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柴油机燃烧组件常见故障排除

在运输行业日益壮大的时代，船舶已经成为我们生活中不可缺少的交通工具。而作为船舶航行主要动力来源的柴油机也变的愈发重要。
1. 气缸套
1.1 汽缸套功用
气缸套是一个圆筒形零件，置于机体的气缸体孔中，上由气缸盖压紧固定。活塞在其内孔作往复运动，其外有冷却水冷却。

湿式汽缸套
气缸套的功用有:1.与缸盖、活塞共同构成气缸工作空间;2. 筒形活塞柴油机的气缸套承受活塞侧推力，成为活塞往复运动的导程；3. 将活塞组件及本身的热量传给冷却水，使之工作温度适当；4. 二冲程柴油机的气缸套布置有气口，由活塞启闭，实现配气。
1.2 气缸套的工作条件
气缸套内表受高温高压燃气直接作用，并始终与活塞环及活塞裙部发生高速滑动摩擦。外表与冷却水接触，在较大温差下产生严重热应力，受冷却水腐蚀。活塞对缸套的侧推力不仅加剧其内表摩擦，并使其产生弯曲。侧推力改变方向时，活塞还撞击缸套。此外还受到较大的安装预紧力。
气体压力使气缸壁产生切向拉应力和径向压应力，并且在内表面最大，这种应力都是高频脉动应力。
因缸壁内外温差产生极大的热应力，一般温度下使内表面产生压应力而冷却面存在拉应力。但在特高气温下，近内表面金属蠕变塑性变形，而冷却后即在内表面形成残余拉应力，这种随起动、停车变化引起的低频应力会使材料疲劳。

1.3 对气缸套的要求
气缸套应有足够的强度、刚度和耐热性能，还应具有较好的耐磨性能。工作中应有良好润滑和冷却。
缸套一般采用含磷或含硼的耐磨合金铸铁作材料，如 HT25－47、HP-CuCrMo 等。缸套的内表有时还进行镀铬（松孔镀铬、贮油网点镀铬）, 氮化或磷化等处理，以提高耐磨性能。缸套内表硬度通常要求大于HB200，且与活塞环硬度有良好匹配。内表面还应有适当的粗糙度，使其具有一定贮油能力和磨合性能。内表面应有足够的圆度和圆柱度精度，安装支承面对内孔中心应有较高的位置精度。
1.4 气缸套结构形式
气缸内表面由于受高温高压燃气的作用并与高速运动的活塞接触而极易磨损。为提高气缸的耐磨性和延长气缸的使用寿命而又有不同的气缸结构形式和表面处理方法。气缸结构形式有三种：无气缸套式、干气缸套式、湿气缸套式。
无气缸套式机体即不镶嵌任何气缸套的机体，在机体上直接加工出气缸，优点是可以缩短气缸中心距，使机体尺寸和质量减小。但成本较高。
干式气缸套不与冷却液接触，壁厚为2~3mm，外表面和气缸套座孔内表面均须精加工，以保证必要的位型精度和便于拆装。优点是机体刚度大，气缸中心距小，质量轻，加工工艺简单。缺点是传热较差，温度分布不均匀，容易发生局部形变。
湿式气缸套外壁与冷却液直接接触，壁厚5~8mm，利用上下定位环带实现径向定位，轴向定位靠气缸套上部凸缘与机体顶部相应的支承面配合实现。湿式气缸套的优点是机体上没有密封水套，容易铸造，传热好，温度分布比较均匀，修理方便，不必将发动机从汽车上拆下就可更换气缸套。缺点是机体刚度差，容易漏水。
1.5 气缸套磨损的原因分析
气缸套的工作环境十分恶劣，造成磨损的原因也很多。通常由于构造原因允许有正常的磨损，但使用和维修不当，就会造成非正常磨损。缸套磨损

1.5.1 构造原因引起的磨损
(1)润滑条件不好，使气缸套上部磨损严重。气缸套上部邻近燃烧室，温度很高，润滑条件很差。新鲜空气和未蒸发的燃料冲刷和稀释，加剧了上部条件的恶化，使气缸上都处于干摩擦或半干摩擦状态，这是造成气缸上部磨损严重的原因。
(2)上部承受压力大，使气缸磨损呈上重下轻。活塞环在自身弹力和背压的作用下紧压在缸壁上，正压力越大，润滑油膜形成和保持越困难，机械磨损加剧。在作功行程中，随着活塞下行，正压力逐渐降低，因而气缸磨损呈上重下轻。
(3)矿物酸和有机酸使气缸表面腐蚀剥落。气缸内可燃混合气燃烧后，产生水蒸气和酸性氧化物，它们溶于水中生成矿物酸，加上燃烧中生成的有机酸，对气缸表面产生腐蚀作用，腐蚀物在摩擦中逐步被活塞环刮掉，造成气缸套变形。
(4)进入机械杂质，使气缸中部磨损加剧。空气中的灰尘、润滑油中的杂质等，进入活塞和缸壁间造成磨料磨损。灰尘或杂质随活塞在气缸中往复运动时，由于在气缸中部位置的运动速度最大，故加剧了气缸中部的磨损。
1.5.2 使用不当引起的磨损
(1)润滑油滤清器滤清效果差。若润滑油滤清器工作不正常，润滑油得不到有效的过滤，含有大量硬质颗粒的润滑油必然使气缸套内璧磨损加剧。
(2)空气滤清器滤清效率低。空气滤清器的作用是清除进入气缸的空气中所含的尘土和沙粒，以减少气缸、活塞和活塞环等零件的磨损。实验表明，发动机若不装空气滤清器，气缸的磨损将增加6-8倍。空气滤清器长期得不到清洗保养，滤清效果差，将加速气缸套的磨损。
(3)长时间低温运转。长时间地低温运转，一是造成燃烧不良，积碳从气缸套上部开始蔓延，使气缸套上部产生严重的磨料磨损;二是引起电化学腐蚀。
(4)经常使用劣质润滑油。有的车主为图省事省钱，常在路边小店或向不法油贩购买劣质润滑油使用，结果造成缸套上部强烈腐蚀，其磨损量比正常值大1-2倍。
1.5.3 维修不当引起的磨损
(1)气缸套安装位置不当。在安装气缸套时，若存在安装误差，气缸中心线和曲轴轴线不垂直，会造成气缸套非正常磨损。
(2)连杆铜套孔偏斜。在修理中，铰削连杆小头铜套时，铰刀倾斜而造成连杆铜套孔偏斜，活塞销中心线与连杆小头中心线不平行，迫使活塞向气缸套的某一边倾斜，也会造成气缸套非正常磨损。
(3)连杆弯曲变形。由于飞车事故或其它原因，受撞击的连杆会产生弯曲变形，若不及时校正而继续使用，也会加速气缸套的磨损。

1.6 减轻气缸套磨损的措施
(1)正确起动和起步
机冷车起动时，由于温度低，机油粘度大，流动性差，使机油泵供油不足。同时，原气缸壁上的机油在停车后沿气缸壁下流，因此在起动的瞬间得不到正常工作时那样良好的润滑，致使起动时气缸璧磨损大大增加。因此，初次起动时，应先使发动机空转几圈，待摩擦表面得到润滑后再起动。起动后应怠速运转升温，严禁猛轰油口，待机油温度达到40℃时再起步;起步应坚持挂低速档，并循序每一档位行驶一段里程，直到油温正常，方可转为正常行驶。
(2)正确选用润滑油
要严格按季节和发动机性能要求选用最佳粘度值的润滑油，不可随意购用劣质润滑油，并经常检查和保持润滑油的数量与质量。
(3) 强滤清器的保养
使空气滤清器、机油滤清器和燃油滤清器保持良好的工作状态，对减轻气缸套的磨损至关重要。加强对“三滤”的保养，是防止机械杂质进入气缸，减轻气缸磨损，延长发动机使用寿命的一项重要措施，在农村和多风沙地区尤为重要。有的驾驶员为了节约燃料而不装空气滤清器是绝对错误的。
(4) 保持发动机正常工作温度
发动机的正常工作温度应处在80-90℃。温度过低，不能保持良好的润滑，会增大气缸壁的磨损，气缸内的水蒸气易凝结成水珠，溶解废气中的酸性气体分子，生成酸性物质，使气缸璧受到腐蚀磨损。试验表明，当气缸璧温度由90℃降到50℃时，气缸磨损量为90℃时的4倍。温度过高，会使气缸强度降低而加剧磨损，甚至可能使活塞过度膨胀而造成“胀缸”事故。
(5) 提高保修质量
在使用过程中，及时发现问题及时予以排除，随时更换或维修损坏和变形的配件。安装气缸套时要严格按技术要求检验和装配。在保修换环作业中，要选用弹力适当的活塞环，弹力过小，使燃气窜入曲轴箱吹落气缸壁上的机油，增大气缸壁磨损;弹力过大，直接加剧气缸壁的磨损，或因气缸壁上的油膜遭到破坏而加剧其磨损。曲轴连杆轴颈和主轴颈不平行。发动机因烧瓦等原因，会使曲轴因受到剧烈的冲击而变形，若不及时校正而继续使用，同样会加速气缸套磨损。
2. 气缸盖
2.1 气缸盖的功用
气缸盖在内燃机属于配气机构,主要是用来封闭汽缸上部,构成燃烧室.并做为凸轮轴和摇臂轴还有进排气管的支撑.主要是把空气吸到汽缸内部,火花塞把可燃混合气体点燃,带动活塞做功,废气从排气管排出。气缸盖用螺栓紧固于机体顶部，成为柴油机的顶端部件，故俗称气缸头。
其功用如下：
l．封闭气缸套顶部，与活塞、缸套共同组成密闭的气缸工作空间。
2．将气缸套压紧于机体正确位置上，使活塞运动正常。
3．安装柴油机各种附件，如喷油器、进、排阀装置、气缸起动阀、示功阀、安全阀以及气阀摇臂装置等等。
4．布置进、排气道，冷却水道等。在小型高速机的气缸盖中还布置涡流室或预燃室等。因此气缸盖中孔腔、通道繁多，使其结构形状比较复杂。
2.2 气缸盖的材料要求
气缸盖是一个负荷严重而结构又十分复杂的重要机件。要求其有足够的强度、良好的耐热性；同时材料还应具有良好的浇铸工艺性。气缸盖的结构应有足够的刚性。触火面形状应符合图纸要求。有足够圆弧过度且光洁完整。受压面和各种道腔应分别符合规定的压力试验要求，各安装座孔尺寸、形状都应符合精度要求。尤其是各个阀座孔与阀锥面应保持良好的密封状态。气缸直径在400mm以下的气缸盖材料多用 HT400之类的灰铸铁；400mm以上者多用球墨铸铁，如 QT60—2等。不少大型低速柴油机采用铸钢缸盖或者采用铸铁——铸钢组合式缸盖。
2.2 气缸盖的常见故障
腐蚀是气缸盖出现的最常见问题之一。冷却气缸盖等的冷却水通常是含有SO4--和CI-等酸根离子的电解质溶液。而缸盖冷却面由于各种原因存在电位差。在电解质溶液中，电位较低的阳极将被腐蚀。例如：铸铁材料中，铁比碳化铁的电位低；受拉伸应力和拉伸变形部位的电位也较压应力变形部位的电位低；冷却水中含氧量少的部位的电位也低；这样这些部位的金属会受电化学腐蚀，在静应力下，腐蚀使材料失落处呈现麻点，安装防蚀锌块能有效地减轻电化学腐蚀。而在脉动机械应力下，麻点即成为应力集中处，成为疲劳裂纹源。在脉动应力和电化学腐蚀共同作用时，使处于晶格滑移带受腐蚀，引起金属材料的抗疲劳强度显著下降，这种现象称为腐蚀疲劳。高温燃气对气缸盖底面也有较强的化学腐蚀作用。
磨损也是气缸盖常见故障。一般有气门间隙过大或过小,导致气门异响;还有就是缸盖上凸轮轴位置传感器失效,不过这种情况很少,一般都是气门故障.还有比较大的故障就是油水混合了，发生这种情况一般都是缸盖与汽缸的结合面有贯通性的划伤,或者汽缸垫密封不严.这种情况就需要大拆发动机了。  气缸盖变形磨损

2.3 气缸早期磨损原因
2.3.1 导致气缸早期磨损的原因
（1）新的或大修后的发动机没有经过严格的磨合试运转就投入作业，造成气缸等零件的早期磨损。（2）长期超负荷作业。由于发动机长期超负荷作业，使机温上升、润滑油变稀、润滑不良，加速了缸套、活塞和活塞环等零件的磨损。又由于机油上升，充气系数下降，燃油与空气比例失调，燃烧不完全，气缸等零件积炭增多，引起气缸故障，从而加快了气缸的早期磨损。（3）长时间怠速运转。当发动机长时间怠速运转时，机温过低，润滑差，燃烧不完全，产生积炭多，加速了气缸的早期磨损。又由于机温低，气缸里易产生酸性物质，从而腐蚀气缸，产生麻点剥落，引起气缸的早期磨损。（4）频繁的起动。发动机熄火后，润滑油路中的机油很快流回到油底壳内，所以频繁起动，会使缸套、活塞和活塞环等零件表面处于干摩擦或半干摩擦的状态，必然加速气缸套的磨损。（5）不重视空气滤清器的保养，致使空气滤清器滤芯堵塞严重，不经滤清器的空气直接进入气缸。而空气中所含的各种灰尘杂质，其中二氧化硅占一半以上，其硬度超过钢铁，所以进入气缸里的空气，加速了气缸磨损。（6）不定期更换机油。机油使用一定时间后，逐渐老化变质，失去润滑作用，同时混入一些机械杂质引起磨料磨损。
（7）发动机起动预热期间供燃油。多缸柴油机在温度低于5℃时，必须经过充分预热后才能向气缸供油，但在预热期间供油，不仅起动困难，而且提早喷入的燃油，由于煅烧不完全，气缸积炭增多，加速了气缸的磨损。（8）发动机起动后不经预热就投入作业，因机温过低，马上加大油门，燃烧不完全，气缸积炭增多，加速了气缸磨损。（9）发动机带病作业。如连杆弯曲、扭曲、各配合零件松旷或过紧等。 （10）选用润滑油不注意规格。（11）“轰油门”。有些机手在停机前轰几下油门，企图将气缸里的余油燃烧干净，其实适得其反，由于油门忽大忽小，燃油与空气混合不均匀，燃烧不完全，产生积炭多，加速了气缸磨损。
2.3.2预防气缸早期磨损的措施
（1）新的或大修后的柴油机必须经过严格的磨合试运转后才能正式投入作。（2）定期检查保养空气滤清器、机油滤清器、柴油滤清器，使之处于良好的技术状态下工作，这是防止尘埃杂质由空气、燃油和机油通道中进入气缸，减轻气缸磨损，延长发动机使用寿命的一项重要措施。（3）定期更换油底壳机油，加入的机油必须符合说明书的要求。更换油底壳机油时，应仔细清洗油底壳及润滑油路，其方法是先放尽变质机油，用相同数量的干净柴油，倒入油底壳，起动发动机，怠速运转3—5分钟后，放尽清洗柴油，然后揩净油底壳，同时清洗机油滤清器，最后加入规定份量的机油。（4）严禁先起动后加水，否则易使气缸骤冷而裂损。（5）经常保持发动机正常工作温度，过高则机油稀释，润滑条件恶化；过低则产生酸性腐蚀，引起麻点剥落。一般适宜的工作温度为70—80℃，蒸发式发动机可稍高些。（6）起动发动机时应注意预润滑，因为当发动机熄火后，润滑系中的机油绝大部都流到油底壳，各运动副表面处于干磨擦和半干磨擦，若马上起动，必然加剧气缸等零部件磨损速度，因此在起动时先摇转曲轴数十圈，使运动副表面预先得到一定润滑。（7）起动发动机后预热一段时间，因为此时发动机温度较低，气缸等零件还未得到充分润滑，否则加快缸套、活塞、活塞环、轴颈与轴瓦磨损。当发动机温度达40℃起步，60℃正式投入作业。（8）禁止长时间超负荷作业。（9）禁止发动机长期急速运转。因为发动机长期急速运转时，喷油嘴雾化不良，燃油与空气混合不均匀，燃烧不完全，气缸易产生积炭，加剧了气缸磨损。另外长期怠速运转也加速磨损。（10）正确进行起动，并尽量减少起动次数，如停机不超过15分钟，不用熄火，以减少起动次数。起动发动机时，不要将油门放到最大位置强行起动，否则使气缸内喷入的柴油过多，导致起动不着，即使能起动，由于气缸内燃油过多，燃烧不完全，产生积炭而加剧磨损。一般来说，当气温在15℃以下时，起动开始不要加油门，空转曲轴数圈，感到轻松后再加小油门起动。（11）严禁轰油门。轰油门不仅引起连杆、曲轴变形，甚至曲轴折断，而且燃烧不完全。（12）严禁带病作业。应加强维护，及时检修，如保持活塞环开口间隙符合规定，不使用不符合要求的活塞环，以减少气缸积炭；按发动机装配工序检查活塞“偏缸”，如不符合规定，应及时查明原因予以排除；定期检查高速气门间隙与供油提前角，使燃油与空气混合均匀，燃烧正常，减少积炭；连杆、曲轴发生弯曲和扭曲时，应及时校正，并保证曲轴的轴向间隙符合技术要求。（13）作业时不允许突变油门，如因工作负荷改变需改变油门时，也应缓慢进行。（14）树立清洁意识。保养维护时，就注意保持人身、工具及零件的清洁，以免把铁屑、泥砂等磨粒带入气缸而使气缸产生早期磨损。
3 活塞
活塞是汽车发动机的“心脏”，承受交变的机械负荷和热负荷，是发动机中工作条件最恶劣的关键零部件之一。活塞的种类一般分为：柴油机活塞、汽油机活塞、通用型活塞。活塞的功用是承受气体压力，并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转，活塞顶部还是燃烧室的组成部分。工作条件活塞在高温。
3.1 活塞的工作条件
活塞在高温、高压、高速、润滑不良的条件下工作。活塞直接与高温气体接触，瞬时温度可达2500K以上，因此，受热严重，而散热条件又很差，所以活塞工作时温度很高，顶部高达600～700K，且温度分布很不均匀；活塞顶部承受气体压力很大，特别是作功行程压力最大，汽油机高达3～5MPa，柴油机高达6～9MPa，这就使得活塞产生冲击，并承受侧压力的作用；活塞在气缸内以很高的速度(8～12m/s)往复运动，且速度在不断地变化，这就产生了很大的惯性力，使活塞受到很大的附加载荷。活塞在这种恶劣的条件下工作，会产生变形并加速磨损，还会产生附加载荷和热应力，同时受到燃气的化学腐蚀作用。所以制作活塞的材料都有一定的要求：1、要有足够的强度、刚度、质量小、重量轻，以保证最小惯性力。2、导热性好、耐高温、高压、腐蚀，有充分 的散热能力,受热面积小。3、活塞与活塞壁间应有较小的摩擦系数。4、温度变化时，尺寸、形状变化要小，和汽缸壁间要保持最小的间隙。5、热膨胀系数小，比重小，具有较好的减磨性和热强度。
活塞
3.2 活塞的常见故障及其原因和措施
3.2.1. 排气量不足：
(1) 进气滤清器的故障 ：积垢堵塞，使排气量减少；吸气管太长，管径太小，致使吸气阻力增大影响了气量，要定期清洗滤清器。
(2)压缩机转速降低使排气量降低：空气压缩机使用不当，因空气压缩机的排气量是按一定的海拔高度、吸气温度、湿度设计的，当把它使用在超过上述标准的高原上时，吸气压力降低等，排气量必然降低。
(3) 气缸、活塞、活塞环磨损严重、超差、使有关间隙增大，泄漏量增大，影响到了排气量。属于正常磨时，需及时更换易损件，如活塞环等。属于安装不正确，间隙留 得不合适时，应按图纸给予纠正，如无图纸时，可取经验资料，对于活塞与气缸之间沿圆周的间隙，如为铸铁活塞时，间隙值为气缸直径的 0.06／100～0.09／100；对于铝合金活塞，间隙为气径直径的0.12／100～0.18／100；钢活塞可取铝合金活塞的较小值。
(4) 填料函不严产生漏气使气量降低。其原因首先是填料函本身制造时不合要求；其次可能是由于在安装时，活塞杆与填料函中心对中不好，产生磨损、拉伤等造成漏气；一般在填料函处加注润滑油，它起润滑、密封、冷却作用。
(5) 压缩机吸、排气阀的故障对排气量的影响。阀座与阀片间掉入金属碎片或其它杂物，关闭不严，形成漏气。这不仅影响排气量，而且还影响间级压力和温度的变化 ；阀座与阀片接触不严形成漏气而影响了排气量，一个是制造质量问题，如阀片翘曲等，第二是由于阀座与阀片磨损严重而形成漏气。
3.2.2. 排气温度不正常:
排气温度不正常是指其高于设计值。从理论上进，影响排气温度增高的因素有：进气温度、压力比、以及压缩指数（对于空气压缩指数K＝1.4）。实际情况影响 到吸气温度高的因素如：中间冷却效率低，或者中冷器内水垢结多影响到换热，则后面级的吸气温度必然要高，排气温度也会高。气阀漏气，活塞环漏气，不仅影响 到排气温度升高，而且也会使级间压力变化，只要压力比高于正常值就会使排气温度升高。此外，水冷式机器，缺水或水量不足均会使排气温度升高。
3.2.3. 压力不正常以及排气压力降低:
压缩机排出的气量在额定压力下不能满足使用者的流量要求，则排气压力必然要降低，所要排气压力降低是现象，其实质是排气量不能满足使用者的要求。此时，只 好另换一台排气压力相同，而排气量大的机器。影响级间压力不正常的主要原因是气阀漏气或活塞环磨损后漏气，故应从这些方面去找原因和采取措施。
3.2.4 不正常的响声:
压缩机若某些件发生故障时，将会发出异常的响声，一般来讲，操作人员是可以判别出异常的响声的。活塞与缸盖间隙过小，直接撞击；活塞杆与活塞连接螺帽松动 或脱扣，活塞端面丝堵桧，活塞向上串动碰撞气缸盖，气缸中掉入金属碎片以及气缸中积聚水份等均可在气缸内发出敲击声。曲轴箱内曲轴瓦螺栓、螺帽、连杆螺 栓、十字头螺栓松动、脱扣、折断等，轴径磨损严重间隙增大，十字头销与衬套配合间隙过大或磨损严重等等均可在曲轴箱内发出撞击声。排气阀片折断，阀弹簧松 软或损坏，负荷调节器调得不当等等均可在阀腔内发出敲击声。由此去找故障和采取措施。
3.2.5 过热故障:
在曲轴和轴承、十字头与滑板、填料与活塞杆等摩擦处，温度超过规定的数值称之为过热。过热所带来的后果：一个是加快磨擦副间的磨损，二是过热量的热不断积 聚直致烧毁磨擦面以及烧抱而造成机器重大的事故。造成轴承过热的原因主要有：轴承与轴颈贴合不均匀或接触面积过小；轴承偏斜曲轴弯曲、扭；润滑油粘度太 小，油路堵塞，油泵有故障造成断油等；安装时没有找平，没有找好间隙，主轴与电机轴没有找正，两轴有倾斜等。
3.2.6 活塞及活塞杆的损坏
压缩机在使用中出现了一级活塞碎裂及活塞杆的断裂情况，活塞杆与活塞的连接一定要牢固准确，活塞杆的定位台肩与活塞的中心线垂直度符合要求，活塞的两端轴 肩与活塞杆支撑面要配研，并按规定的紧固力矩紧固，两半活塞（铸铝）的结合面应贴合紧密不得出现内外圈的结合面的间隙，此点应十分注意，因为内圈结合面的 间隙会产生交变应力，缩短活塞的寿命，而外圈的间隙造成活塞内部腔内进入压缩气体，使内部容积在一定程度上成为气缸的余隙容积，对压缩机的效率及活塞的寿 命均有不良影响，因而组装活塞各部应仔细检查研合。另外活塞尾杆端面受力面的机械性能及光洁度也对活塞杆的寿命影响较大。因为此受力面的比 压：q=4p/π（D2-d2）其中p为活塞力，D、d分别为压力体作用于尾杆端面接触面的外、内圆直径。
此面的光洁度及硬度值要求较严，使用前应仔细检查，光洁度一般要求Ra0.8以上，渗碳层应为细密的马氏体组织，不允许有针状或网状的游离渗碳体。否则易造成受力面拉毛，严重影响活塞杆的使用。