神华北电胜利能源有限公司是一家大型露天采煤矿山企业，是以煤为基础、煤电一体、煤、电、油、化多元化方向发展。该公司引进的卡特14M平地机主要用于矿山采场运输道路和作业面的平整养护工作，保证各类轮式设备安全平稳运行。该设备的工作铲刀尺寸为4287mm×686mm×25mm，机动灵活性较强，能够较好的满足作业现场使用要求，年运行时间约为6000h，有着出动率高、故障率低、维护成本低的特点。卡特14M平地机装备采用ACERT TM 技术的C11发动机，该发动机采用EUI电控燃油喷射系统，使用机械驱动，电子控制的单体喷油器。发动机在1800~2100r/min转速时的额定功率介
于242~336bkW（325~450bHP）之间，符合中国国二、EPA Tier3等效排放标准、欧盟Stage IIIA等效排放标准。ACERT TM技术是指“先进的燃烧排放技术”，它是一个系统工程，通过“先进的进排气系统”、“修正的燃油系统和燃烧方式”、“完全的电子综合控制系统”以及“简单高效的排气处理”4个方面来实现，无需操作员采取任何操作。采用ACERT TM技术的C11发动机经过优化，能在不牺牲性能的前提下尽可能提升效率。此外，还可以启用发动机省油（ECO）模式以控制发动机高怠速，并确保发动机尽可能以低油耗高效运行，从而进一步节省燃油。
对于内燃设备来说，发动机进水是一种比较常见的故障，也就是发动机机油内进入冷却液造成的故障，主要介绍了如何根据发动机的故障现象来准确的判断出故障点，及时的查出故障原因，防止出现盲目维修造成浪费现象，达到降低故障维修成本的目的。
DOI:10.13235/jki.ltcm.2019.05.029
引用格式：王志明.卡特C11型发动机常见故障分析及防范措施［J］.露天采矿技术，2019，34（5）：109-112.
卡特C11型发动机常见故障分析及防范措施
王志明
（神华北电胜利能源有限公司设备维修中心，内蒙古锡林浩特026000）摘要：为了有效解决卡特C11型发动机进防冻液故障，进而延长发动机使用寿命、提高设备出
动率、降低设备的维护成本，介绍了此类型发动机常见进水故障的现象，并对发动机进水故障的
主要原因进行了深入分析，结合多年来现场实践经验及相关故障统计，总结提炼出了发动机常见
故障的判别方法及预防措施。结果表明，通过对卡特C11型发动机进防冻液故障进行研究对精准
判断故障点及有效防范故障的发生起到了重要作用。
关键词：发动机；机油；冷却液；原因；故障；预防
中图分类号：U472文献标志码：B文章编号：1671-9816（2019）05-0109-04 Common faults analysis
and preventive measures of carter C11engine
WANG Zhiming
（Shenhua Beidian Shenli Energy Co.,Ltd..,Xilinhot026000,China）
Abstract:In order to effectively solve the fault of the Carter C11engine into the antifreeze,thereby prolonging the service life of the engine,increasing the equipment output rate and reducing the maintenance cost of the equipment,this paper focuses on the phenomenon of common water inlet failure of this type of engine and the engine water failure.The main reason was analyzed in depth,combined with years of field experience and related fault statistics,the methods and precautions for common engine faults were summarized.The results show that the research on the antifreeze fault of Carter C11engine plays an important role in accurately judging the fault point and effectively preventing the occurrence of faults.
Key words:engine;engine oil;cooling fluid;cause;failure;prevention
收稿日期：2019-06-21
作者简介：王志明（1986—），蒙古族，工程师，内蒙古赤
峰人，毕业于内蒙古农业大学机械设计制造及其自动化，设
备维修中心四级专业师，从事煤矿机械研发设计工作。
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1发动机故障现象和原因分析
1.1故障现象
设备作业过程中，发动机排烟管突然出现大量白烟雾，并伴有声音异常、动力不足等现象，驾驶员立即停机并通知维修人员进行检查。在该种状态下，驾驶员所采取的措施将直接影响到发动机故障严重与否和维修费用的高低，有经验的驾驶员一般都会采取立即停机、禁止采取任何可能造成发动机二次损坏的行为和动作。
1.2冒白烟原因分析:
1）燃油中冷却液成分高。因发动机燃油中水分高造成排烟管冒白烟情况的主要因素有2种：一是发动机
发动机进水
的燃油中水分含量较高；二是燃油过滤系统中的油水分离器出现过滤失效，无法有效的从燃油中过滤出水分。上述这2种情况，都是带有水分的燃油在燃烧室中做功燃烧完毕后产生大量的水蒸气和未燃烃等[1]，通过排烟管道排出的气体呈现为白烟雾状况。解决发动机燃油内水分含量高的问题，首先要确保使用高品质、有保障的燃油，然后就是要每天设备运行前进行点检油水分离器，发现油水分离器故障存在隐患的要及时更换，定期将分离出来的水分及时排空即可。
2）气缸中进入冷却液。因发动机内部冷却系统出现泄漏，导致冷却液进入到气缸中，在高温高压下带有冷却液的燃油在气缸中燃烧，也会产生大量的水蒸气，所以排出去的气体同样为白，呈现冒白烟的状况[2]。缸套、缸垫或是缸盖等与燃烧室相关联的零部件损坏都能导致冷却液进入气缸内。如因上述情况导致发动机冒白烟，就必须对发动机进行详细的拆解检查维修，认真查看缸套、缸垫或是缸盖等零部件是否有裂纹或者损坏，如果损坏直接更换即可。3）喷油器故障。发动机缸内的燃油是通过活塞做功压缩以雾化的形式进行燃烧，如果发动机的某一气缸内的喷油嘴发生故障，无法形成喷射雾化，该喷油器将以滴油的方式的喷出燃油，经与空气混合后，经过压缩使温度升高，使燃油未经过燃烧直接变成蒸汽排出，就出现了冒白烟的状况。该故障的解决方式需要使用专业测试软还采用逐缸断缸测试的方法查出故障的喷油嘴，更换即可恢复正常运行。4）供油正时调节小。供油正时调节小的情况下，活塞在做功燃烧过程中，喷油器喷出的燃油量较少且雾化效果不好导致预混合气体量不足，该种情况下不但降低了燃烧速度，而且还延长了燃烧时间，未燃烧干净的燃油经过压缩形成白雾，在下一次燃油喷射过晚
导致还未燃烧就被排出，也就出现了冒白烟现象。该故障就需要重新发动机的供油提前角，根据凸轮轴齿轮标记进行正时调节。
上述4种可能性故障可导致发动机出现冒白烟的情况，本着“由简入繁、由易到难、有外到内”的故障排查原则进行故障排查[3]。首先排除供油正时调节小导致发动机冒白烟的可能性，如果供油正时调节小，那么在发动机开始运行时就能发现冒白烟，因该发动机已运行一定时间，故障前未出现冒白烟现象；另一方面，该发动机为电控发动机，喷油正时由
ECM根据发动机工况自动调整，未发现与正时相关的故障代码，因此可以首先排除正时不当的原因。在考虑发动机燃油中水分过高导致发动机出现冒白烟故障，因矿山生产中各类设备油脂均采用同一批次燃油，其他设备未出现冒白烟现象，仅该台发动机出现冒白烟现象；再者，该设备保养状况良好，保养记录完善，因此，可排除因发动机燃油中水分过高导致发动机出现冒白烟的可能性。重点需要考虑的是发动机机油内进入冷却液和喷油器喷油嘴故障2种可能性。因该2种可能性都是发动机需要检查发动机内部，如果在发动机进水导致冒白烟的情况下，启动发动机使用专业测试软进行断缸测试，由此可能导致发动机故障扩大化，因此，不建议先对喷油器喷油嘴故障检查，应先检查发动机机油内进入冷却液导致冒白烟现象。
1.3如何判断发动机进水
发动机进水可通过观察机油颜、发动机停机时机油液位高度和化验机油油样成分等来判断[4]。1）观察机油油尺刻度线。首先是需要将设备停放在较平整的地面处，确保不会产生因地面不平导致发动机机油液位虚高现象。正常情况下，发动机的机油液位显示应该处在机油尺最低刻度与最高刻度之间，机油的加注肯定不会超过最高刻度线，当机油内中进入一定量的冷却液时就会导致机油的液位升高，机油的液位就会超出油尺标注的最高值，该种状态下就可以确定为机油内进入冷却液。
2）检查发动机冷却液。如果发动机内部冷却系统所涉及到的的某些部件损坏，也会导致冷却液进入机油内。在冷却系统与润滑系统的相邻点部件损坏形成互通，当润滑系统压力高于冷却系统压力时，会导致机油进入冷却液内[5]；还有一种情况就是发动
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机停机，冷却系统和润滑系统均泄压过程中，系统内残留的机油与冷却液互相窜入，在该种情况下，也能发现有机油油膜漂浮在冷却液面。该种状态只能作为辅助判断，不建议定性机油内进入冷却液。
3）观察机油颜。新加注的机油或未被污染正常使用的机油是半透明的油质亮，而含有冷却液的机油是乳状不透明的土黄，在发动机运转一段时间后机油就会呈现出乳白，在内部高温和循环流动的作用下，机油与冷却液发生化学反应，引起机油变质成乳化液，并伴刺激性气味和泡沫。该种状态下，只要发现发动机机油变质、变现象，就可判定为发动机机油内进入防冻液。
4）化验机油油样指标项。发动机机油中进入防冻液的检测方法有光谱分析、燃油稀释、运动黏度。
①光谱分析是检测油品中小于5μm颗粒的各种元素含量，防冻液中钠含量大约是8000×10-6，新发动机油的钠含量大约是5×10-6，如果发动机油光谱分析钠含量超过100×10-6，就说明发动机油中渗入了防冻液；②燃油稀释是通过防冻液比发动机油更易挥发原理进行检测，当发动机油的燃油稀释达到2%，就说明发动机中有可能渗入防冻液。③运动黏度是随着发动机运行时间的延长而发生变化的，新机油的运动黏度107m2/s，使用330h后运动黏度为95m2/s，当机油的运动黏度低于90m2/s，就说明发动机中可能渗入防冻液。光谱分析、燃油稀释、运动粘度的化验分析结果需要互相结合参考，才能更准确判断发动机中是否渗入防冻液。经过观察机油尺油位有增高现象，同时采取机油油样化验钠含量超标，综合考虑后，确定发动机冒白烟故障时因为进入防冻液导致。因此，无需进行发动机喷油器喷油嘴检查。
1.3.2机油内进入冷却液的主要原因
1）机油油冷器损坏导致机油内进入冷却液。机油油冷器内部铜管发生破碎开裂，流经冷却器外部的冷却液会渗入到机油里面，机油与冷却液共同流回油底壳内，从而导致发动机机油内进入冷却液。2）缸套密封圈损坏导致机油内进入冷却液。发动机设计之初，为了将冷却系统与燃烧室隔离，在缸套下部配有密封圈，防止冷却液流入到机油内。发动机运行过程中，冷却系统内部运行压力较高，给缸套密封圈带来压力，加之冷却液质量差造成密封圈腐蚀，在压力与腐蚀的共同作用下，长时间运行后的缸套密封圈是很容易形成泄露，就会导致发动机机油内进入冷却液。
3）缸套出现裂缝容易导致内进入冷却液。当发动机运行过程中补加大量的冷却液时，高温下的缸套遇到新加入的低温冷却液，在热胀冷缩的作用下，就很容易产生细微的裂纹，冷却液通过裂纹慢慢深入到气缸内，也会导致发动机机油内进入冷却液[6]。4）气缸垫损坏导致内进入冷却液。气缸垫的作用是密封各气缸及对应的水道和机油油道，如果因质量不合格、按照不到位、接合面变形、缸盖螺栓松动或发动机高温造成气缸垫损坏，水道内的水就会流进机油油道，也会导致发动机机油内进入冷却液。[7]特别注意的是缸垫的好坏直接影响到机油与冷却液的密封性，建议在每次拆装发动机时尽量使用新的缸垫。
5）气缸盖开裂损坏导致内进入冷却液。发动机汽缸盖内有冷却系统通道，保证这发动机每个部位都能得到充分的降温冷却，如果发动机汽缸盖开裂，流经汽缸盖内的冷却液就会顺着开裂部分进入气缸内，最后混入到机油中。
发动机机油冷却器损坏导致防冻液进入机油内，不会引起发动机冒白烟现象，该原因可排除，剩余4种原因均需要拆解发动机进行检查[8]。
2发动机进水造成的危害和预防
2.1发动机进水造成的危害
当发动机机油内进入少量冷却液时发动机继续运行，机油中的添加剂和冷却液反应使得机油性能下降，
在发动机内部高温作用下，机油与冷却液发生化学反应乳化，造成机油的润滑性能大幅降低。其中，机油的抗氧化性能下降后，机油氧化成有机酸与冷却液发生反应生成无机酸，而这些酸性物质会对发动机部件造成腐蚀，从而使得机件生锈或损坏；另外，过量的冷却液在一定条件下会破坏机油的黏度，使机油无法在运动配合摩擦副上形成良好的油膜，从而使运转部位产生异常磨损轻者会导致发动机温度过高，重者则会导致拉缸抱瓦等故障，更严重者将会导致发动机报废。
2.2预防发动机进水
1）按时按规保养。燃油质量是影响发动机性能和故障率最重要的因素，控制燃油品质，必要时加装燃油过滤装置，按时按规保养，从源头降低发动机故障发生概率。
2）定期检查冷却系统。防冻液好坏直接影响与
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之接触的相关部件缸盖、缸套等使用寿命，合格的冷却液沸点不低于110℃，添加剂浓度应在3%~6%之间，如果浓度过低，部件将发生化学腐蚀，浓度过高，会影响热传导性。不合格的防冻液佛点低、抗腐蚀性差，容易产生气穴腐蚀和高温，同样缺少防冻液也容易造成高温和气穴腐蚀。高温和腐蚀（化学腐
蚀和气穴腐蚀）是发动机如缸套、缸盖、缸体等等基本部件使用寿命的杀手，是造成缸套、缸体、缸盖开裂的最重要原因之一。预防高温和腐蚀，要使用合格的防冻液，不能混用防冻液，不能使用生水；确保冷却系统液位在标准范围；定期检查更换防冻液和清洗冷却系统部件。
3）控制维修质量。发动机在故障维修或大修时对维修质量把控不严也是造成后期发生故障的重要因素，如：缸套安装不到位造成缸套阻水胶圈渗漏导致防冻液进入油底壳；缸盖安装不规范造成缸垫损坏等。因此，发动机维修时必须严格按照装配标准和流程进行，严控维修质量，避免造成次生故障。
3结语
发动机进入防冻液后未能立即停机或停机后二次启机，都可造成发动机不可逆的机电事故，并且维修费用也随之增高，更有甚者可造成发动机报废。为
了及时有效的修复发动机机油内进入防冻液故障，快速准确的分析出故障发生的根本原因显得尤为重要；同时也要在日常设备管理中做好故障预防工作，降低故障发生的可能性，从而达到提高设备出动率、降低维修成本的目的。
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【责任编辑：张东旭】
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