柴油機拉缸故障的診斷排除與機理分析

張宏春

（江蘇省交通技師學院車輛工程系，江蘇鎮(zhèn)江 212028）

1 故障現(xiàn)象

一臺配備六缸柴油機、采用傳統(tǒng)柱塞泵燃油系統(tǒng)的ZL50C型裝載機，在連續(xù)作業(yè)5 h 后發(fā)動機突然熄火，再次啟動發(fā)動機無反應。打開飛輪殼檢查孔，檢查發(fā)現(xiàn)飛輪不能轉動。

2 故障部位檢查

飛輪不能轉動的可能原因：①曲軸與連桿軸承或主軸承抱死；②活塞與汽缸發(fā)生了嚴重拉缸而卡死；③有異物落入汽缸將活塞頂死；④發(fā)動機與起動機卡死。為了確定故障的具體部位，對發(fā)動機進行拆檢。根據(jù)故障檢查“由表及里，由簡到繁”的基本原則進行排查。

（1）檢查起動機。拆下起動機，檢查小驅動齒輪伸縮情況良好，起動機空載試驗運轉正常。

（2）檢查汽缸蓋。拆下發(fā)動機汽缸蓋，檢查缸蓋上氣門完好。

（3）檢查汽缸。放掉機油，拆下油底殼，從汽缸上、下兩個方向目測和手感汽缸內壁磨損情況，發(fā)現(xiàn)第三、四、五缸均有“拉缸”現(xiàn)象。

（4）檢查連桿軸承和主軸承。如果有燒瓦、抱軸情況，軸承蓋表面顏色會有改變，還有可能是軸瓦粘在曲軸上，軸瓦與軸承蓋發(fā)生相對轉動。因此，先觀察軸承蓋的顏色，然后拆下所有軸承檢查，未發(fā)現(xiàn)燒瓦、抱軸現(xiàn)象。

通過以上檢查，確定故障是活塞與汽缸發(fā)生嚴重“拉缸”。

3 故障分析

在日常應用中，柴油機“拉缸”故障并不常見。從摩擦學的角度分析，“拉缸”是汽缸與活塞間發(fā)生干摩擦，干摩擦導致“粘附與熔著磨損”，磨損機理如圖1 所示。

圖1 粘附與熔著磨損過程

零件發(fā)生干摩擦時，兩個摩擦面在載荷作用下擠壓在一起，相對運動又會使摩擦面間產(chǎn)生大量熱量，兩摩擦面間的分子會在壓力和高溫的作用下粘接或熔焊在一起，又會在相對運動中被撕裂而造成零件表面的破壞。撕裂過程中還會產(chǎn)生小的金屬顆粒，金屬顆粒又會在兩摩擦面間充當磨料，造成磨料磨損。嚴重的粘附與熔著磨損會造成運動副咬死，發(fā)生在活塞與汽缸間的“粘附與熔著磨損”通常稱為“拉缸”。

引起“粘附與熔著磨損”的根本原因是摩擦副間缺少持續(xù)且強度足夠的油膜。原因有以下4 個方面：

（1）機油品質問題。隨著使用時間的延長，由于機油受到高溫和燃燒產(chǎn)物等作用，機油性能會逐漸劣化；同時，機油中的雜質，如積炭、冷卻液、燃油、磨損下來的金屬和非金屬材料等，也會使機油性能劣化。劣化的表現(xiàn)是油膜強度下降，導致油膜承載能力不足使兩個摩擦件發(fā)生直接接觸磨損。

（2）機油油量不足。絕大多數(shù)發(fā)動機的活塞與汽缸間的潤滑是用曲軸打擊油底殼中的油面，使油液飛濺至汽缸壁而保證其潤滑。油量不足可能導致飛濺至汽缸壁上的油量減少。油底殼中的油量不足還可導致機油泵吸空，造成機油壓力波動或下降。

（3）機油壓力不足。油壓不足會使其他需要壓力潤滑的表面得不到充足的潤滑油，進而發(fā)生干摩擦，干摩擦會加大運動阻力，同時也會使機件的溫度升高，溫度升高對油膜的形成又起到削弱效果，如此惡性循環(huán)會快速地使發(fā)動機發(fā)生故障。

（4）機油溫度過高。機油溫度過高與發(fā)動機溫度過高有極其緊密的關聯(lián)度。機油溫度過高，會使機油黏度下降，導致油膜變薄、承載能力下降，甚至根本無法建立油膜，使零件發(fā)生干磨。

4 故障診斷與排除

駕駛人員反應近期發(fā)動機工作溫度偏高，結合故障分析，“溫度偏高”成為關注的重點，決定對發(fā)動機進行進一步拆檢。

4.1 檢查冷卻系統(tǒng)

（1）冷卻液液位檢查。液位檢查應在發(fā)動機非運轉的冷態(tài)下進行。打開主水箱蓋前，務必確認冷卻液的溫度已下降到50 ℃以下，也就是手感到不燙為宜。檢查主水箱、副水箱液位符合要求。

（2）冷卻液質量檢查。優(yōu)質的冷卻液應清澈透明且無異味。目視檢查冷卻液比較清澈，未發(fā)現(xiàn)變濁、發(fā)泡、有懸浮物等情況，也未聞到刺激性氣味，斷定冷卻液品質沒問題。

（3）檢查水泵及風扇。檢查水泵外觀有無泄漏情況，搖動水泵軸無松動情況，檢查風扇皮帶張緊度，發(fā)現(xiàn)皮帶稍松，隨后進行了調整。

（4）檢查節(jié)溫器。節(jié)溫器的使用壽命一般為5 年左右，使用時間太長其閥門的開閉靈敏度會下降，開度也會變小。經(jīng)過資料查詢，該發(fā)動機節(jié)溫器在80±2 ℃時開啟行程為1 mm；95 ℃時達到全開，升程為10 mm。檢查節(jié)溫器閥門開閉正常。

4.2 檢查潤滑系統(tǒng)

（1）檢查機油泵。拆下機油泵，用手搖動油泵驅動齒輪，未發(fā)現(xiàn)有松動情況；將機油泵灌滿機油，轉動驅動齒輪，感覺阻力較大，因現(xiàn)場不具備進一步試驗的條件，初步判斷機油泵未損壞。

（2）檢查機油濾清器。拆下機油濾清器，檢查并清洗進出口和閥門未發(fā)現(xiàn)異常；更換濾芯后裝復。

（3）檢查機油。檢查油位油位足夠。用油尺滴一點油在手指上捻動，發(fā)現(xiàn)有金屬閃光，判斷是拉缸磨損下的金屬顆粒，同時發(fā)現(xiàn)機油黏度較低。黏度降低可能是機油變質的結果，也可能是燃油進入的結果。因為黏度降低對油膜的形成有極其不利的影響，因此黏度降低必須引起高度重視。

4.3 更換零部件并試車

進一步解體發(fā)動機，更換全部活塞與缸套，更換機油與濾清器，發(fā)動機能正常起動。發(fā)動機空載運轉約15 min 后，水溫升至85 ℃以上，觀察機油壓力，怠速時機油壓力低于0.05 MPa，懷疑潤滑系統(tǒng)還存在問題。再觀察發(fā)現(xiàn)柴油機煙色依然較深。正常情況下，發(fā)動機運行之初溫度較低、燃油霧化不良，不完全燃燒導致排煙偏黑，但溫度升高后，煙色應逐漸變淡。由此判斷發(fā)動機燃油系統(tǒng)可能有問題。

根據(jù)檢查情況，懷疑機油泵工作不良，更換機油泵后再次起動發(fā)動機，機油壓力正常，水溫略有下降。重新投入作業(yè)約10 min后，發(fā)動機再次“開鍋”。

發(fā)動機“開鍋”指冷卻液沸騰現(xiàn)象，說明發(fā)動機溫度過高，很有可能是導致本次拉缸抱死的原因之一。引起發(fā)動機溫度過高的原因：一是熱量不能散發(fā)，也就是冷卻、潤滑系統(tǒng)出現(xiàn)了問題；二是熱量過多地產(chǎn)生，屬于燃燒問題，如噴入的油量過大、噴入的時間較遲等。潤滑系統(tǒng)已檢修完成，下一步排查冷卻系統(tǒng)。

4.4 清洗冷卻系統(tǒng)

經(jīng)過前面的檢查，冷卻系統(tǒng)部件均無異常，于是推測發(fā)動機“開鍋”可能是冷卻系統(tǒng)內部有水垢或臟污引起，水垢或臟污會導致散熱不良引起發(fā)動機高溫。于是決定用水箱清洗劑對冷卻系統(tǒng)進行清洗，清洗方法：①放盡舊的冷卻液；②注入清水2/3時，加入水箱清潔劑，然后將水注滿；③起動發(fā)動機，使水溫上升至85～90 ℃，保持運轉5 min 左右；④放盡清潔劑，然后加入清水，起動發(fā)動機運行5 min 后放盡，該過程再重復2 次；⑤經(jīng)3次反復清洗，放出的冷卻水已經(jīng)清澈，清洗工作完成；⑥加注新的冷卻液。在加冷卻液快滿的時候，將發(fā)動機運行2～3 min，使冷卻液循環(huán)，冷卻液循環(huán)時會把冷卻系內的空氣排出，并使冷卻液液面降低，然后按標準補足；⑦用水槍對水箱外部進行沖洗，注意壓力不能太高，否則可能使散熱片受損。

清洗冷卻系統(tǒng)后再行試車。運行約15 min，發(fā)動機“開鍋”現(xiàn)象依舊。

4.5 檢修燃油系統(tǒng)

（1）檢查噴油器。將各缸的噴油器從缸蓋上拆下，觀察外觀發(fā)現(xiàn)第三、四、五缸噴油器噴嘴有積炭和燒蝕情況。對這幾個噴油器進行外部清洗，松開高壓泵上的油管接頭，轉動180°再將噴油器裝上，讓噴油器對著空中，接通起動機，觀察噴油情況，發(fā)現(xiàn)第三、四、五缸噴油器的噴油有的呈線狀、有的呈放射狀，均屬于嚴重霧化不良。更換全套噴油器。

（2）檢查噴油泵。將噴油泵送專業(yè)機構檢測、調校。檢查結果是噴油泵噴油量總體過大，各缸供油量不均，更換柱塞偶件，并按標準數(shù)值對噴油泵怠速轉速、高速轉速、怠速供油量、最大供油量、起動供油量等進行調整。

（3）更換噴油器、安裝噴油泵、調整供油提前角。

4.6 試車

修復調校噴油泵后再行試車，故障排除?？蛰d運轉約30 min后，發(fā)動機煙色正常，水溫正常；機油壓力怠速時為0.15 MPa，加速到1800 r/min 時為0.45 MPa，機油壓力正常。進行1 h 作業(yè)試驗，發(fā)動機動力良好。該車使用1 周后回訪，運轉正常，故障得以排除。

5 故障機理分析

通過故障診斷與排除，這起拉缸故障機理分析如下：①機油泵工作不良使機油壓力不足，壓力不足導致潤滑效果變差，機件磨損加劇、溫度升高；②噴入燃油量過大，熱量過多引發(fā)發(fā)動機過熱；③噴油器工作不良，燃油燃燒時間長，補燃期嚴重增加使發(fā)動機本身溫度升高；④燃油油量大、霧化不良造成大量液態(tài)燃油沖洗汽缸壁，油膜遭到嚴重破壞，造成發(fā)動機“拉缸”。

隨著機油泵由使用時間的延長，其性能下降導致泵輸出壓力下降容易理解，噴油器的燒損也不難見，噴油泵供油量隨著使用時間延長，因零件磨損理應下降，增加則是反常，原因是該發(fā)動機曾因功率不足進行過供油量調整，噴油泵的供油量被有意加大，超出了原規(guī)定值。因此本例故障的主因是噴油泵供油量過大，次因機油泵壓力不足，因為壓力不足使機油對零件的潤滑作用、清洗和冷卻作用下降，促使發(fā)動機溫度升高。

6 結束語

分析柴油機“拉缸”的原因，探究故障機理，給出故障診斷與排除的過程與方法，為設備維修人員提供一定的參考。同時提醒注意，噴油泵供油量及其他參數(shù)的調整必須嚴格遵循有關標準，切不可隨意地通過加大供油量來加大發(fā)動機功率。依據(jù)發(fā)動機維護保養(yǎng)說明書的要求，按時、按項進行維護保養(yǎng)是保證設備良好運轉的正確途徑。