Les principales causes de grillage des pistons du moteur Cummins K38
L'érosion du piston est un phénomène courant dans l'utilisation des moteurs diesel, la majeure partie de l'érosion se produisant au sommet du piston, dans les première et deuxième rainures des segments de piston et sur la circonférence de la tête du piston. Généralement, les formes principales sont le trou de fusion de la surface supérieure du piston, la perforation, l'encoche en forme de rainure et l'œil en nid d'abeille au niveau de la circonférence de la tête. Le principal phénomène de défaut est l'augmentation des gaz d'échappement sous le moteur, et même l'huile s'échappant du trou de respiration.
L'épuisement du piston entraînera un fonctionnement anormal du moteur diesel, entraînant directement une diminution de la pression et de la puissance du cylindre, provoquant indirectement une traction du cylindre, un maintien des freins et des dommages aux composants tels que le turbocompresseur et la culasse.
Ci-dessous, sur la base de l'expérience de réparation de l'érosion du piston dans le moteur Cummins K38 et des informations techniques pertinentes, l'auteur analyse les causes de l'érosion du piston dans le moteur Cummins K38.
L'érosion du piston est illustrée à la figure 1.
Contre-pression d'échappement excessive
La contre-pression d’échappement fait référence à la pression de résistance de l’échappement du moteur.
La pression d'échappement du moteur K38 est inférieure à 0,09 kPa. Si le silencieux est bloqué ou si le tuyau d'échappement est mal modifié, cela augmentera la résistance d'échappement, entraînant une contre-pression d'échappement excessive.
En raison de la contre-pression d'échappement élevée du moteur, les gaz d'échappement générés par la combustion du mélange dans le cylindre sont difficiles à évacuer et les gaz d'échappement ne peuvent que refluer. La chaleur s'accumule relativement dans le cylindre, ce qui entraîne une température élevée du cylindre et finalement provoque l'épuisement du piston.
Piston de mauvaise qualité
Le piston se déplace d'avant en arrière en ligne droite dans des conditions difficiles de haute température, haute pression, haute vitesse et mauvaise lubrification, directement en contact avec du gaz à haute température. La température instantanée peut atteindre plus de 2 500 degrés, ce qui est fortement chauffé et présente de mauvaises conditions de dissipation thermique. Par conséquent, la température du piston pendant le fonctionnement est très élevée, le sommet atteignant 600-700 degrés, et la répartition de la température est très inégale ;
Le haut du piston supporte une grande quantité de pression de gaz, en particulier la pression maximale pendant la course motrice, qui peut atteindre 6-9 MPa dans les moteurs diesel. Cela amène le piston à subir un impact et à supporter l'effet de la pression latérale ;
Le piston se déplace d'avant en arrière dans le cylindre à une vitesse élevée (8-12 m/s), et la vitesse change constamment, générant une force d'inertie importante, qui exerce une charge supplémentaire importante sur le piston.
Les pistons travaillant dans des conditions aussi difficiles se déformeront et accéléreront l'usure, tout en générant des charges et des contraintes thermiques supplémentaires.
Si la qualité du piston n'est pas conforme aux normes et qu'il existe des défauts tels que des pores, du jeu, des microfissures et des inclusions de scories lors de la coulée, ces pores, jeu et microfissures provoqueront des dommages par fatigue à haute température et pression ; L'inclusion de scories dans le piston fond d'abord, provoquant la fusion du piston et conduisant à une défaillance par érosion du piston.
Fumée noire brûlante et accumulation importante de carbone sur le piston
La génération de dépôts de carbone est assez complexe et étroitement liée à la structure du moteur, au type de carburant et d'huile lubrifiante utilisé, ainsi qu'aux conditions de travail et aux conditions de fonctionnement du moteur.
Dans la chambre de combustion, l'apport d'oxygène est insuffisant et le carburant et l'huile lubrifiante entrant dans la chambre de combustion ne peuvent pas être complètement brûlés, ce qui entraîne de la fumée d'huile et des particules de goudron. Après avoir été mélangés à l'huile lubrifiante, ils s'oxydent davantage en un gel visqueux comme l'hydroxyacide liquide, qui s'oxyde ensuite en une résine semi-fluide comme la résine, adhérant fermement aux pièces. Ensuite, sous l'action continue de la température élevée, la résine polymérise en un polymère plus complexe, formant un carbone dur cimenté, c'est-à-dire un dépôt de carbone.
Les composants des dépôts de carbone comprennent l'huile lubrifiante, les hydroxyacides, l'asphalte, le coke de pétrole, le bleu de carbone, les sulfates, les composés de silicium (provenant des cendres et du sable dans l'admission) et des traces de copeaux métalliques et de leurs composés.
Plus la température du moteur est élevée, plus les dépôts de carbone formés sont durs et serrés et plus l'adhérence avec le métal est forte.
Les dépôts de carbone dans la rainure du segment de piston peuvent entraîner une perte d'élasticité et un blocage du segment de piston, entraînant une diminution des performances d'étanchéité du segment de piston et provoquant une combustion d'huile, exacerbant ainsi la génération de dépôts de carbone.
Les dépôts de carbone sur les soupapes d'admission et d'échappement peuvent empêcher les soupapes de se fermer hermétiquement, et les dépôts de particules de carbone à haute température adhérant aux soupapes peuvent également provoquer une érosion des soupapes et des sièges de soupape, aggravant les fuites de soupape.
Les fuites de soupape provoquent le lavage par le gaz à haute température de la soupape et du siège de soupape, provoquant ainsi une combustion et une fuite de la soupape et du siège de soupape, conduisant finalement à une diminution de la pression du cylindre. La grande quantité de fumées de combustion favorise la génération de dépôts de carbone dans le piston.
Le dépôt de carbone sur le piston affaiblit son effet de dissipation thermique et augmente la température. Lorsque la température dépasse la limite d'endurance thermique du piston, cela provoquera une érosion du piston.
Les dépôts de carbone sur le piston sont illustrés à la figure 2
Les principales raisons de la grande quantité de fumée noire et de la forte accumulation de carbone dans la combustion du moteur sont :
Si les soupapes d'admission et d'échappement ne sont pas bien fermées, le mélange combustible à haute température et haute pression érodera la surface de travail de la soupape et du siège de soupape, provoquant des piqûres, une accumulation de carbone et une érosion sur les deux surfaces de travail. Les piqûres, l’accumulation de carbone et l’érosion accéléreront la fermeture laxiste des soupapes d’admission et d’échappement, formant ainsi un cercle vicieux.
Fermeture des soupapes desserrée, diminution de la pression dans les cylindres, mauvaise combustion, accumulation excessive de carbone dans le cylindre, entraînant une diminution de la puissance et de l'économie du moteur.
Inadéquation des buses de pompe, injection de carburant excessive
Il existe deux modèles sur le moteur K38, le CPL844 et le CPL1628. Il existe des différences dans les pompes à carburant et les injecteurs des deux numéros de contrôle, CPL1628 et CPL844. Parmi eux, la pompe à carburant BA94 et l'injecteur 3077760 sont utilisés pour correspondre au CPL1628, tandis que la pompe à carburant B844 et l'injecteur 3058802 ou 3076132 sont utilisés pour correspondre au CPL844.
Par rapport à la pompe B844, la pompe BA94 a une consommation de carburant plus élevée, et l'injecteur 3058802 ou 3076132 a une consommation de carburant plus élevée par rapport à l'injecteur 3077760.
Pour répondre aux exigences strictes en matière d'émissions, les moteurs Cummins ont développé un nouveau type de système de contrôle du calage de l'injection de carburant variable à entraînement hydraulique appelé STC (Step Timing Control).
Le système STC divise le calage de l'injection de carburant du moteur en deux parties : le calage mécanique (contrôlé par le pignon de distribution et l'arbre à cames), également connu sous le nom de « mode de calage normal », et le calage mécanique hydraulique (contrôlé par la pression du carburant du moteur, également appelé « mode de calage normal »). le "mode de synchronisation d'avance à l'injection de carburant").
Dans des conditions de démarrage et de charge légère, la « méthode de calage de l'avance à l'injection de carburant » est adoptée pour injecter le carburant plus tôt dans le cycle de compression ;
Dans des conditions de charge moyenne et lourde, le « mode de synchronisation normal » est adopté et le carburant est injecté plus tard dans le cycle de compression.
La soupape STC agit comme une soupape de commande directionnelle, avec une pression de carburant équivalente à la pression de l'huile pilote. La pression d'ouverture de la vanne STC est de 27 Psi et la pression de fermeture est de 65 Psi.
Si la soupape STC ne fonctionne pas correctement, le calage de l'injection du moteur changera, la combustion du carburant ne sera pas bonne, la période de post-combustion sera prolongée, une grande quantité de dépôts de carbone sera générée dans le cylindre, la dissipation thermique du piston sera être médiocre et un fonctionnement à long terme entraînera une érosion finale du piston, une explosion de la culasse et d'autres défauts.
Un mauvais refroidissement provoque une température élevée
La température normale de fonctionnement du moteur se situe entre 82 et 93 degrés. S'il n'y a pas suffisamment de liquide de refroidissement ou d'autre huile mélangée, si le radiateur est bloqué ou si le ventilateur ne fonctionne pas correctement, la température du cylindre du moteur sera trop élevée.
De plus, le piston du moteur et la chemise de cylindre sont principalement emportés par l'huile projetée par la buse de refroidissement d'huile.
Si la buse de refroidissement présente une déformation, des trous de sable, une position d'injection incorrecte ou une faible pression d'huile, cela entraînera une diminution de la quantité d'huile injectée, conduisant directement à des températures élevées du piston et de la chemise de cylindre.