故障檢修與技術(shù)維護(hù)

柴油機下竄氣的原因及排除方法

 

摘要：柴油機工作時的動力來源于燃油燃燒爆發(fā)，在燃燒室產(chǎn)生高溫氣體，推動活塞移動，從而將熱能轉(zhuǎn)化為機械能。燃燒室的密封程度越高，能的轉(zhuǎn)換效率就越高。康明斯發(fā)電機組銷售市場中有用戶反映，柴油機在工作中出現(xiàn)氣缸下竄氣現(xiàn)象，在機油注入口明顯感覺有熱氣噴出，功率也有不同程度的下降。針對這一情況，我們對造成竄氣的原因進(jìn)行了分析，并提出了竄氣量的測量方法，以及竄氣排除方法。

 

一、下竄氣現(xiàn)象原因分析

 

      柴油機產(chǎn)生“下竄氣”主要是由于氣缸套、活塞、活塞環(huán)的質(zhì)量問題造成的，下面我們針對柴油機工作中活塞組件密封不嚴(yán)，導(dǎo)致高溫氣體下竄，功率下降的問題進(jìn)行了原因分析。

1、氣缸套

（1）氣缸套內(nèi)圓失圓

      氣缸套內(nèi)圓失圓，使活塞環(huán)外圓沒有與缸套整圓貼合，存在間隙，使燃?xì)鈴拈g隙中竄出，如圖1所示。

（2）缸套裝配后因外力產(chǎn)生變形

      這一原因其竄氣的機理與氣缸套內(nèi)圓失圓相同，但不是由于缸套本身的質(zhì)量問題造成的，分析有以下兩點：

① 由于機體的鑲缸套孔圓柱度差，將缸套擠扁，特別是干式缸套；

② 機體上的缸蓋螺紋孔歪斜，擰緊螺栓后，產(chǎn)生應(yīng)力，將缸套擠變形。

2、活塞

（1）活塞環(huán)槽寬度過大，使其與活塞環(huán)間的側(cè)隙變大，活塞上下運行時，活塞環(huán)也上下移動，換向的過程中產(chǎn)生竄氣，如圖2（a）所示。

（2）活塞環(huán)槽側(cè)面相對軸線的垂直度超差，使活塞環(huán)槽下側(cè)面沒有與活塞環(huán)側(cè)面完全貼合，造成密封不嚴(yán)，產(chǎn)生竄氣，如圖2（b）所示。這種情況下拆機可發(fā)現(xiàn)活塞環(huán)槽側(cè)面局部有一條因活塞環(huán)內(nèi)側(cè)撞擊出的一條圓弧線。

（3）活塞環(huán)槽側(cè)面波紋度過大或粗糙度Ra值過大，側(cè)面微觀凹凸不平，與活塞環(huán)側(cè)面貼合不嚴(yán)密，產(chǎn)生竄氣（，如圖3所示。這種情況下拆機可發(fā)現(xiàn)活塞環(huán)槽側(cè)面的磨合點出現(xiàn)時斷時續(xù)現(xiàn)象。

（4）活塞環(huán)岸外側(cè)倒角過大，使側(cè)面與活塞環(huán)的貼合面積減小，影響了密封效果，產(chǎn)生竄氣。

3、活塞環(huán)

（1）活塞環(huán)在與活塞裝配時開口間隙沒有錯開，軸向處于同一位置，燃?xì)鈴拈_口間隙竄出，如圖4所示。

（2）活塞環(huán)產(chǎn)生扭曲，側(cè)面沒有與活塞環(huán)槽側(cè)面完全貼合，產(chǎn)生竄氣。

（3）活塞環(huán)彈性不足，外圓對缸套內(nèi)圓的壓緊力小，貼合不緊密，產(chǎn)生竄氣。

（4）活塞環(huán)側(cè)面波紋度過大或粗糙度Ra值過大，這一原因的竄氣機理與（2）、（3）類同。

 

圖1  缸套與活塞環(huán)間隙竄氣現(xiàn)象	圖2  活塞環(huán)槽竄氣部位示意圖
圖3  活塞環(huán)槽側(cè)面密封不嚴(yán)造成竄氣現(xiàn)象	圖4  活塞環(huán)槽開口間隙竄氣現(xiàn)象

 

二、柴油機竄氣量的檢查方法

 

            在壓縮沖程和做功沖程，氣缸里壓力升高，這就導(dǎo)致了氣缸里的高壓氣體有可能從活塞與氣缸壁之間進(jìn)入曲軸箱。特別是做功沖程，混合氣點燃后燃燒室里的溫度和壓力劇烈升高，一部分氣體就會跑到曲軸箱里，我們把這種現(xiàn)象叫做“竄氣”，如圖5所示。其中，圖6是柴油機臺架試驗特性區(qū)間，橫坐標(biāo)為柴油機轉(zhuǎn)速，縱坐標(biāo)為曲軸箱和進(jìn)氣歧管之間的壓降。

1、檢查氣缸壓力

      采用氣缸壓力表逐缸檢查氣缸壓力。檢查氣缸壓縮力可以了解氣缸、活塞組合件、氣門、氣缸襯墊的綜合情況，各缸壓力差不超過其平均值的10%。當(dāng)氣缸壓力降低時，為了查明其降低原因，可用少量新鮮機油從火花塞孔注入氣缸內(nèi)，再重新測量壓力；還可用檢查進(jìn)氣歧管真空度等方法來判斷柴油機的漏氣故障。在此基礎(chǔ)上分析故障產(chǎn)生的原因，然后對癥下藥，予以排除；同時采取有效的措施進(jìn)行預(yù)防，以杜絕此類故障的發(fā)生。

2、檢查空氣濾清器效果

      查看濾芯有無破損，如若濾清器工作失效，灰塵雜質(zhì)進(jìn)入氣缸，勢必引起劇烈磨損，甚至拉缸和斷環(huán)現(xiàn)象，由此難免引起竄氣。另外氣門與導(dǎo)管磨損松曠、配合間隙超限，部分氣體也會由此間隙竄出氣門室罩。

3、檢測曲軸箱的漏氣量

      氣缸向曲軸箱內(nèi)漏氣，又可稱為曲軸箱竄氣。曲軸箱竄氣量可以用曲軸箱竄氣量測試儀來檢查。根據(jù)曲軸箱竄氣量的多少來判斷氣缸與活塞組合件配合間隙磨損情況。曲軸箱竄氣量在柴油機走熱規(guī)范內(nèi)，并在全負(fù)荷，曲軸在最大扭矩的相應(yīng)轉(zhuǎn)速時測試，新車或大修后的柴油機曲軸箱竄氣量一般在15～20L/min。竄入曲軸箱的廢氣可以溢出的通道有機油加注口和曲軸箱強制通風(fēng)閥。顯然，曲軸箱竄氣量與柴油機使用工況有關(guān)。在確定工況下曲軸箱竄氣量可反映氣缸活塞組的技術(shù)狀況或磨損程度。

（1）曲軸箱的漏氣量可采用漏氣量檢測儀進(jìn)行檢測，檢測曲軸箱漏氣量時，柴油機運轉(zhuǎn)至正常工作溫度，在選定的曲軸箱入口（其余入口全部封死）處，連接漏氣量測量裝置，不使用PCV閥（曲軸箱強制通風(fēng)裝置），并將曲軸箱入口處的壓力調(diào)整至環(huán)境大氣壓力進(jìn)行檢測，曲軸箱的漏氣量從流量計上讀取，柴油機曲軸箱竄氣量還與柴油機的轉(zhuǎn)速和外部負(fù)荷有關(guān)，特別是負(fù)荷對曲軸箱竄氣量影響最大。

（2）就車檢測曲軸箱竄氣量時，一般是在底盤測功試驗臺上進(jìn)行加載，而柴油機轉(zhuǎn)速控制在1000～1600 r/min范圍內(nèi)。

（3）測量時一般應(yīng)加載。使柴油機在1000 r/min下運轉(zhuǎn)，記錄氣體流量計每分鐘流量讀數(shù)。柴油機加載可以在測功試驗臺上進(jìn)行。

 

圖5  柴油機竄氣現(xiàn)象示意圖

圖6  柴油機竄氣量特性分布圖

三、解決“竄氣”故障的方法

 

      柴油機下竄氣是一個綜合故障，是柴油機的常見故障之一。柴油機竄氣是在做功過程中，氣缸內(nèi)產(chǎn)生的高溫高壓膨脹氣體，一部分從非正常通道排出機體外部的一種現(xiàn)象。它的產(chǎn)生和發(fā)展嚴(yán)重威脅著柴油機的正常運轉(zhuǎn)，輕則降低柴油機輸出功率，浪費能源，重則損壞機件，釀成事故。針對氣缸竄氣的問題，可以采取以下處理方法:

1、更換活塞環(huán)或氣缸密封圈

      如果活塞環(huán)或氣缸密封圈損壞，需要及時更換。步驟如下：

      先把缸體表面清理干凈，然后對氣缸進(jìn)行拆卸，不過要按照規(guī)定順序進(jìn)行，不能顛倒。將活塞環(huán)或密封圈拆卸下來后，進(jìn)行相應(yīng)地檢查，同時對缸蓋等進(jìn)行清洗。在新的活塞環(huán)或密封圈上涂抹潤滑油脂進(jìn)行潤滑，然后安裝上去，要按照順序進(jìn)行。

2、維修配氣機構(gòu)

      如果氣缸壓力不足或氣缸配合不當(dāng)，維修方法如下：

（1）及時清洗或更換空氣濾芯。

（2）調(diào)整或更換活塞環(huán)。

（3）更換汽缸套和汽缸墊。

（4）調(diào)整或更換氣門彈簧。

（5）更換密封圈。

（6）檢修或更換氣門和氣門座。

（7）調(diào)整氣門間隙。

3、解決漏氣故障

      當(dāng)發(fā)生氣門漏氣時，應(yīng)檢驗氣門桿是否彎曲，氣門彈簧是否拉壞，氣門間隙是否適當(dāng)，氣門各組件是否安裝正確，損壞的部件能修復(fù)的修復(fù)，不能修復(fù)的更換。如氣門頭與氣門座的接觸面接觸不良，可進(jìn)行研磨修復(fù)。

4、更換潤滑油

      更換高質(zhì)量的潤滑油可以減少氣缸外部的摩擦，從而減少氣缸竄氣。

5、加強“三濾”的維護(hù)

      資料表明，lg灰塵進(jìn)入氣缸內(nèi)，可使氣缸上部磨損0.01mm,使活塞磨去0.75g的質(zhì)量，使活塞環(huán)磨去0.009mm。只要柴油機氣缸吸入30~40g灰塵，就會使氣缸壁、活塞、活塞環(huán)磨損過多，環(huán)與缸壁之間的間隙增大。為減少磨料磨損，應(yīng)定期強制維護(hù)空氣濾清器、機油濾清器、柴油濾清器，減少有害物質(zhì)進(jìn)入氣缸，降低磨損速度。

 

總結(jié)：

      通過以上分析可知，柴油機產(chǎn)生“下竄氣”是由于氣缸套、活塞、活塞環(huán)、機體本身存在質(zhì)量問題和裝配中的質(zhì)量問題產(chǎn)生的。分析出柴油機竄氣原因有利于我們有的放矢的開展改進(jìn)工作，提出糾正預(yù)防措施，提高柴油機的整機性能。

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