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[摘 要]神华哈尔乌素煤炭分公司哈尔乌素露天煤矿是一座现代化程度很高的露天煤矿，所选用的穿采及辅助设备是从世界各地进口的最先进的设备。针对我矿在用的6.3KV、1800KW发电车发动机进气系统配置、安装不合理，导致发动机运行1600小时时出现尾气排白烟等情况，对此，我们对康明斯十六缸移动发电车发动机进气系统升级改造，通过计算进气量合理配置和安装了发动机的进气系统。
[关键词]移动发电车 发动机 进气系统 升级改造
中图分类号：T2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）17-0322-02
Cummings sixteen cylinder mobile generator car engine Upgrading the intake system
Qin Shaohua
（China Shenhua in Haerwusu coal branch opencast coal mine in Zhungeer Qi， Inner Mongolia）
[Abstract]Shenhua in Haerwusu coal branch in Haerwusu open-pit coal mine is a modernized high opencast coal mine， mining and auxiliary equipment used is the most advanced equipment imported from all over the world. In order to use 6.3KV， 1800KW generator car engine air intake system configuration， installation of mine is not reasonable， exhaust white smoke， lead to the emergence of the engine running 1600 hours in this regard， we upgrade of the Cummings sixteen cylinder mobile generator car engine air intake system， through the calculation of the rational allocation of air intake and installation of the engine intake system.
[Key words]upgrade of mobile power vehicle engine intake system
1.概述
哈尔乌素露天矿使用的移动发电车是专为我矿大型穿采设备供电用，能够使495HR、1190E、WK-35、WK-10B等设备正常启动行走，满足买方全天候作业的要求。发电机额定输出功率（长期连续工作）1800 KW，备用输出功率2000 KW。发动机原装英国进口康明斯重载型电喷发动机，双涡轮增压/中冷，四冲程工业用水冷柴油发动机，采用微电脑控制，电控喷射，电马达启动。具有柴油机冷却水预热系统和润滑油预热系统及低温快速起动装置，保证机组在低温下能够顺利起动；型号：QSK60G8、飞轮功率：2145KW、排量： 60L、排放标准： U.S. EPA CFR 40/欧Ⅱ。在使用过程中发现发动机功率和扭矩下降，启动困难，到1600小时时发现尾气排白烟。打开气缸发动机有积碳现象缸体磨损严重。节气门污染导致熄火、启动困难。
2.进气系统升级改造的必要性分析
每台发动机在设计时都有着不同的与扭矩输出特性相适应的配气特性，如果不是具有针对性的改装，随意改变进气管路与布局，不但无法提升动力性能，和改善发动机工况，很有可能使发动机性能大打折扣，得不偿失。所以，有必要分析实时条件下方案实施的理论支持。
发动机运转时，每一循环所能获得空气量的多少，是决定发动机动力大小的基本因素。发动机的进气能力是用发动机的容积效率及充气效率来衡量的。
在矿区作业环境下的发动机，对进气行程所吸入的空气质量与标准状态下（1个大气压、20℃、密度为1.187kg/m2）占有气缸活塞行程容积的干燥空气质量的比值，显得偏差较为突出。大气压力高、温度低、密度高时，发动机的充气效率也将随之提高。
一般来说，温度对进气性能也有影响，空气具有受热膨胀的特性，因此温度对于单位体积内空气的重量有着很大影响，进气温度越高，同体积的空气中含氧量就会相对低温状态下要少，而发动机做功燃烧是需要依靠氧气的，所以吸入燃烧室内的空气温度越低含氧量就越高，越利于发动机充分燃烧。降低进气阻力、提高进气压力、降低进气温度、降低排气回压、加大进气门面积都是可提高容积效率的有效途径。
空气进入气缸时，气缸内的压力比外面的大气压力低，而且压力值会有所变化，由于进气阻力及气缸内的高溫作用，将吸入气缸的空气体积换算成标准大气压下的状态时，一定小于气缸的体积，因此自然吸气发动机的容积效率一定小。那么，较大的进气阻力决定了在 “吸气”时会增加发动机负荷。
移动发电车主发动机内置于车厢，空气滤清器、进气岐管位于发动机中冷上部，隔距约0.017m，橡胶管路一次角度完成连接，两个空气滤清器总成装置，并排安装在排气消音管过渡区域，塑料材质箱壳内分别配置了一个纸质滤芯（外径约0.385m，长度0.4m），进气方向由下而上，因室内设置，未配置次级安全内滤。
装在塑料箱壳内的空气滤芯，其作用是用来阻隔灰尘的，可以避免灰尘和异物进入发动机造成损害，由于矿内作业环境粉尘大，发动机配置的这两个空气滤芯体积较小，而发动机在大功率运转时需要更多的新鲜空气进入，在发动机吸气过程中，空气进入气缸的速度越快密度越高，真空和高温以及高频振动，使塑料壳密封情况发生变化，较大粉尘颗粒（含氧化硅及其它杂质）很容易被吸入，由于滤芯体积小，所以容灰量小，在强大吸力下，较大粉尘颗粒（≥1-2μm）突破纸质孔，侵入造成蜗轮增压器和缸壁及活塞的早期磨损。 目前油脂化验检测，机油SI含量非正常超标。考慮以上因素，有必要组织制定改进方案，以期有效、合理改善移动发电车16缸发动机进气系统工况。
3.改造方案的技术要求：
（1）实施技术改造，不改变发动机进气系统以外的其它基本形位。
（2）不影响其它设施的正常功能和负荷变化。
（3）符合常规维修条件，便于检查。
（4）增加进气量，改善进气质量，有效减小气阻减少粉尘侵入。
（5）各件布局合理，连接牢固，且具有防震、防磨性能。
（6）配件质量安全可靠（图1）。
4.改造方案
进气系统的升级改造，就是要提高发动机的容积效率与充气效率。
4.1 换装空气滤清器
进气系统升级的最基础工作就是换用高效率、高流量的空气滤清器滤芯。换装高流量的空气滤芯可降低发动机的进气阻力，同时提高发动机的进气量及容积效率。同时，供油系统中的空气流量计测出进气量的增加后，将信号送至供油电脑ECU，ECU便会控制喷油器喷出较多的燃油与之配合，让较多的油气进入气缸，从而提高了发动机的输出功率。
将原厂纸质的空气滤清器更换为内装有初、次两级高流量空气滤清器，可以加大进气面积，提高进气量。达到减少发动机进气阻力的同时，增大进气量效率。
4.2 选用CUMMINSKTA38-C柴油机空气滤芯（图示2），参数对比
发电车GATERPILLAR发动机：
总排量：60L、4增压器每一滤供给：60L/4T=15L。
CUMMINS KTA38-C发动机：
总排量：38L、2增压器每一滤供给：38L/2T=19、按改造后总供气量：19Lx4=76L
76L（改造后）-60L（改造前）=16L、19L-15L=4L 比原装滤芯增加4L/1滤
4.3 更换原装塑料材质外箱壳，改用内部抛光金属箱壳，采用正方型设计，进气管长度与形状对进气性能有着更为复杂的影响
理论上来说，较短、粗和尽量直线型的设计会有利于提高高转速的进气效率，而适当的弯曲和管道长度有利于提高低转速时的进气流速，有利于低扭输出可以帮助发动机获得最大化进气量。使发动机吸入更多新鲜空气。
底座8个22X24螺栓固定，总成与底座装减震垫。（附图3）
此次改造所用的材料有：空气滤芯总成 LQ120-1 4
2 滤芯 S2D-1119040.1 8
3 进气岐管 S2D-1119040.1 4
4 双头螺杆 S2D-1119030.3 2
5 弯管 4
6 7”卡箍 4
7 7”-8”橡胶接头 4
8 8”卡箍 4
9 7”45°橡胶弯头 8
10 7.5”卡箍 16
5.总结
改造后发动机动力提升了，同时也解决了尾气冒白烟起动困难等问题，经过一段时间的使用化验发动机机油SI含量未超标。空气滤芯主要作用为滤除空气中的灰尘、砂粒，保证气缸中进入足量、清洁的空气。空气滤芯是一个极不起眼的部件，因为它不直接反映车辆的技术性能，但在车辆的实际使用中，它却对发动机的使用寿命有极大的影响。一方面，如果没有空气滤清器的过滤作用，或使用假冒滤芯，发动机就会吸入大量含有尘埃、颗粒的空气，加速活塞组及气缸的磨损。较大的颗粒进入活塞与气缸之间，会造成严重的“拉缸”现象，使发动机报废；另一方面，如果在使用过程中，长时间不维护保养，空气滤清器的滤芯就会被灰尘堵塞，不但过滤能力下降，还会减少空气的吸入量，导致发动机功率和扭矩下降，启动困难。因此，使用原厂正品以及按期保养更换空气滤芯是至关重要的。通常建议每1.5万公里更换一次。经常在恶劣环境中工作的车辆应当不超过1万公里更换一次。
参考文献
[1] 王云超.工程机械发动机构造与使用维护[M].化学工业出版社，2012.8.1.
[2] 黄玮.柴油发动机构造与原理[M].科学出版社，2009.10.
[3] 杨万成.发动机结构与故障诊断详解[M].机械工业出版社，2009.5.
[4] 朱军.汽车发动机维修实训教材[M].人民交通出版社.2010.8.
[5] 杨庆彪.电控柴油发动机结构原理与维修[M].中国劳动社会保障出版社. 2010.1.
[6] 张兴礼.空气滤清器的安装方式对发动机功率的影响[J].世界汽车1977年第01期.1977.
作者简介
秦少华（1971），高级工程师，1993年毕业于内蒙古煤炭工业学校，现任职于神华哈尔乌素煤炭分公司露天煤矿供电队队长。
齐秀英 ，出生于1972年10月，现年44岁，女，内蒙古鄂尔多斯市人，现在选煤厂担任技术员工作工作。
[关键词]移动发电车 发动机 进气系统 升级改造
中图分类号：T2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）17-0322-02
Cummings sixteen cylinder mobile generator car engine Upgrading the intake system
Qin Shaohua
（China Shenhua in Haerwusu coal branch opencast coal mine in Zhungeer Qi， Inner Mongolia）
[Abstract]Shenhua in Haerwusu coal branch in Haerwusu open-pit coal mine is a modernized high opencast coal mine， mining and auxiliary equipment used is the most advanced equipment imported from all over the world. In order to use 6.3KV， 1800KW generator car engine air intake system configuration， installation of mine is not reasonable， exhaust white smoke， lead to the emergence of the engine running 1600 hours in this regard， we upgrade of the Cummings sixteen cylinder mobile generator car engine air intake system， through the calculation of the rational allocation of air intake and installation of the engine intake system.
[Key words]upgrade of mobile power vehicle engine intake system
1.概述
哈尔乌素露天矿使用的移动发电车是专为我矿大型穿采设备供电用，能够使495HR、1190E、WK-35、WK-10B等设备正常启动行走，满足买方全天候作业的要求。发电机额定输出功率（长期连续工作）1800 KW，备用输出功率2000 KW。发动机原装英国进口康明斯重载型电喷发动机，双涡轮增压/中冷，四冲程工业用水冷柴油发动机，采用微电脑控制，电控喷射，电马达启动。具有柴油机冷却水预热系统和润滑油预热系统及低温快速起动装置，保证机组在低温下能够顺利起动；型号：QSK60G8、飞轮功率：2145KW、排量： 60L、排放标准： U.S. EPA CFR 40/欧Ⅱ。在使用过程中发现发动机功率和扭矩下降，启动困难，到1600小时时发现尾气排白烟。打开气缸发动机有积碳现象缸体磨损严重。节气门污染导致熄火、启动困难。
2.进气系统升级改造的必要性分析
每台发动机在设计时都有着不同的与扭矩输出特性相适应的配气特性，如果不是具有针对性的改装，随意改变进气管路与布局，不但无法提升动力性能，和改善发动机工况，很有可能使发动机性能大打折扣，得不偿失。所以，有必要分析实时条件下方案实施的理论支持。
发动机运转时，每一循环所能获得空气量的多少，是决定发动机动力大小的基本因素。发动机的进气能力是用发动机的容积效率及充气效率来衡量的。
在矿区作业环境下的发动机，对进气行程所吸入的空气质量与标准状态下（1个大气压、20℃、密度为1.187kg/m2）占有气缸活塞行程容积的干燥空气质量的比值，显得偏差较为突出。大气压力高、温度低、密度高时，发动机的充气效率也将随之提高。
一般来说，温度对进气性能也有影响，空气具有受热膨胀的特性，因此温度对于单位体积内空气的重量有着很大影响，进气温度越高，同体积的空气中含氧量就会相对低温状态下要少，而发动机做功燃烧是需要依靠氧气的，所以吸入燃烧室内的空气温度越低含氧量就越高，越利于发动机充分燃烧。降低进气阻力、提高进气压力、降低进气温度、降低排气回压、加大进气门面积都是可提高容积效率的有效途径。
空气进入气缸时，气缸内的压力比外面的大气压力低，而且压力值会有所变化，由于进气阻力及气缸内的高溫作用，将吸入气缸的空气体积换算成标准大气压下的状态时，一定小于气缸的体积，因此自然吸气发动机的容积效率一定小。那么，较大的进气阻力决定了在 “吸气”时会增加发动机负荷。
移动发电车主发动机内置于车厢，空气滤清器、进气岐管位于发动机中冷上部，隔距约0.017m，橡胶管路一次角度完成连接，两个空气滤清器总成装置，并排安装在排气消音管过渡区域，塑料材质箱壳内分别配置了一个纸质滤芯（外径约0.385m，长度0.4m），进气方向由下而上，因室内设置，未配置次级安全内滤。
装在塑料箱壳内的空气滤芯，其作用是用来阻隔灰尘的，可以避免灰尘和异物进入发动机造成损害，由于矿内作业环境粉尘大，发动机配置的这两个空气滤芯体积较小，而发动机在大功率运转时需要更多的新鲜空气进入，在发动机吸气过程中，空气进入气缸的速度越快密度越高，真空和高温以及高频振动，使塑料壳密封情况发生变化，较大粉尘颗粒（含氧化硅及其它杂质）很容易被吸入，由于滤芯体积小，所以容灰量小，在强大吸力下，较大粉尘颗粒（≥1-2μm）突破纸质孔，侵入造成蜗轮增压器和缸壁及活塞的早期磨损。 目前油脂化验检测，机油SI含量非正常超标。考慮以上因素，有必要组织制定改进方案，以期有效、合理改善移动发电车16缸发动机进气系统工况。
3.改造方案的技术要求：
（1）实施技术改造，不改变发动机进气系统以外的其它基本形位。
（2）不影响其它设施的正常功能和负荷变化。
（3）符合常规维修条件，便于检查。
（4）增加进气量，改善进气质量，有效减小气阻减少粉尘侵入。
（5）各件布局合理，连接牢固，且具有防震、防磨性能。
（6）配件质量安全可靠（图1）。
4.改造方案
进气系统的升级改造，就是要提高发动机的容积效率与充气效率。
4.1 换装空气滤清器
进气系统升级的最基础工作就是换用高效率、高流量的空气滤清器滤芯。换装高流量的空气滤芯可降低发动机的进气阻力，同时提高发动机的进气量及容积效率。同时，供油系统中的空气流量计测出进气量的增加后，将信号送至供油电脑ECU，ECU便会控制喷油器喷出较多的燃油与之配合，让较多的油气进入气缸，从而提高了发动机的输出功率。
将原厂纸质的空气滤清器更换为内装有初、次两级高流量空气滤清器，可以加大进气面积，提高进气量。达到减少发动机进气阻力的同时，增大进气量效率。
4.2 选用CUMMINSKTA38-C柴油机空气滤芯（图示2），参数对比
发电车GATERPILLAR发动机：
总排量：60L、4增压器每一滤供给：60L/4T=15L。
CUMMINS KTA38-C发动机：
总排量：38L、2增压器每一滤供给：38L/2T=19、按改造后总供气量：19Lx4=76L
76L（改造后）-60L（改造前）=16L、19L-15L=4L 比原装滤芯增加4L/1滤
4.3 更换原装塑料材质外箱壳，改用内部抛光金属箱壳，采用正方型设计，进气管长度与形状对进气性能有着更为复杂的影响
理论上来说，较短、粗和尽量直线型的设计会有利于提高高转速的进气效率，而适当的弯曲和管道长度有利于提高低转速时的进气流速，有利于低扭输出可以帮助发动机获得最大化进气量。使发动机吸入更多新鲜空气。
底座8个22X24螺栓固定，总成与底座装减震垫。（附图3）
此次改造所用的材料有：空气滤芯总成 LQ120-1 4
2 滤芯 S2D-1119040.1 8
3 进气岐管 S2D-1119040.1 4
4 双头螺杆 S2D-1119030.3 2
5 弯管 4
6 7”卡箍 4
7 7”-8”橡胶接头 4
8 8”卡箍 4
9 7”45°橡胶弯头 8
10 7.5”卡箍 16
5.总结
改造后发动机动力提升了，同时也解决了尾气冒白烟起动困难等问题，经过一段时间的使用化验发动机机油SI含量未超标。空气滤芯主要作用为滤除空气中的灰尘、砂粒，保证气缸中进入足量、清洁的空气。空气滤芯是一个极不起眼的部件，因为它不直接反映车辆的技术性能，但在车辆的实际使用中，它却对发动机的使用寿命有极大的影响。一方面，如果没有空气滤清器的过滤作用，或使用假冒滤芯，发动机就会吸入大量含有尘埃、颗粒的空气，加速活塞组及气缸的磨损。较大的颗粒进入活塞与气缸之间，会造成严重的“拉缸”现象，使发动机报废；另一方面，如果在使用过程中，长时间不维护保养，空气滤清器的滤芯就会被灰尘堵塞，不但过滤能力下降，还会减少空气的吸入量，导致发动机功率和扭矩下降，启动困难。因此，使用原厂正品以及按期保养更换空气滤芯是至关重要的。通常建议每1.5万公里更换一次。经常在恶劣环境中工作的车辆应当不超过1万公里更换一次。
参考文献
[1] 王云超.工程机械发动机构造与使用维护[M].化学工业出版社，2012.8.1.
[2] 黄玮.柴油发动机构造与原理[M].科学出版社，2009.10.
[3] 杨万成.发动机结构与故障诊断详解[M].机械工业出版社，2009.5.
[4] 朱军.汽车发动机维修实训教材[M].人民交通出版社.2010.8.
[5] 杨庆彪.电控柴油发动机结构原理与维修[M].中国劳动社会保障出版社. 2010.1.
[6] 张兴礼.空气滤清器的安装方式对发动机功率的影响[J].世界汽车1977年第01期.1977.
作者简介
秦少华（1971），高级工程师，1993年毕业于内蒙古煤炭工业学校，现任职于神华哈尔乌素煤炭分公司露天煤矿供电队队长。
齐秀英 ，出生于1972年10月，现年44岁，女，内蒙古鄂尔多斯市人，现在选煤厂担任技术员工作工作。