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柴油机“拉缸”和活塞“烧顶”故障原因分析

  发表时间:2016-12-12 11:09   来源: 未知   TAG标签: 维柴柴油机   点击:140次
柴油机“拉缸”和活塞“烧顶”故障原因分析 发动机,特别是柴油机,拉缸和活塞烧顶是较为常见的故障之一。发动机(柴油机)拉缸和活塞烧顶大多发生在活塞顶部和第一、二道活塞环槽处,损坏形式主要有顶面烧熔、穿孔、麻坑和顶部周围处的键槽状缺口、塌陷。活
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柴油机“拉缸”和活塞“烧顶”故障原因分析


发动机,特别是柴油机,拉缸和活塞烧顶是较为常见的故障之一。发动机(柴油机)拉缸和活塞烧顶大多发生在活塞顶部和第一、二道活塞环槽处,损坏形式主要有顶面烧熔、穿孔、麻坑和顶部周围处的键槽状缺口、塌陷。活塞烧顶将导致高温燃气窜入曲轴箱、加速润滑的氧化变质、汽缸密封性变差、压缩比下降、燃油燃烧过程变坏、发动机的动力性和经济性下降;严重时活塞开裂破碎,损坏缸套、连杆、曲轴、机体等零部件。综合各类发动机拉缸或活塞烧顶的文章介绍,发动机(柴油机)拉缸和活塞烧顶的原因大致有以下几个方面:
  一、造成发动机(柴油机)拉缸和活塞烧顶的主要因素
  1、使用和保养方面的原因
  (1)柴油机经常在全负荷工作时突然停机;
  (2)柴油机润滑油有问题
  (3)柴油机柴油有问题
  (4)柴油机低速运转时间太长
  (5)柴油机喷油泵油量太大或供油不均匀
  (6)柴油机喷油嘴工作不良
  (7)柴油机长时间超负荷运行
  (8)柴油机起动即投入全负荷运行
  2、零部件和调整方面的原因
  (9)活塞缸套质量有问题
  (10)活塞顶间隙不对
  (11)供油提前角不对
  (12)机油冷却喷嘴损坏
  (13)其它调整原因
  二、柴油机“拉缸”和活塞“烧顶”故障原因及排除方法
  (1)柴油机经常在全负荷工作时突然停机
  柴油机经常在全负荷工作时突然停车,由于柴油机在全负荷工作时,汽缸内部的温度瞬间可达2000K以上,全负荷停机后,个别汽缸由于正处在膨胀冲程,缸内温度仍然行高,可达1000K以上;此时,如果没有及时采取措施转动发动机排除废气,则该缸活塞可能就会出现局部烧熔。重新起动发动机投入全负荷工作后,数分钟之内该缸活塞就会出现严重的烧顶故障。
  排除方法:
  首先要避免柴油机在全负荷作业时出现突然停机故障,如果出现类似故障,一定要立即转动柴油机曲轴数圈,或用起动马达拖动柴油机运转数次,每次5-6秒时间,并尽快判断突然柴油机停机原因。
  注意:在未判明故障原因之前,不要盲目重新启动柴油机。
  (2)柴油机润滑油有问题
  如果润滑油选用不合适,如低温时选用了高温用油,或润滑油长时间没有更换,使发动机起动时的润滑条件变得恶劣。如果此时柴油机未充分预热即投入全负荷工作,可能导致发动机产生拉缸故障。
  如果选用了劣质润滑油或质量等级很低的润滑油,也可能由于润滑不良,加速汽缸磨损,曲轴箱废气压力增大,使燃烧室机油和积碳增多而导致活塞拉缸或烧顶。曲轴箱废气闭式循环系统更应特别注意这个问题。
  排除方法:
  严格按要求选用柴油机润滑油。
  根据季节的不同,选用不同牌号的润滑油。如果润滑油选择得不合适,将造成柴油机的严重损坏。选用润滑油的一般要求是:在确认了润滑油的质量等级之后,夏季高温区使用高温润滑油(如40、50、60等), 冬季严寒区使用低温润滑油(如0W、5W、10W等)。其它地区使用混合润滑油(15W40、20W40等)。
  按照使用说明要求选用润滑油的质量等级,可以选用比使用说明书规定高的润滑油,但决不能选用低于使用说明书要求的润滑油(比如:使用说明书要求使用CD级润滑油,可以选用CE、CF质量等级的润滑油,不能选用CC、CB质量等级的润滑油)。
(3)柴油机燃油有问题
  劣质燃油,经喷油器喷射后的雾化质量差,喷注中油粒的平均直径大,一方面是柴油机的滞燃期延长,当柴油机一旦着火,其压力升高率迅速升高,从而使柴油机工作粗暴,甚至产生敲缸;另一方面使后燃增加,排气温度升高,冒黑烟,同时严重污染燃烧室,所产生的不完全燃烧产物有一些混入汽缸壁的润滑油中,在活塞环槽里堆积,堵塞了槽壁,使活塞环卡死,破坏了燃烧室的密封,导致燃气泄漏。泄漏的高温燃气可能烧掉汽缸壁上润滑油膜,使活塞的润滑状况更加恶化,这就大大增加拉缸或活塞烧顶的危险性。
  排除方法:
  严格按照使用要求选用合格燃油,如果受到条件限制,没有高质量的燃油时,必须注意燃油滤芯的保养。
  (4)柴油机低速运转时间太长
  柴油机长时间低速无负荷运转,由于整体温度低,各运动部位的间隙相对较小,会加剧相关运动部件的磨损。如果活塞环与缸套的磨损过大,会使机油上窜燃烧室,会导致柴油机工作无力、冒蓝烟、燃烧室积碳增多,大负荷工作时容易造成柴油机出现拉缸或活塞烧顶的故障。
  排除方法:避免柴油机低速无负荷长时间运转,一般情况下,柴油机怠速运转不要超过30分钟。冬季使用更应注意此类问题。
  (5)柴油机喷油泵油量太大或供油量不均匀
  柴油机各缸供油量和供油时间如果不均匀,将会使部分汽缸燃烧过程恶化,形成积炭或严重后燃,柴油燃烧的热量不能用来作功,而使部分汽缸内的活塞顶温度过高,导致材料热疲劳而烧熔。油量太大是造成的拉缸或活塞烧顶的主要原因之一。
  排除方法:
  严格按照技术要求调整喷油泵供油量,保证各缸油量误差不大于1%。并定期检查和校对供油量。
  (6)柴油机喷油嘴工作不良
  当喷油嘴出现滴油、二次喷射、雾化不良等情况时,活塞顶积油处局部温度过高,热应力增大,以致烧蚀。喷油嘴雾化不良、滴油还会导致柴油机工作时冒黑烟。
  排除方法:
  定期检查调整喷油嘴,按要求校对喷油压力。
  (7)柴油机长时间超负荷运行
  发动机长时间超负荷超速运行,或发动机散热不良时,活塞长期受过高热应力和机械应力作用,易于疲劳烧蚀,容易产生拉缸。
  排除方法:避免柴油机长时间全负荷工作,全负荷全速运行时间一段时间(车用机30分钟左右、工程机械用机1个小时左右)后应降速冷却3-5分钟。这对延长柴油机的使用寿命是十分重要的。
  (8)柴油机起动即投入全负荷运行
  柴油机起动即投入全负荷工作,此时柴油机温度低,活塞缸套的间隙很小,加之润滑状况
不好,极易造成拉缸。
  排除方法:
  无论是夏季还是冬季,柴油机启动后都不要立即高转速或带负荷运转,冬季尤其要注意。柴油机启动后应该在怠速或低速(800~1000转/分)无负荷运转3分钟(夏季)到5分钟(冬季),然后才开始带负荷工作,且逐步加大致全负荷工作。
  (9)活塞缸套质量有问题
  如果活塞铸造时存在气孔、疏松、微裂纹、夹渣等缺陷,在高温高压作用下,这些气孔、疏松、微裂纹会成为疲劳源而导致疲劳损坏;活塞中的夹渣首先熔化,造成活塞烧熔。
  排除方法:
  选用原厂或质量过硬的活塞。
  (10)活塞顶间隙不对
  如果装配时,活塞顶间隙调整不正确,会影响柴油机的压缩比,无论顶间隙大还是小,都可能导致柴油机产生拉缸或活塞烧顶故障。如果压缩比偏小,会使压缩压力和温度降低,燃油燃烧速度减慢,后燃增多,柴油机可能过热。如果压缩比偏大,会使压缩压力和温度增大,柴油机操负荷运行,同样造成柴油机过热。
  排除方法:
  柴油机装配时,严格按要求调整活塞顶间隙并严格按照缸盖螺栓拧紧要求紧固。
  (11)供油提前角不对
  喷油提前角不对,无论推迟或提前,都将导致燃油燃烧不完全,柴油机工作不极易造成柴油机过热,产生拉缸或活塞烧顶故障。
  排除方法:严格按要求调整喷油提前角。
  (12)机油冷却喷嘴损坏
  有些大功率发动机机体上设有机油冷却喷嘴,通过向活塞内腔喷射机油以帮助冷却散热。如果机油冷却喷嘴堵塞,活塞就会积热升温,也易导致活塞烧顶。机油冷却喷嘴故障导致拉缸或活塞烧顶具有规律性。即如果某缸总是拉缸或烧顶,在排除了其它原因之后,则该缸机油冷却喷嘴一定有问题(堵塞或损坏)。
  排除方法:
  更换机油冷却喷嘴或使用专用工具校对喷孔位置。
  (13)其它调整原因
  进气温度太高-进气温度太高,导致进入气缸的空气温度增加,柴油机将出现过热现象,长时间工作后将可能导致拉缸或活塞烧顶故障。
  活塞顶部积炭严重。活塞顶部的积炭使活塞顶局部过热并产生高温,当局部高温超过材料的熔点时,就会将活塞顶部烧熔形成熔洞。
  活塞环胶结或断裂。活塞环胶结或断裂会导致活塞环不能与缸壁紧密贴合,活塞顶的热量不能及时传走,同时还会引导高温气体下窜,结果使活塞顶及活塞环槽部位因过热而烧蚀。
  发动机产生爆震。发动机工作中,活塞顶部要承受燃烧爆发力的周期性机械冲击,其瞬时冲击力可达7MPa,直接作用于活塞顶上的冲击力可达100kN以上。如果发动机产生爆震,其冲击力将会成倍上升。活塞顶在热应力和周期性燃烧爆发力的作用下,产生热疲劳和机械疲劳,最终导致烧熔和开裂。而发动机产生爆震的原因主要是供油时间或点火时间过早、汽缸内积炭过多、压缩比过高、活塞顶上形成炽热点引起早燃、所用汽油辛烷值过低等。
  根据上述这些导致活塞烧顶的原因分析可以知道,预防柴油机拉缸或活塞烧顶的关键是加强对发动机的维护保养,使发动机始终保持良好的技术状态,避免发动机产生过热、积炭、爆燃爆震现象;正确装配和使用,避免发动机长期超负荷工作。

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