某系列柴油機(jī)缸蓋與機(jī)體結(jié)合面滲水故障探析

梁福貴，劉 楠，俸文斌

（廣西玉柴機(jī)器股份有限公司，廣西 玉林 545007）

某系列型號(hào)的柴油機(jī)，配套13 m以上的客車在行駛12～15萬km時(shí)，配套的卡車在行駛5～10個(gè)月或5萬km左右時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)“缸蓋與機(jī)體接合面滲水”的故障，表現(xiàn)為缸墊滲水。這是用戶反映最強(qiáng)烈、最普遍的問題，也是維修服務(wù)人員最難解決的故障之一。

1 缸墊的滲水現(xiàn)象

為了弄清楚柴油機(jī)缸墊滲水的故障問題，筆者查閱了近兩年來該系列型號(hào)柴油機(jī)缸墊滲水的故障檔案，發(fā)現(xiàn)滲水故障是無規(guī)律性的，各個(gè)缸的“缸蓋與機(jī)體接合面”，都會(huì)出現(xiàn)不同程度的滲水現(xiàn)象（見圖1）。

圖1 某系列型號(hào)柴油機(jī)滲水故障現(xiàn)象

有部分機(jī)子在站內(nèi)經(jīng)維修后，一起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，就出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。有一些發(fā)動(dòng)機(jī)在維修后，行駛至30～50 km又出現(xiàn)滲水現(xiàn)象；甚至有些更換了機(jī)體、缸蓋或基礎(chǔ)機(jī)處理后，使用5～10個(gè)月又出現(xiàn)了滲水現(xiàn)象。

2 缸墊滲水故障的原因分析

2.1 氣缸蓋與氣缸體的缺陷

在柴油機(jī)工作時(shí)，機(jī)體要承受氣壓力和慣性力。氣壓力使機(jī)體受到拉伸，氣壓力和慣性力會(huì)使機(jī)體受到彎曲和扭轉(zhuǎn)。氣缸蓋在承受較高燃?xì)鈮毫蜔釕?yīng)力下工作，容易造成翹曲變形，因此要求機(jī)體和缸蓋有足夠的剛度，所有連接部分還要承受相應(yīng)預(yù)緊力的作用，以防止發(fā)生變形，破壞了平面密封部位的密封性，就會(huì)造成漏氣、漏水、漏油。

在維修過程中，對機(jī)體和缸蓋平面度必須進(jìn)行檢查和測量，一般要求控制在100 mm長度內(nèi)不平度不能超出0.04 mm范圍，超出了極限，將會(huì)引起“缸蓋與機(jī)體接合面滲水”的故障。

該系列型號(hào)柴油機(jī)因缸蓋螺栓預(yù)緊力不足，機(jī)體、缸蓋本身變形（微變）后的自我調(diào)整能力（密閉性）不好，或缸蓋、機(jī)體平面度超出極限，都會(huì)導(dǎo)致缸墊滲水故障時(shí)有發(fā)生。

2.2 氣缸墊的材質(zhì)不達(dá)標(biāo)且密封性不良

氣缸墊是氣缸蓋底部與機(jī)體頂面之間的密封件，在氣缸蓋螺栓緊固下，補(bǔ)償結(jié)合面不平度，以防止燃?xì)?、冷卻水和機(jī)油發(fā)生竄漏。因此，對氣缸墊材質(zhì)密封性和耐熱能力都要求較高，防止在高溫高壓燃?xì)饧皺C(jī)油和冷卻水的作用下發(fā)生破損、燒損或變質(zhì)，并有一定的彈性，以便能補(bǔ)償結(jié)合面的不平度，保證可靠的密封。

在維修拆檢中，要注意檢查氣缸墊防火圈和水道孔位置是否破損、燒損或變質(zhì)（見圖2），其厚度一般控制在（1.50±0.5）mm范圍之內(nèi)。

圖2 氣缸墊防火圈和水道孔

如果出現(xiàn)沖缸墊或損壞，將會(huì)引起燃?xì)馀c水路相通造成副水箱出現(xiàn)氣泡，在急加油門突然收油門時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)“反水”現(xiàn)象，同時(shí)氣缸墊壓不緊，也會(huì)造成這種“缸蓋與機(jī)體接合面滲水”的故障。

2.3 缸蓋的螺栓失效

該系列型號(hào)柴油機(jī)缸蓋結(jié)構(gòu)為一缸一蓋，缸蓋螺栓結(jié)構(gòu)采用螺栓式，經(jīng)調(diào)查玉柴、濰柴、康明斯、錫柴廠家同類型的六缸柴油機(jī)缸蓋螺栓（見表1），發(fā)現(xiàn)該系列型號(hào)使用的缸蓋螺栓最長，要求擰緊力矩最大。

表1 主要柴油機(jī)廠家六缸柴油機(jī)缸蓋螺栓規(guī)格表

目前，該系列機(jī)型采用轉(zhuǎn)角法擰緊缸蓋螺栓，但存在以下問題：

（1）擰緊力大大超出了常規(guī)擰緊力矩要求，并把螺栓擰得死死的，螺栓工作力矩值長期處于最大極限值，時(shí)間長了，容易產(chǎn)生疲勞應(yīng)力，導(dǎo)致彈性度失效，失去了螺栓的韌性。

（2）主螺栓過長，剛度不夠；

（3）由于鋼材料的材質(zhì)不穩(wěn)定，螺紋、螺孔的加工手段是無法達(dá)到精度要求的。

以上就是在維修過后在短期內(nèi)重復(fù)出現(xiàn)“缸蓋與機(jī)體接合面滲水”故障的主要原因。

2.4 缸套定位支承面密封性差及凸出高度不合理

常用的柴油內(nèi)燃機(jī)氣缸套，分為干式氣缸套和濕式氣缸套。

干式氣缸套，氣缸外壁與冷卻水不直接接觸，缸套壁很薄，一般為1～3 mm，多數(shù)采用過盈配合，其外圓與氣缸套座孔配合過盈量D/1 500 mm（D為氣缸直徑），必須以一定的壓力壓入缸套座孔內(nèi)，臺(tái)肩稍突出缸體上平面。

濕式氣缸套，外表直接與冷卻水接觸，缸套壁一般為5～8 mm，其外圓表面有兩個(gè)凸出的圓環(huán)密封定位，上部一般采用凸緣外圓定位或凸緣下面一段圓柱定位，機(jī)體缸孔上止口支承。機(jī)體缸孔上止口與缸套凸緣外圓為間隙配合，其間隙一般為0.015～0.043 mm，缸套的密封，大都是依靠底凸緣底面與機(jī)體上止口支承面在缸蓋螺栓緊固后來實(shí)現(xiàn)的，故對兩支承面的加工精度和表面粗糙度要求較高。氣缸套裝入機(jī)體上的氣缸套座孔，頂面略高出氣缸體平面（缸套凸出高）約0.05～0.15 mm，使氣缸墊片在這里壓得更緊，密封性更可靠。濕式氣缸套下凸緣上，通常有2～3道圓環(huán)槽，槽中裝入耐熱、耐油的橡膠水封圈（防水膠圈），起到密封作用。

該系列機(jī)型機(jī)體為平分式結(jié)構(gòu)，缸孔加工成上止口支承定位缸套的缸孔，同時(shí)設(shè)計(jì)成與濕式缸套配合使用，機(jī)體與缸套為間隙配合；缸套壁厚為8.50 mm。定位方式為上部外圓表面兩個(gè)凸出的圓環(huán)密封定位，下部采用下面一段圓柱定位。支承方式為機(jī)體缸孔上止口支承。缸套凸出高度要求在0.02～0.08 mm范圍內(nèi)。缸套的密封，是依靠凸緣底面與機(jī)體上止口支承面在缸蓋螺栓緊固后來實(shí)現(xiàn)的，氣缸套下部采用2道防水膠圈來密封（見圖3）。

圖3 某系列機(jī)型發(fā)動(dòng)機(jī)缸套與機(jī)體配合形式

調(diào)查發(fā)現(xiàn)：

（1）濰柴機(jī)采用干式氣缸套，氣缸外壁與冷卻水不直接接觸，漏水現(xiàn)象很多是缸蓋、缸墊的問題，因干式缸套不會(huì)從缸套周邊漏水。

（2）康明斯、錫柴機(jī)雖采用濕式缸套，但沒出現(xiàn)批量從缸套周邊漏水的故障。

（3）該系列機(jī)型批量發(fā)生從缸套周邊漏水故障，而其他各系列機(jī)型卻沒有。

3 多次整改效果不理想的原因探析

針對上述出現(xiàn)的“缸蓋與機(jī)體接合面滲水”故障問題，我們進(jìn)行了多次整改，主要改進(jìn)方法是：

（1）從2008年5月開始，采用3道封水圈的缸套裝機(jī)；

（2）從2010年1月開始，采用改進(jìn)后的氣缸墊和氣缸蓋裝機(jī)；

（3）從2010年12月開始，采用轉(zhuǎn)角法擰緊缸蓋螺栓。

整改后，情況有所好轉(zhuǎn)，但均未能徹底解決。我們對其產(chǎn)生的原因，多次再做了探析。

3.1 缸套凸出高度

該系列缸套凸出高度要求在0.02～0.08 mm，為理論值0.05～0.15 mm的下限值，預(yù)壓量偏小。在實(shí)踐中測得實(shí)際缸套凸出高度均低于0.05 mm，在預(yù)緊力的作用下，就有可能會(huì)出現(xiàn)氣缸墊片壓得不夠緊，造成缸蓋與機(jī)體面密封性差，引起沖缸墊或損壞。在柴油機(jī)工作時(shí)，氣缸內(nèi)的高溫高壓的燃?xì)馀c水路相通，造成副水箱出現(xiàn)“氣泡”，在急加油門突然收油門時(shí)，出現(xiàn)“反水”的現(xiàn)象，同時(shí)也會(huì)造成“缸蓋與機(jī)體接合面滲水”的故障。

3.2 支撐面密封與缸套定位

該系列機(jī)型系列缸套定位和支承面，存在結(jié)構(gòu)上不合理、密封不良的問題，造成冷卻水上竄至缸墊而滲水。

經(jīng)調(diào)查，玉柴、濰柴、康明斯、錫柴廠家同類型六缸柴油機(jī)主要參數(shù)，見表2所列。

表2 主要柴油機(jī)廠家六缸柴油機(jī)主要參數(shù)對比表

3.2 .1對支撐面密封的分析

（1）在對比后發(fā)現(xiàn)：在最高排量、功率、轉(zhuǎn)速、扭矩上，玉柴均比濰柴高，但缸徑比濰柴小，行程比濰柴長，說明玉柴主要是通過提高行程來實(shí)現(xiàn)這些指標(biāo)的。

（2）調(diào)查了玉柴、濰柴、康明斯、錫柴廠家同類型六缸機(jī)缸套結(jié)構(gòu)（見表3），經(jīng)對比后發(fā)現(xiàn)：該系列機(jī)型機(jī)采用濕式缸套，行程達(dá)到145 mm，缸套采用上止口支承。

表3 主要柴油機(jī)廠家六缸柴油機(jī)缸套機(jī)構(gòu)對比表

（3）按機(jī)型功率統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)滲水故障率隨著機(jī)型功率段增大而升高（如圖4）。

圖4 該系列機(jī)型各功率段故障率情況

由此可知，隨著功率段增大，機(jī)子滲水故障率也隨著升高。也就是說，在柴油機(jī)工作時(shí)，功率越大，氣缸內(nèi)的爆壓隨著增大，同時(shí)氣缸的振動(dòng)量也隨著增大，在壓縮行程和作功行程上下推力的作用下，缸套在機(jī)體缸孔內(nèi)存在上下顫抖越大，出現(xiàn)縫隙接觸現(xiàn)象。當(dāng)氣缸蓋螺栓緊固氣缸墊與機(jī)體頂面接觸壓力不足時(shí)，缸套在機(jī)體缸孔內(nèi)上下顫抖量更大，缸套支承面出現(xiàn)縫隙接觸的幾率也就更大，導(dǎo)致密封不良，冷卻水在壓力的作用下，從下而上竄到機(jī)體面上，氣缸墊也同時(shí)出現(xiàn)縫隙接觸，造成“缸蓋與機(jī)體接合面滲水”的故障。

3.2 .2對缸套下部分不滲水的分析

關(guān)于缸套下部分不滲水的問題，是因?yàn)椴裼蜋C(jī)爆壓時(shí)，活塞工作部分更多是在缸套上半部分，該部分受到的抖動(dòng)大、溫度比下半部分更高，缸套支承面產(chǎn)生縫隙接觸幾率也就更大，所以就容易造成滲水。經(jīng)分析可知：

（1）康明斯雖采用濕式缸套，但其支承面是設(shè)在中部，抗抖動(dòng)性好，因此缸套支承面密封性好，不會(huì)輕易出現(xiàn)從缸套周邊漏水故障。

（2）錫柴雖采用濕式缸套，但其缸徑、排量較小，受到抖動(dòng)也較小，因此出現(xiàn)從缸套周邊漏水故障較少。

（3）對比相近行程的YC6L機(jī)上，缸套也是采用中部支承定位，沒有輕易出現(xiàn)從缸套周邊漏水故障。

看來，我們在設(shè)計(jì)該系列機(jī)型缸套支承定位上沒有繼承好，只考慮了改進(jìn)的一方面，而忽略了由此帶來的另一方面的問題，存在先天設(shè)計(jì)不足的問題。

3.3 維修裝配的工藝不當(dāng)

在走訪全國各地服務(wù)站的過程中，發(fā)現(xiàn)有部分服務(wù)站在維修過程中存在以下問題，這都會(huì)引起柴油機(jī)發(fā)生“缸蓋與機(jī)體接合面滲水”的故障。

（1）對機(jī)體、缸蓋平面檢查不到位，沒有按照檢查平面度“一般要求控制在100 mm長度內(nèi)，不平度不能超出0.04 mm”范圍內(nèi)執(zhí)行；缸套凸出高度，基本上沒有用百分表檢測（標(biāo)準(zhǔn)值為0.05～0.12 mm），出現(xiàn)了部分超差值較大，缸套凸出高度不符合要求的現(xiàn)象；

（2）拆檢缸蓋后，發(fā)現(xiàn)缸套與機(jī)體上止口上部位周邊出現(xiàn)水銹，沒有及時(shí)對缸套拆下檢查第一道防水圈是否燒蝕或損壞和查找其他原因；

（3）對機(jī)體、缸蓋、機(jī)體缸孔、缸套、螺釘孔（螺釘孔過深，是無法清洗或吹干凈的）和缸蓋螺栓，清洗不夠干凈，沒有及時(shí)更換全部缸蓋螺栓；

（4）對缸蓋螺栓力矩要求的擰緊力矩不足，出現(xiàn)有假力矩現(xiàn)象，大部分服務(wù)站的力矩扳手還是使用老式的“普通力矩公斤扳手”，無法滿足現(xiàn)狀要求。

4 處理技巧

針對目前該系列機(jī)型機(jī)出現(xiàn)的“缸蓋與機(jī)體接合面滲水”故障，在維修過程中，我們總結(jié)了注意“5個(gè)確?！钡奶幚砑记?，并且加以靈活應(yīng)用。

（1）確保柴油機(jī)機(jī)體和缸蓋的平面度要求。在維修過程中，對機(jī)體和缸蓋平面度必須進(jìn)行檢查和測量。檢查其是否存在缺陷或出現(xiàn)翹曲變形，測量平面度一般要求控制在100 mm長度內(nèi)，不平度不能超出0.04 mm范圍，如果在變形量超差不大的情況下，必要時(shí)進(jìn)行修磨平整，達(dá)到技術(shù)要求，或更換相關(guān)新件；

（2）確保缸套凸出高度。用百分表檢測缸套凸出高度，要求在0.05～0.12 mm范圍內(nèi)為合格，若出現(xiàn)超差，必須拆檢缸套查找原因處理，清理干凈機(jī)體缸孔止口位置，可用比較法更換新缸套試驗(yàn)，若無法達(dá)到技術(shù)要求時(shí)，則更換新機(jī)體處理；

總的來說，該算法占用資源少、處理速度快，尤其適用于在圖像目標(biāo)的檢測場合中實(shí)現(xiàn)硬件加速，因此該算法不僅適用于在線紙病檢測系統(tǒng)，同時(shí)也適用于其他實(shí)時(shí)性較強(qiáng)的應(yīng)用中，可以針對不同的應(yīng)用場合靈活控制分塊的數(shù)量，完成對圖像目標(biāo)的檢測和提取，以提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。

（3）確保缸墊的密封。拆檢缸蓋后，若發(fā)現(xiàn)缸套與機(jī)體上止口上部位周邊出現(xiàn)水銹，必須及時(shí)拆下缸套，檢查第一道防水圈是否燒蝕或損壞，缸套支承面是否密封良好，確保缸墊密封性；

（4）確保零部件的清潔。對機(jī)體、缸蓋、機(jī)體缸孔、缸套、螺釘孔、缸蓋螺栓必須進(jìn)行清理，或清洗吹干凈，

（5）確保缸蓋螺栓力矩足夠。更換新缸蓋墊片，必須同時(shí)全部更換新的缸蓋螺栓，防止出現(xiàn)假力矩，力矩扳手則要求服務(wù)站選擇280～760 N·m的牌號(hào)可調(diào)整力矩扳手，擰緊方法為由中間向兩端對稱交叉地進(jìn)行擰緊，且分3～4次逐次擰緊到規(guī)定值。力矩值的要求是：主螺栓300～350 N·m，副螺栓150～180 N·m即可。

5 處理案例

5.1 案例之一

上海交通大眾汽車服務(wù)有限公司滬B97498車號(hào)13M金龍13m XMQ6140客車配該系列機(jī)型390-30出現(xiàn)滲水故障的處理。

（1）該車的維修歷史：

2011年3月13日該車行駛17萬km，修理廠檢修發(fā)現(xiàn)第四、五缸出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，作更換第四、五缸氣缸墊及缸套、活塞、活塞環(huán)的處理；

2011年3月14日該車維修結(jié)束，用戶行駛不到30 km，第四、五缸又出現(xiàn)滲水，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)第六缸也出現(xiàn)滲水，再次作更換氣缸墊的處理。

2011年5月29日該車又出現(xiàn)第二、三缸這兩個(gè)缸之間出現(xiàn)滲水，修理廠請求玉柴派專家前往現(xiàn)場會(huì)診。

其一是更換“四配套”防水圈、6個(gè)缸套、6個(gè)氣缸墊與全部缸蓋螺栓；

其二是應(yīng)用故障維修處理的技巧中“五個(gè)確保”的方法，進(jìn)行處理。

（3）處理結(jié)果。經(jīng)跟蹤回訪，該車輛行駛3萬多km，共歷時(shí)2個(gè)月，到目前為止沒有出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，用戶表示滿意。

5.2 案例之二

龍巖市暢豐車隊(duì)閩F51113牽引車（拖頭車），格爾發(fā)HFC4250KR1K3汽車配套該系列機(jī)型340-33發(fā)動(dòng)機(jī)，出現(xiàn)缸墊漏水現(xiàn)象的處理。

（1）該車的維修歷史：

2011年4月1日，車輛已運(yùn)行了40 133 km，出現(xiàn)了第一、第二、第三缸的氣缸墊滲水現(xiàn)象，客戶開車到龍巖新宇服務(wù)站處理，當(dāng)時(shí)更換氣缸墊；

2011年4月2日，該車維修結(jié)束，用戶行駛一天多時(shí)間，第四缸又出現(xiàn)滲水，更換氣缸并且上膠處理；

2011年4月17日，車輛運(yùn)行44 501 km，又出現(xiàn)第二、三缸缸墊滲水，更換氣缸墊處理；

2011年5月16日，客戶又反映，發(fā)動(dòng)機(jī)一、三缸缸墊漏水，運(yùn)行了52 463 km。

（2）處理方法：

其一，更換6個(gè)氣缸墊和全部缸蓋螺栓；

其二，應(yīng)用故障維修處理的技巧中“五個(gè)確?！钡姆椒?，進(jìn)行處理。

（3）處理結(jié)果。經(jīng)跟蹤回訪，車輛已行駛了2萬多km，共歷時(shí)2個(gè)多月，沒有出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，用戶表示滿意。

6 初步結(jié)論

從服務(wù)的實(shí)踐上看，按上述方法處理該系列機(jī)型柴油機(jī)“滲水”故障，至目前為止都是切實(shí)有效的?？梢姡?/p>

（1）氣缸蓋與氣缸體缺陷、氣缸墊材質(zhì)不達(dá)標(biāo)、密封性不良、維修裝配工藝不當(dāng)這3種情形，在該系列機(jī)型機(jī)中發(fā)生缸墊滲水，屬偶發(fā)性的，采取正確的技術(shù)工藝規(guī)范，是可以控制的。

（2）該系列機(jī)型氣缸套定位支承，設(shè)在上部而不是在中部定位，由于行程大，活塞工作時(shí)產(chǎn)生抖動(dòng)，正對曲軸曲拐方向的缸套壁受徑向壓迫力較大，造成缸套傾斜，從而密封不好；缸蓋螺栓過長且技術(shù)要求擰緊力矩達(dá)到上限、缸套凸出高度過小，經(jīng)過一段工作時(shí)間后會(huì)產(chǎn)生失效，這3種情形容易引起缸套上部支承面滲水，屬系統(tǒng)性長期潛在故障，需通過設(shè)計(jì)的更改，方可加以解決。

7 改進(jìn)意見

（1）嚴(yán)格控制缸套凸緣底面和機(jī)體上止口支承面的加工精度和表面粗糙度，確保兩者密封可靠；

（2）嚴(yán)格控制缸套突出高度，氣缸套裝入機(jī)體上的氣缸套座孔，頂面略高出氣缸體平面，用百分表檢測缸套凸出高度，要求在0.05～0.12 mm范圍內(nèi)，方為合格；

（3）改進(jìn)缸蓋螺栓結(jié)構(gòu)，螺栓加粗，縮短長度，提高螺栓強(qiáng)度和韌性，使氣缸墊片在這里壓得更緊，密封性更可靠；

（4）改進(jìn)機(jī)體缸孔和缸套結(jié)構(gòu)，在缸套中部位置增加一道約20～50 mm的定位圈，在非工作面開設(shè)通道，讓冷卻水流通，解決缸套行程過長，在柴油機(jī)工作時(shí)壓縮行程和作功行程上下推力的作用下，缸套在機(jī)體缸孔內(nèi)存在上下顫抖出現(xiàn)縫隙接觸問題，同時(shí)確保了缸套的穩(wěn)定性，對解決降低機(jī)油耗和燃油耗高的問題，有著很大的幫助作用；

（5）也可以考慮把一缸一蓋改為六缸一蓋。

8 結(jié)束語

通過多年工作實(shí)踐，使筆者深深體會(huì)到，柴油機(jī)產(chǎn)品品質(zhì)的提高，總是在實(shí)踐—改進(jìn)—提高—再實(shí)踐—再改進(jìn)—再提高的良性循環(huán)過程中成熟的。而個(gè)人的成長，也同樣是在學(xué)習(xí)—實(shí)踐—提高—再學(xué)習(xí)—再實(shí)踐—再提高的良性循環(huán)過程中，積累工作經(jīng)驗(yàn)。筆者結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，就柴油機(jī)缸墊漏水故障，提出了一些維修技巧和改進(jìn)意見，希望對維修服務(wù)人員處理故障和產(chǎn)品的設(shè)計(jì)改進(jìn)，能產(chǎn)生借鑒作用。

[1]蔣向佩.汽車柴油機(jī)構(gòu)造與使用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.

[2]楊智勇.發(fā)動(dòng)機(jī)維修手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[3]徐寅生，孫志誠.玉柴柴油發(fā)動(dòng)機(jī)維修精要[M].北京：金盾出版社，2011.