الأسباب الرئيسية لاحتراق المكبس في محرك Cummins K38
يعد تآكل المكبس ظاهرة شائعة في استخدام محركات الديزل، حيث يحدث معظم التآكل في الجزء العلوي من المكبس، وأخاديد حلقة المكبس الأولى والثانية، ومحيط رأس المكبس. بشكل عام، الأشكال الرئيسية هي فتحة ذوبان السطح العلوي للمكبس، والثقب، والشق على شكل مفتاح وعين قرص العسل عند محيط الرأس. ظاهرة الخلل الرئيسية هي زيادة غازات العادم تحت المحرك، وحتى خروج الزيت من فتحة التنفس.
سيؤدي احتراق المكبس إلى تشغيل غير طبيعي لمحرك الديزل، مما يؤدي بشكل مباشر إلى انخفاض ضغط الأسطوانة وطاقتها، ويتسبب بشكل غير مباشر في سحب الأسطوانة، وإمساك الفرامل، وإتلاف مكونات مثل الشاحن التوربيني ورأس الأسطوانة.
أدناه، استنادًا إلى تجربة إصلاح تآكل المكبس في محرك Cummins K38 والمعلومات الفنية ذات الصلة، يقوم المؤلف بتحليل أسباب تآكل المكبس في محرك Cummins K38.
يظهر تآكل المكبس في الشكل 1.
الضغط الخلفي المفرط للعادم
يشير الضغط الخلفي للعادم إلى ضغط مقاومة عادم المحرك.
ضغط العادم لمحرك K38 أقل من 0.09kPa. إذا تم حظر كاتم الصوت أو تم تعديل ماسورة العادم بشكل غير صحيح، فسيؤدي ذلك إلى زيادة مقاومة العادم، مما يؤدي إلى الضغط الخلفي المفرط للعادم.
نظرًا لارتفاع ضغط العادم الخلفي للمحرك، يصعب تفريغ غاز العادم الناتج عن احتراق الخليط الموجود في الأسطوانة، ولا يمكن لغاز العادم أن يتدفق إلا للخلف. تتراكم الحرارة نسبيًا في الأسطوانة، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الأسطوانة ويؤدي في النهاية إلى احتراق المكبس.
مكبس ذو نوعية رديئة
يتحرك المكبس ذهابًا وإيابًا في خط مستقيم في ظل ظروف قاسية من ارتفاع درجة الحرارة والضغط العالي والسرعة العالية وضعف التشحيم، ويتصل مباشرة بالغاز ذي درجة الحرارة العالية. يمكن أن تصل درجة الحرارة اللحظية إلى أكثر من 2500 درجة، والتي يتم تسخينها بشدة ولها ظروف تبديد حرارة سيئة. ولذلك فإن درجة حرارة المكبس أثناء التشغيل مرتفعة للغاية، حيث يصل الجزء العلوي إلى 600-700 درجة، ويكون توزيع درجة الحرارة غير متساوٍ للغاية؛
يتحمل الجزء العلوي من المكبس كمية كبيرة من ضغط الغاز، وخاصة الضغط الأقصى أثناء شوط القدرة، والذي قد يصل إلى 6-9 ميجا باسكال في محركات الديزل. يؤدي هذا إلى تعرض المكبس للصدمة وتحمل تأثير الضغط الجانبي.
يتحرك المكبس ذهابًا وإيابًا في الأسطوانة بسرعة عالية (8-12m/s)، وتتغير السرعة باستمرار، مما يولد قوة قصورية كبيرة، مما يضع حملًا إضافيًا كبيرًا على المكبس.
المكابس التي تعمل في مثل هذه الظروف القاسية سوف تشوه وتسرع من التآكل، بالإضافة إلى توليد أحمال إضافية وضغط حراري.
إذا كانت جودة المكبس لا ترقى إلى المستوى القياسي وكانت هناك عيوب مثل المسام، والرخاوة، والشقوق الصغيرة، وشوائب الخبث أثناء الصب، فإن هذه المسام، والرخاوة، والشقوق الصغيرة ستتسبب في تلف الكلال تحت درجة الحرارة والضغط العاليين؛ يذوب الخبث الموجود في المكبس أولاً، مما يتسبب في ذوبان المكبس ويؤدي إلى فشل تآكل المكبس.
دخان أسود محترق وتراكم شديد للكربون على المكبس
يعد توليد رواسب الكربون أمرًا معقدًا للغاية ويرتبط ارتباطًا وثيقًا بهيكل المحرك ونوع الوقود وزيت التشحيم المستخدم، فضلاً عن ظروف العمل وظروف عمل المحرك.
في غرفة الاحتراق، يكون إمداد الأكسجين غير كافٍ، ولا يمكن حرق الوقود وزيت التشحيم الذي يدخل غرفة الاحتراق بالكامل، مما يؤدي إلى ظهور دخان الزيت وجزيئات القطران. بعد الخلط مع زيت التشحيم، فإنها تتأكسد أيضًا إلى هلام لزج مثل حمض الهيدروكسي السائل، والذي يتأكسد أيضًا إلى راتنج شبه سائل مثل الراتنج، ويلتصق بقوة بالأجزاء. بعد ذلك، تحت التأثير المستمر لدرجة الحرارة المرتفعة، يتبلمر الراتينج إلى بوليمر أكثر تعقيدًا، مما يشكل كربونًا متصلبًا صلبًا، أي ترسيب الكربون.
تشمل مكونات رواسب الكربون زيت التشحيم، وأحماض الهيدروكسي، والأسفلت، وفحم الكوك، والكربون الأزرق، والكبريتات، ومركبات السيليكون (من الرماد والرمل في المدخول)، وكميات ضئيلة من نشارة المعادن ومركباتها.
كلما ارتفعت درجة حرارة المحرك، كلما تشكلت رواسب الكربون بشكل أقوى وأشد، وأصبح الالتصاق بالمعدن أقوى.
يمكن أن تتسبب رواسب الكربون في أخدود حلقة المكبس في فقدان حلقة المكبس لمرونتها وتعلقها، مما يؤدي إلى انخفاض أداء الختم لحلقة المكبس والتسبب في حرق الزيت، مما يؤدي إلى تفاقم توليد رواسب الكربون.
يمكن أن تتسبب رواسب الكربون الموجودة على صمامات السحب والعادم في عدم إغلاق الصمامات بإحكام، كما يمكن أن تتسبب رواسب الكربون الجزيئية ذات درجة الحرارة المرتفعة الملتصقة بالصمامات أيضًا في تآكل الصمام ومقعد الصمام، مما يؤدي إلى تفاقم تسرب الصمام.
يتسبب تسرب الصمام في غسل الغاز ذي درجة الحرارة العالية للصمام ومقعد الصمام، مما يتسبب أيضًا في حرق وتسرب الصمام ومقعد الصمام، مما يؤدي في النهاية إلى انخفاض ضغط الأسطوانة. تساهم الكمية الكبيرة من دخان الاحتراق في توليد رواسب الكربون في المكبس.
يؤدي ترسب الكربون على المكبس إلى إضعاف تأثير تبديد الحرارة وزيادة درجة الحرارة. عندما تتجاوز درجة الحرارة حد التحمل الحراري للمكبس، فسوف يتسبب ذلك في تآكل المكبس.
تظهر رواسب الكربون على المكبس في الشكل 2
الأسباب الرئيسية لكثرة الدخان الأسود وتراكم الكربون الشديد في احتراق المحرك هي:
إذا لم يتم إغلاق صمامات السحب والعادم بإحكام، فسوف يتسبب ذلك في تآكل الخليط القابل للاشتعال ذو درجة الحرارة العالية والضغط العالي لسطح عمل الصمام ومقعد الصمام، مما يتسبب في تأليب وتراكم الكربون والتآكل على سطحي العمل. سيؤدي التنقر وتراكم الكربون والتآكل إلى تسريع الإغلاق المتراخي لصمامات السحب والعادم، مما يشكل حلقة مفرغة.
إغلاق الصمام بشكل فضفاض، وانخفاض ضغط الأسطوانة، وسوء الاحتراق، وتراكم الكربون الزائد في الأسطوانة، مما يؤدي إلى انخفاض قوة المحرك والاقتصاد.
عدم تطابق فوهة المضخة، حقن الوقود الزائد
يوجد نموذجان على محرك K38، CPL844 وCPL1628. هناك اختلافات في مضخات الوقود والحاقن لرقمي التحكم CPL1628 و CPL844. من بينها، يتم استخدام مضخة الوقود BA94 وحاقن 3077760 لمطابقة CPL1628، في حين يتم استخدام مضخة الوقود B844 وحاقن 3058802 أو 3076132 لمطابقة CPL844.
بالمقارنة مع مضخة B844، فإن مضخة BA94 لديها استهلاك وقود أعلى، والحاقن 3058802 أو 3076132 لديه استهلاك وقود أعلى مقارنة بحاقن 3077760.
لتلبية متطلبات الانبعاثات الصارمة، قامت محركات Cummins بتطوير نوع جديد من نظام التحكم في توقيت حقن الوقود المتغير الذي يتم تشغيله هيدروليكيًا والذي يسمى STC (التحكم في توقيت الخطوة).
يقسم نظام STC توقيت حقن وقود المحرك إلى قسمين: التوقيت الميكانيكي (يتم التحكم فيه عن طريق ترس التوقيت وعمود الكامات)، المعروف أيضًا باسم "وضع التوقيت العادي"، والتوقيت الميكانيكي الهيدروليكي (يتم التحكم فيه عن طريق ضغط وقود المحرك، المعروف أيضًا باسم "وضع التوقيت العادي"). "وضع التوقيت المتقدم لحقن الوقود").
في ظل ظروف بدء التشغيل والحمل الخفيف، يتم اعتماد "طريقة التوقيت المتقدم لحقن الوقود" لحقن الوقود في وقت مبكر من دورة الضغط؛
في ظروف الحمل المتوسطة والثقيلة، يتم اعتماد "وضع التوقيت العادي"، ويتم حقن الوقود لاحقًا في دورة الضغط.
يعمل صمام STC كصمام تحكم اتجاهي، حيث يعادل ضغط الوقود ضغط الزيت الطيار. يبلغ ضغط فتح صمام STC 27 رطل لكل بوصة مربعة، وضغط الإغلاق 65 رطل لكل بوصة مربعة.
إذا كان صمام STC لا يعمل بشكل صحيح، فسوف يتغير توقيت حقن المحرك، ولن يكون احتراق الوقود جيدًا، وسيتم تمديد فترة ما بعد الاحتراق، وسوف تتولد كمية كبيرة من رواسب الكربون في الأسطوانة، وسوف يتبدد حرارة المكبس تكون سيئة، وسيؤدي التشغيل على المدى الطويل إلى تآكل المكبس النهائي، وانفجار رأس الأسطوانة وأخطاء أخرى.
سوء التبريد يسبب ارتفاع درجة الحرارة
تتراوح درجة حرارة التشغيل العادية للمحرك بين 82 إلى 93 درجة. إذا لم يكن هناك ما يكفي من سائل التبريد أو أي زيت آخر ممزوج به، أو كان المبرد مسدودًا، أو كانت المروحة لا تعمل بشكل صحيح، فسيؤدي ذلك إلى ارتفاع درجة حرارة أسطوانة المحرك أكثر من اللازم.
بالإضافة إلى ذلك، يتم نقل مكبس المحرك وبطانة الأسطوانة بعيدًا عن طريق الزيت الذي يتم رشه بواسطة فوهة تبريد الزيت.
إذا كانت فوهة فوهة التبريد بها تشوه، أو ثقوب رملية، أو موضع حقن غير صحيح، أو انخفاض ضغط الزيت، فسوف يتسبب ذلك في انخفاض كمية الزيت المحقون، مما يؤدي مباشرة إلى ارتفاع درجات حرارة المكبس وبطانة الأسطوانة.