Le principali cause di esaurimento del pistone nel motore Cummins K38
L'erosione del pistone è un fenomeno comune nell'uso dei motori diesel e la maggior parte dell'erosione si verifica nella parte superiore del pistone, nelle scanalature della prima e della seconda fascia elastica e nella circonferenza della testa del pistone. Generalmente, le forme principali sono il foro di fusione della superficie superiore del pistone, la perforazione, la tacca a forma di sede per chiavetta e l'occhio a nido d'ape sulla circonferenza della testa. Il principale fenomeno di guasto è l'aumento dei gas di scarico sotto il motore e persino l'olio che fuoriesce dal foro di respirazione.
La bruciatura del pistone causerà un funzionamento anomalo del motore diesel, portando direttamente a una diminuzione della pressione e della potenza del cilindro, causando indirettamente la trazione del cilindro, la tenuta dei freni e danni a componenti come il turbocompressore e la testata.
Di seguito, sulla base dell'esperienza nella riparazione dell'erosione del pistone nel motore Cummins K38 e delle relative informazioni tecniche, l'autore analizza le cause dell'erosione del pistone nel motore Cummins K38.
L'erosione del pistone è mostrata nella Figura 1.
Contropressione allo scarico eccessiva
La contropressione allo scarico si riferisce alla pressione di resistenza dello scarico del motore.
La pressione di scarico del motore K38 è inferiore a 0,09 kPa. Se il silenziatore è bloccato o il tubo di scarico viene modificato in modo improprio, la resistenza allo scarico aumenterà, determinando un'eccessiva contropressione dello scarico.
A causa dell'elevata contropressione allo scarico del motore, i gas di scarico generati dalla combustione della miscela nel cilindro sono difficili da scaricare e possono solo rifluire. Il calore si accumula relativamente nel cilindro, provocando una temperatura elevata del cilindro e, in ultima analisi, la bruciatura del pistone.
Pistone di scarsa qualità
Il pistone si muove avanti e indietro in linea retta in condizioni difficili di alta temperatura, alta pressione, alta velocità e scarsa lubrificazione, direttamente a contatto con il gas ad alta temperatura. La temperatura istantanea può raggiungere oltre 2500 gradi, che è gravemente riscaldata e presenta scarse condizioni di dissipazione del calore. Pertanto, la temperatura del pistone durante il funzionamento è molto elevata, con la parte superiore che raggiunge i 600-700 gradi e la distribuzione della temperatura è molto irregolare;
La parte superiore del pistone sopporta una grande quantità di pressione del gas, in particolare la pressione massima durante la corsa di potenza, che può raggiungere 6-9 MPa nei motori diesel. Ciò fa sì che il pistone subisca un impatto e sopporti l'effetto della pressione laterale;
Il pistone si muove avanti e indietro nel cilindro ad alta velocità (8-12m/s) e la velocità cambia costantemente, generando una grande forza inerziale, che esercita un carico aggiuntivo significativo sul pistone.
I pistoni che lavorano in condizioni così difficili si deformeranno e accelereranno l'usura, oltre a generare carichi aggiuntivi e stress termico.
Se la qualità del pistone non è conforme agli standard e sono presenti difetti come pori, allentamenti, microfessure e inclusioni di scorie durante la fusione, questi pori, allentamenti e microfessure causeranno danni da fatica ad alta temperatura e pressione; La scoria inclusa nel pistone si scioglie dapprima, provocando la fusione del pistone e provocando la rottura dell'erosione del pistone.
Fumo nero bruciato e forte accumulo di carbonio sul pistone
La generazione di depositi carboniosi è piuttosto complessa e strettamente correlata alla struttura del motore, al tipo di carburante e olio lubrificante utilizzati, nonché alle condizioni di lavoro e alle condizioni di lavoro del motore.
Nella camera di combustione, l'apporto di ossigeno è insufficiente e il carburante e l'olio lubrificante che entrano nella camera di combustione non possono essere completamente bruciati, provocando fumo d'olio e particelle di catrame. Dopo la miscelazione con l'olio lubrificante, si ossidano ulteriormente in un gel viscoso come l'idrossiacido liquido, che si ossida ulteriormente in una resina semifluida come la resina, aderendo saldamente alle parti. Quindi, sotto l'azione continua dell'alta temperatura, la resina polimerizza in un polimero più complesso, formando un carbonio duro cementato, cioè deposizione di carbonio.
I componenti dei depositi di carbonio includono olio lubrificante, idrossiacidi, asfalto, coke di petrolio, blu di carbonio, solfati, composti di silicio (da cenere e sabbia nell'aspirazione) e tracce di trucioli metallici e loro composti.
Maggiore è la temperatura del motore, più duri e densi si formano i depositi di carbonio e più forte è l'adesione al metallo.
I depositi di carbonio nella scanalatura dell'anello del pistone possono far sì che l'anello del pistone perda elasticità e si blocchi, con conseguente diminuzione delle prestazioni di tenuta dell'anello del pistone e causando la combustione dell'olio, aggravando così la generazione di depositi di carbonio.
I depositi di carbonio sulle valvole di aspirazione e di scarico possono far sì che le valvole non si chiudano ermeticamente, mentre i depositi di carbonio di particolato ad alta temperatura che aderiscono alle valvole possono anche causare l'erosione delle valvole e delle sedi delle valvole, esacerbando le perdite delle valvole.
Le perdite della valvola provocano il lavaggio via del gas ad alta temperatura dalla valvola e dalla sede della valvola, provocando inoltre bruciature e perdite della valvola e della sede della valvola, con conseguente conseguente diminuzione della pressione della bombola. La grande quantità di fumi di combustione favorisce la generazione di depositi carboniosi nel pistone.
La deposizione di carbonio sul pistone indebolisce l'effetto di dissipazione del calore e aumenta la temperatura. Quando la temperatura supera il limite di resistenza termica del pistone, ciò causerà l'erosione del pistone.
I depositi di carbonio sul pistone sono mostrati nella Figura 2
Le ragioni principali della grande quantità di fumo nero e del forte accumulo di carbonio nella combustione del motore sono:
Se le valvole di aspirazione e scarico non sono chiuse ermeticamente, la miscela combustibile ad alta temperatura e alta pressione eroderà la superficie di lavoro della valvola e della sede della valvola, causando vaiolatura, accumulo di carbonio ed erosione su entrambe le superfici di lavoro. La vaiolatura, l'accumulo di carbonio e l'erosione accelereranno la chiusura lassista delle valvole di aspirazione e scarico, formando un circolo vizioso.
Chiusura allentata della valvola, diminuzione della pressione del cilindro, scarsa combustione, eccessivo accumulo di carbonio nel cilindro, con conseguente diminuzione della potenza e dell'economia del motore.
Disadattamento degli ugelli della pompa, iniezione eccessiva di carburante
Esistono due modelli sul motore K38, CPL844 e CPL1628. Esistono differenze nelle pompe del carburante e negli iniettori dei due numeri di controllo, CPL1628 e CPL844. Tra questi, la pompa del carburante BA94 e l'iniettore 3077760 vengono utilizzati per abbinare CPL1628, mentre la pompa del carburante B844 e l'iniettore 3058802 o 3076132 vengono utilizzati per abbinare CPL844.
Rispetto alla pompa B844, la pompa BA94 ha un consumo di carburante maggiore e l'iniettore 3058802 o 3076132 ha un consumo di carburante maggiore rispetto all'iniettore 3077760.
Per soddisfare i severi requisiti sulle emissioni, i motori Cummins hanno sviluppato un nuovo tipo di sistema di controllo della fasatura variabile dell'iniezione del carburante azionato idraulicamente chiamato STC (Step Timing Control).
Il sistema STC divide la fasatura dell'iniezione del carburante del motore in due parti: fasatura meccanica (controllata dall'ingranaggio di distribuzione e dall'albero a camme), nota anche come "modalità di fasatura normale", e fasatura meccanica idraulica (controllata dalla pressione del carburante del motore, nota anche come la "modalità di anticipo dell'iniezione del carburante").
In condizioni di avviamento e di carico leggero, viene adottato il "metodo di fasatura anticipata dell'iniezione di carburante" per iniettare il carburante nelle prime fasi del ciclo di compressione;
In condizioni di carico medio e pesante, viene adottata la "modalità di fasatura normale" e il carburante viene iniettato successivamente nel ciclo di compressione.
La valvola STC funge da valvola di controllo direzionale, con pressione del carburante equivalente alla pressione dell'olio pilota. La pressione di apertura della valvola STC è di 27 Psi e la pressione di chiusura è di 65 Psi.
Se la valvola STC non funziona correttamente, i tempi di iniezione del motore cambieranno, la combustione del carburante non sarà buona, il periodo di post combustione sarà prolungato, nel cilindro verranno generati grandi quantità di depositi di carbonio, la dissipazione del calore del pistone diminuirà. essere scadente e il funzionamento a lungo termine porterà all'erosione finale del pistone, all'esplosione della testata e ad altri guasti.
Uno scarso raffreddamento provoca temperature elevate
La temperatura operativa normale del motore è compresa tra 82 e 93 gradi. Se la quantità di liquido refrigerante o altro olio miscelato è insufficiente, il radiatore è bloccato o la ventola non funziona correttamente, la temperatura del cilindro del motore sarà troppo elevata.
Inoltre il pistone del motore e la camicia del cilindro vengono trascinati via principalmente dall'olio spruzzato dall'ugello di raffreddamento dell'olio.
Se l'ugello dell'ugello di raffreddamento presenta deformazioni, fori di sabbia, posizione di iniezione errata o bassa pressione dell'olio, ciò causerà una diminuzione della quantità di olio iniettato, portando direttamente ad alte temperature del pistone e della camicia del cilindro.