外溢。3）发动机不能起动。4）发动机出现间歇性熄火。即发动机可正常起动，也可进行作业，但会出现突然间熄火。5）发动机冷却液中有机油与发动机冷却液中进入柴油。
2故障诊断与解决方案
2.1发动机重负荷丢转的故障诊断与解决方案
发动机出现重负荷时转速下降直至发动机熄火，主要原因在于燃油供给系统、单体泵和电气控制系统。案例1：某台液压挖掘机发动机出现重负荷丢转现象，即进行满斗挖掘时，发动机工作无力，直至熄火，影响设备工作效率。在用电脑进行故障检测时，发动机怠速、高速时检测单体泵，出现单体泵工作异常。更换有异常的两个单体泵，发动机故障排除。案例2：某台液压挖掘机发动机出现重负荷丢转，用电脑进行检测，单体泵无异常。故障一：柴油泵内腔出现明显磨损，齿轮泵在泵油过程中因壳体与齿轮间隙增大造成压力不足，重负荷时柴油供应量不充足，造成发动机重负荷丢转（图1、图2）；更换了柴油泵，发动机正常。故障二：柴油泵主动齿轮轴油封损坏。当齿轮泵主动轴油封损坏时，柴油由工艺孔渗漏（图3）。当图2中柴油泵油封出现渗漏时，壳体中的压力油会经油封进入工艺孔而产生外漏，从而也造成柴油泵内压力不足，导致发动机动力下降。解决方法是修复损坏的油封。案例3：某台液压挖掘机发动机出现重负荷丢转，用电脑检测，发现一个单体泵工作异常，且没有电信号。对此单体泵的电气线路进行检查，发现单体泵连接线路出现断路。此故障有两方面原因，一是单体泵线圈上的接线柱断，二是单体泵连线出现断路（如图4）。当单体泵接线柱1的任何一个出现断裂时，单体泵线圈电路不通，此单体泵不工作；当单体泵上线圈2出现故障时，线圈出现断路，单体泵也不工作；用电脑进行检测，指示是单体泵供电线路出现断路。这些故障都会导致单体泵工作不良，发动机转速下降，重负荷丢转故障。解决办法是根据实际情况进行判断，更换单体泵、更换线圈或查找出现断路的电气线路并进行维修。
2.2发动机高温故障诊断与解决方案
正常情况下，发动机冷却液温度在80~85℃，短时间内允许达90~95℃。如果发动机冷却液温度长时间超出正常值，说明发动机出现了高温，必须立即停车进行检查处理。发动机出现冷却液高温，主要故障出现在：一是节温器故障，二是水泵故障，三是发动机散热器外表堵塞，风扇冷却效率下降。1）节温器故障。节温器一般安装在发动机出水管路口，一般为石蜡式的。当水温低时，石蜡为固态，节温器不开，发动机冷却液走小循环（发动机暖风），使发动机冷却液温度快速升高，发动机迅速暖机。当水温达到85℃左右，石蜡开始渐渐融化，顶开节温器使其慢慢打开，此时开始大循环（发动机暖风散热器），冷却液要走散热器了，经过风扇冷却带走部分热量，使冷却液度温控制在一定范围。案例1：某液压挖掘机发动机出现冷却液高温，更换了节温器后，高温问题没有解决。在开水中对两个节温器进行开口度试验，确定了节温器故障原因（图5）。一个新节温器（1号）和拆下的节温器（2号）进行开口度对比实验。将两个节温器放于同一装有90℃的热水中，发现在0.5min时间内同时出现开口，但2号比1号开口略小。0.5min后，2号节温器随即出现关闭。也就是说，当发动机冷却液达到85℃时2号节温器开启，随后又关闭，发动机高温冷却液不能进行大循环，导致发动机高温。更换了1号节温器后，高温问题得以解决。因此，在设备维修过程中不能过分相信新品，通过简单试验可进行验证的要实际检测，否则使用了不合格的产品还会出现故障。2）水泵故障。案例2：某台液压挖掘机发动机在天气温度+10℃的环境下，工作20min出现冷却液高温，用手触摸水泵外表，没有烫手的感觉。判断是水泵故障（图6）。拆下水泵进行分解，图6中1号水泵叶轮与泵体间隙为6mm，水泵叶轮与水泵轴分离开来，当水泵轴转动时，叶轮不动，不能使冷却液进行循环。图6中2号水泵叶轮与泵体间隙是3mm，叶轮固定在泵轴上。更换了2号水泵后，发动机不再出现冷却液高温。对使用了同批次水泵的发动机全部进行更换，解决了发动机高温问题。3）发动机散热器外表堵塞。案例3：尤其是北方，冬天气温低，即使发动机散热器散热效果不好也不能体现出来。当春天来临，气温回升，尤其是中午时间段出现冷却液高温，首先检查发动机散热器。由于D12C型发动机散热器外有中冷器和空调冷却器（图7），经过一个秋冬春天的运用，环境恶劣情况下，外界中树叶、柳絮、杂草、灰尘等会吸附在发动机散热器2与中冷器1和空调冷却器3之间，不细心检查是不容易发现的，造成散热器通风不良，导致高温；另外，当发动机散热器出现渗漏防冻液时，由于防冻液具有一定的黏性和吸附性，空气中的灰尘会吸附在散热器外表，将散热器的通风孔堵塞，造成发动机高温。这种情况不细心检查不能发现。解决方案是在春天气温回升之后，及时拆下中冷器和空调冷凝器，对发动机散热器进行清洗，及时修理或更换渗漏的发动机散热器。
2.3发动机不能起动故障诊断与解决方案
发动机不能起动，除电瓶亏电、电压不足、电瓶连线或接地线连接不牢固、主控制开关断路、起动保险丝烧坏等这些简单的故障外，D12C发动机不能起动难以诊断和处理的故障主要在以下几方面。1）R3继电器故障。正常工作的发动机突然出现熄火，且熄火后发动机不能起动，主要原因是继电器盒中的R3（图8、图9所示）继电器出现断路所致。图8是D12C型发动机继电器盒，盒中有R1至R12共12个继电器，控制着设备各种功能。从图8可见，R3继电器控制着EMS，当R3故障，EMS没有电源，不能给ECU发送信号，单体泵不能喷油，发动机就不能起动。此故障发生，主要是设备受冲击、振动等因素影响，继电器损坏。案例1：某台设备运行过程中突然出现熄火，发动机不能起动。此时设备铲斗还在车皮中，直接影响生产。在对发动机供油系统、起动机等进行检查确认无问题后，拆卸设备继电器盒，对R3用万用表进行检测，显示R3正常。让司机在驾驶室内给工作灯，工作灯正常。把控制工作灯的R8继电器与R3继电器对调，再次起动，发动机着火。说明R3继电器故障。2）电瓶继电器故障。此继电器在电瓶箱内（如图10）。电瓶继电器发生故障判断起来相对容易一些。当起动钥匙打到ON位置时，站在设备继电器盒附近，会听到“啪”的一声，说明继电器完好。如果听不到“啪”的一声，说明电瓶继电器出现故障，或检修或更换。出现声音是电瓶继电器在得电后吸合形成电器通路。3）安全起动继电器故障。此继电器也在电瓶箱内（如图10），与电瓶继电器并列安放。此继电器出现故障，起动电路照样不能形成通路，发动机不能起动。其工作原理如图11所示。接通电源总开关，电瓶继电器与电瓶相连的接点得电，同时钥匙开关2得电。当钥匙开关2打到“ON”位置时，电瓶继电器1的另一个接点得电，电瓶继电器吸合，同时会有一个“啪”的接触声。此时，发动机的充电电路形成。发动机充电电路形成后，交流发电机3得到电瓶电源。通过上面操作，由于电瓶继电器得电，安全继电器4的一个接线柱带电。当钥匙开关2打到“START”位置时，安全继电器4的三级放大发挥作用，线圈产生磁场，安全继电器接通。电流传到起动马达，与电瓶正级形成回路，起动马达工作。当安全继电器4的三级放大或线圈出现故障，起动机5不得电，发动机不能起动。发动机不能起动的解决方案是重点对电瓶继电器或安全继电器进行检查判断。
2.4发动机起动延时或出现间歇性熄火故障诊断与解决方案
发动机起动延时或出现间隙性熄火，主要原因存在三个方面：一是飞轮传感器出现故障，不能将发动机飞轮旋转速度及时发送到E－ECU；二是发动机凸轮轴传感器故障（图12）；三是发动机中冷器进出气管出现破裂（图13）；案例1：某发动机经常在工作中熄火，无论是有负荷还是没有负荷情况下都会突然熄火，熄火后还能够发动，也可正常工作。经检查，发现凸轮轴传感器被一个机油压力传感器替代。更换合适型号的凸轮轴传感器后，发动机不再出现熄火现象。发动机凸轮轴传感器与机油压力传感器外形相似，没有经验的维修人员容易混淆。由于D12C型发动机是采用自动控制技术，当两种传感器不能传递正确信号给E-ECU时，它不能发出正确指令，发动机出现故障。当SE2701出现故障时，发动机会随时出现熄火。当SE2703出现故障时，发动机起动延时，不能立即发动。案例2：某发动机能够起动，但发动机性能不稳定，发动机动力明显不足，经检测，单体泵无故障，发动机内压缩不够。发动机发动后，从声音上明显显示出发动机声音沉闷，不清脆，感觉出燃油燃烧不充分。检查图13中空气冷却器7进出气两个连接软管2可用手按下，说明涡轮增压器4不能形成空气压力。检查后发现与空气冷却器7连接的出气软管2出现裂口，更换了破损的软管2，发动机正常。
2.5发动机冷却液中有机油与发动机冷却液中进入柴油的故障诊断与解决方案
1）发动机冷却液中出现机油，是因为发动机机油散热器出现渗漏或机油散热器密封圈损坏，导致发动机中的机油进入到冷却系统中。解决方案是维修发动机，更换机油散热器或更换机油散热器密封。2）发动机冷却液中进柴油，是因为发动机单体泵密封损坏或发动机缸盖中单体泵阻水套密封损坏。由于单体泵在喷射燃油时压力超过了冷却液的压力，压力柴油会渗入发动机冷却系统中。解决方案是更换单体泵密封或单体泵阻水套。
3结论
本文对D12C发动机隐蔽故障产生的原因以及这些故障的处理方法进行全面总结。当发动机出现故障时，从这几方面入手，能够准确地找到故障并快速解决。为提高设备经济性打好基础。
作者：卢勇水 马龙 王清和 单位：鞍山钢铁集团 铁路运输公司