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燃气内燃机的爆震原因及故障排除

来源: | 作者:business-100 | 发布时间: 2023-05-10 | 350 次浏览 | 分享到:
什么是爆震

爆震,也叫爆燃,或者敲缸,是在内燃机中普遍存在的一种故障现象。爆震对应的英语是detonation,或者干脆的叫knocking。这个名字起的如此直白,是因为其表现出来的现象也很直观,就像有人用锤子敲打发动机传出的声音。


爆震是气缸内的不规则燃烧。引起爆震的原因非常多,也很复杂,但最终反映出来的一定是气缸内气流紊乱,燃烧异常。用最容易理解一种情况——多点点火来举例,正常情况下,气缸内由火花塞点火,燃烧产生的激波是从上至下,有规律的扩散,推动活塞向下运动。



但如果气缸内有异常的高温点(例如积碳),能够引燃气缸内的混合气,这时在热点处会产生不同于正常点火的另一股激波。两股能量在气缸里相遇时,会产生很高的温度、压力和振动,以及金属敲击的声音,爆震就这么出现了。



其他原因引起的爆震在现象的细节上会有所不同,但大体上都表现为燃烧不受控。


爆震的现象和后果

前面说过,爆震是一种异常的燃烧,时常会伴随着提前点火。内燃机的点火时间非常重要,其目的之一是控制缸温和排放。爆燃和提前点火都会导致异常的高温、高压和振动,两者叠加时后果更为严重。


以某一个机型来举例,正常运行时缸内最高温度约1500℃,压力约为90bar,而在提前点火加爆燃的情况下,温度可达约2500℃,压力可达约200bar。


不同运行状态下的气缸内温度


不同运行状态下的气缸内压力


出现爆震时,高温和高压会对气缸相关的零部件造成损坏,如活塞、气门、缸套等。在极端情况下,爆震导致的高温会使气缸无法及时散热,最终缸内平均温度超过铝的熔点660℃(正常的平均温度在300-400℃),使活塞熔毁。


因爆震熔毁的活塞


爆震是发动机里最为严重的故障类型之一,各个厂家对于爆震均如临大敌。以MWM为例,出现爆震的故障后,会给出一个罕见的故障信息:“严重故障!检查发动机!”。这种情况下要求用内窥镜检查气缸内部,并目视检查连杆和曲轴,确认全部没有异常才可以再次开机。如果在运行记录中发现没有做出足够的检查,又因为爆震导致机组损坏,那么即使在质保期内,也是有大概率被拒赔的。


爆震的原因

1、燃气质量不合格


燃气的热值过高、甲烷值(MN)过低都会导致爆燃。

燃气内燃机都会根据现场使用的燃料进行调校,对于热值偏高、甲烷值偏低的燃气,一般采用降低功率、推迟点火角的方式来应对。

如果是运行过程中燃气成分出现变化,机组本身会有一定的适应能力,但超出范围后,就会出现爆震,直至保护停机。


关于燃气的热值和甲烷值,请看这里:燃气质量之甲烷值


2、点火异常


点火角设置不合理,导致了提前点火,这种情况相对好处理,机组本身会进行一部分调整,或者手动调整到合理值即可。


火花塞或点火变压器等部件异常也有可能导致爆震。


3、混合气浓度、温度、压力异常

混合气温度高一般可归结为进气温度高和中冷器温度高,也就是缸套水、中冷水入口温度高。

混合气浓度过高,一般是空燃比调节系统设置不合理或出现故障,另外还有一种可能是燃气成分发生了变化。


4、气缸内有局部热点


活塞、缸套、气门均有可能出现局部热点,最常见的一种情况是积碳,最终会导致多点点火,也就是前面举例的那种情况。这种热点并不是太容易找出来,有时需要解体后仔细检查才能发现。


5、传感器或线路导致的假信号


有时会因为传感器和线路的原因出现假信号,这种情况不难排除。但需要注意的是,即使预判是假故障,在处理时也必须按照真爆燃的流程处理,否则一旦判断失误,后果可能很严重。


6、另外如果发动机设计不合理,也会导致爆震的趋势加大,但如果是成熟的机型,这些情况基本可以忽略。这几种情况有涡轮增压压力过高、压缩比过大、输出功率过大等。


爆震的检测

爆震传感器通过检测气缸的压力和振动进行判断。检测到异常信号后,根据信号的强度,评估出爆震等级,然后给出相应的应对措施(自动调整、报警、停机)。


早期的爆震检测系统不够完善,在发动机运行期间,如果真的用一个锤子去敲一下传感器附近,甚至机组本身运行产生的一些振动,都是有可能导致误报爆震停机的。由于在四个冲程中,爆震只会发生在点火冲程,现在的爆震检测一般都做了优化,只检测点火冲程那几十毫秒,大大减少了误报的可能性。


有些机型每个缸配置一个爆震传感器,也有一些机型每相邻的两个缸共用一个传感器。由于点火顺序的存在,相邻的两个缸永远不会同时处在点火冲程,所以共用也不会有什么问题。


爆震故障排除

1、推迟点火角


推迟点火角可以在一定程度上降低爆震的烈度。出现爆震后,发动机的控制系统一般会自动推迟点火角,但调整到一定限度后,如果爆震依旧存在,就会给出报警。这时人工还可以再次尝试调整点火角,但一般都不会有多明显的效果了。


2、降低功率


输出功率越高,气缸内压力越大,爆震程度也相对越高,因此降低功率也会减轻爆震的程度。对于一些质量不好的气,发电机组会有功率折损,锁住最大输出功率,其实就是因为爆震的关系。


3、替换爆震传感器,如果爆震现象跟着传感器走,则有可能是假信号。检查/调整/替换传感器本体、接线、爆震控制模块等。


4、如果爆震不跟着传感器走,则有可能是真爆震,检查/调整/替换火花塞、点火变压器、气门间隙等。


5、下狠手,检查/调整/替换气门摇臂、挺杆等一系列和点火相关的部件。


6、下杀手,检查/替换缸套、活塞、连杆等。


7、问问耶稣安拉如来佛祖太上老君有没有愿意出手帮忙的


第7条并不完全是开玩笑,在处理内燃机故障的时候,爆燃相关的事情是最容易出现灵异事件的,所谓灵异,就是查了半天哪都没问题但就是有故障,或者好了也不知道为什么就好了。



转载自:公众号—老刘说燃气机

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU1MTk2MTQ1NA==&mid=2247484079&idx=1&sn=94fa9e29d5065ffd081e34217aab9c23&chksm=fb8814aeccff9db859b45e13b9fda2cae6e8e22e98c03ddf2779ca52a814be826f1b88b1125e&scene=27&key=c948c467787e34cd55914d6406c0fe97648abc4d1bafbc53ad05ce9469644c4a0336a5451f756aff43f526280a825480dbf90f2ac52cbd59130c79d018d95623780dae1ab1ef576432a45b1746b7cc744089f60c52ef0a051766aec42b89031afe6484bf75e721763d2d18a3fc866ffe317474e2a24523ee2b39f4228fef2860&ascene=7&uin=MTc0ODYyNTA4NA%3D%3D&devicetype=Windows+11+x64&version=6309021a&lang=zh_CN&session_us=gh_87694e1c8290&exportkey=n_ChQIAhIQdnqxzaDBmpzXumsodmwwERLvAQIE97dBBAEAAAAAAA0HJTlc0NIAAAAOpnltbLcz9gKNyK89dVj04%2BF8BSP%2B2cu9ip4mIvdezIw3Y%2BqDJbG9azxZ0%2FsolX8NQz7F%2BbDKcO7OMDg%2BNiko9TfKYrBbX5W%2BWqmVjc3qMsrw88PVKpgJmACAMmibZ0g3Htln4uyPHFbj6LG56zlcoJ0efkhhULwKBKZEBDUa0DPK69YEmbVOS2V4IGDpsSt6hlYJeApRctDyGOApZvnXkRDk5v35RhIASyWhf1U5WTqoi1LlBSTqCuCixCqq4oX2FYkc8fzd%2Bd0rH8Xm6iEmBq0LHshocnHU&acctmode=0&pass_ticket=Rx2JCwgr0aq1pnCn0UxTMrI%2BunfqMLoTCv67RBZLAUzy0U68cKiS2uhVOhClLS7y8dfqRUxOBMuW7tlkCmKMOA%3D%3D&wx_header=1&fontgear=2


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