某大功率電控單體泵柴油機故障分析與處理

摘" 要：為降低大功率柴油機此類故障的發生率，并研究其故障發生后的解決思路。該文通過故障發生時現象，進行初步處理，并根據初步檢查決定后續的檢查范圍，再通過對故障零部件的拆檢分析，以及結合故障產生因素和故障現象，得到故障產生的原因，進而得出改進措施和解決辦法。分析與處理結果為消除此類故障的發生提供參考。

關鍵詞：故障；活塞；拉缸；單體泵；滲漏；白煙

中圖分類號：TK428" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）13-0165-04

Abstract： In order to reduce the occurrence rate of such faults in high-power diesel engines， and to study the solutions after the faults occur. Through the phenomenon when the fault occurs， the preliminary treatment is carried out， and the follow-up inspection scope is determined according to the preliminary inspection. Then， through the disassembly and inspection analysis of the fault parts， based on the fault factors and fault phenomena， the causes of the fault are obtained， and then the improvement measures and solutions are obtained. The result of analysis and processing is to eliminate the occurrence of such faults.

Keywords： fault; piston; cylinder pulling; single pump; leakage; white smoke

柴油機由較多的零部件組成，且各零部件分屬于不同的系統，各系統正常工作才能使柴油機有更好的性能。某一故障的發生，必然會影響整機的性能，工作人員在分析故障時，需要對故障現象、產生因素、拆檢結果等進行綜合考慮，并結合各系統工作原理，進行最終的原因分析并得出結論，最后根據結論采取相應的措施，消除故障。

1" 基本情況概述

某大功率電控單體泵柴油機磨合試驗時，出現異常，表現為A5-A8缸渦前排氣溫度急劇上升，柴油機一側排氣管處出現較多白煙，呼吸器出氣口也有白煙冒出；未聽到柴油機有明顯的異響。異常情況發生后，試驗人員立即執行了停機操作。停車后發現A8缸氣缸墊處有水滲出。

查看試驗數據：在額定轉速1 500 r/min、油溫達到90 ℃時，油壓在0.40～0.45 MPa左右時偏低。

在停機15 min后查看油底殼機油，液位似有增加。

初步懷疑柴油機發生拉缸。用內窺鏡對柴油機A8缸內部進行了檢查，發現活塞頂和活塞體似乎分離了，決定對柴油機進行全面拆檢。

2" 拆檢情況

1）A8缸活塞頂和活塞體確實分離了，連接活塞頂和活塞體的高強度螺栓被拉斷。拉斷的螺栓如圖1所示。

2）第A4、A5、A8、B2、B4、B7缸出現拉缸情況，其中第A5、A8缸比較嚴重?；钊敽突钊w的磨損如圖2所示，氣缸套內壁的磨損如圖3所示。

3）第7、8檔主軸瓦拉毛，導致曲軸對應的主軸頸拉毛。

4）A7、A8、B7、B8缸連桿因高溫已變色，如圖4所示。

5）A8缸進排氣門挺桿被壓彎，如圖5所示。

6）高壓泵油底殼內柴油較多，經對高壓泵進行靜壓試驗，發現A8、B8缸單體泵處滲漏嚴重；

7）油底殼內有金屬屑和小鋁塊，如圖6所示。

8）A8缸氣缸墊有破損情況。

除上述問題外，其余零部件未見異常。

根據拆檢，主要存在幾個問題：活塞拉缸問題；活塞頂和活塞體分離問題；高壓泵體滲漏（漏柴油）問題；白煙問題及清潔度問題。

3" 原因分析

造成活塞拉缸因素。

1）活塞與缸套之的間隙設計不合理：設計的配合間隙過大時，活塞在運行過程中會發生擺頭情況，在高速且較長時間往復運動過程中，活塞與缸套間會發生不規則地連續碰撞，這就破壞了潤滑油膜，從而導致了干摩擦，發生拉缸故障；設計的配合間隙過小時，局部潤滑油不能形成有效油膜，在柴油機運轉一段時間后，活塞會受熱而膨脹，這會再次減少有效油膜的范圍，從而導致干摩擦，發生拉缸故障。

2）柴油機的燃燒系統發生故障：比如噴油器壓力低，霧化不好，或噴油器噴油量過多，燃燒不充分，從而產生過多地積碳，在活塞運動過程中，進入活塞與缸套之間，嚴重時可能發生活塞環卡死現象，導致活塞頂部發生拉缸故障。

3）柴油機供油系統發生故障：噴油正時不合理，有后燃或爆震現象發生，從而使氣缸內的溫度過高，導致活塞頂部發生拉缸故障缸。

4）柴油機冷卻系統發生故障：冷卻液溫度過高或冷卻器散熱效果不好，對潤滑油未能起到良好的冷卻效果，長時間的高溫將導致潤滑油過稀或失效，破壞了油膜從而產生干摩擦，導致活塞裙部出現拉缸故障。

5）柴油機潤滑系統發生故障：使用的潤滑油已變質，不能形成有效的潤滑油膜，或者形成的潤滑油膜比較容易破裂，發生干摩擦，導致活塞裙部出現拉缸故障。

6）柴油機運轉時，操作不當：新柴油機磨合時，低轉速或低負荷運行時間過短，未經過充分的磨合就開始了高負荷運行。新柴油機各運動件間的實際接觸面積，比設計時要小得多，且零件表面存在加工刀痕，若未經過充分地磨合，會使運動件局部表面因摩擦加劇而產生過高的熱量，導致活塞出現拉缸故障。

7）活塞環與氣缸套配合工作表面的粗糙度不合適，或兩者材料不匹配，也容易在柴油機運轉初期時，導致活塞出現拉缸故障。

8）柴油機裝配時未嚴格按照工藝執行，裝配時清洗不干凈、活塞頂和活塞體之間的螺栓未有效擰緊等，都可能造成活塞拉缸。

造成活塞頂和活塞體分離因素。

1）柴油機活塞頂部油腔內的潤滑油未能有效冷卻活塞，使活塞頂溫度過高發生活塞頂部拉缸，導致活塞頂和活塞體分離。

2）發生活塞環卡死情況，導致活塞頂和活塞體分離。

3）連接活塞頂和活塞體的高強度螺栓，由于材質或受高溫影響問題，在柴油機工作過程中發生斷裂，導致活塞頂和活塞體分離。

4）連接活塞頂和活塞體的高強度螺栓裝配不當，螺栓未擰緊，或擰緊后未按轉角法復緊，在柴油機高負荷工作過程中，松動的活塞頭部與缸套發生干摩擦，導致活塞頂和活塞體分離。

高壓泵體單體泵處滲漏因素。

1）高壓泵體內腔與單體泵之間，間隙設計偏大，或密封O型圈規格選用不合理，單體泵與高壓泵體之間形成的柴油腔和潤滑油腔，O型圈未能有效密封，導致滲漏。

2）密封O型圈裝配前，有破損情況，裝配后未能有效密封，導致滲漏。

3）高壓泵體與單體泵密封臺階處，倒角偏小或有毛刺，在密封O型圈裝配時，擠壞O型圈，導致滲漏。

拆檢拔出單體泵時，發現有多個O型圈破損。

4）因柱塞卡死或柱塞間隙不合理，導致的單體泵本體內部滲漏。

檢測柱塞間隙，間隙為2.7～3.5 μm；將單體泵安裝在工裝泵箱上進行滲漏量檢測（圖7），用EFS試驗臺提供0.5 MPa壓力的燃油，輸入單體泵燃油腔，滾輪上滴落第一滴燃油后開始接油，3 h共接油0.835 mg（0.99 mL）。

呼吸器冒白煙因素。

1）柴油機噴油時間不合理。

2）柴油中有水，或因為氣缸破損原因造成的氣缸進水。

3）噴油器霧化性能不好。

油底殼內有金屬屑和小鋁塊因素。

1）機濾底座內部的披鋒較多，在毛坯精整和裝配前未處理干凈。

2）油底殼、機油進回油管等焊接件，裝配前內部未沖洗干凈。

3）柴油機拉缸后，損壞零件的部分。

4" 分析結果

1）從故障件（活塞）表面來看：表面出現嚴重的磨損現象，并帶有黑色的表面，明顯屬于缺乏潤滑導致的拉傷。

2）活塞頂和活塞體分離，不排除高強度螺栓未擰緊可能。

3）高壓泵體的長時間滲漏（柴油混入潤滑油中），導致了潤滑油的變質。

4）高壓泵體與單體泵間的潤滑油腔密封性不好和單體泵本體的滲漏，導致了潤滑油的壓力偏低。

5）零部件清潔度不夠，造成運動件局部的磨損；機油壓力閥（旁通閥）的開啟、關閉也受到影響，從而導致了低油壓。

6）機油壓力低導致活塞冷卻噴嘴供油量不足，造成活塞熱負荷較高。

7）有冷卻液從破損的缸套和氣缸墊處流出，在部分冷卻液接觸到高溫排氣管時，蒸發產生大量白煙。

綜上，造成本次故障的主要原因是柴油滲漏導致潤滑油變質、潤滑油滲漏和雜質的存在導致低油壓、活塞與缸套之間的配合間隙不合理導致的干摩擦。而干摩擦和低油壓導致發動機過熱，這又加速了潤滑油的變質和變稀。拉缸故障發生的同時，又導致了挺桿被壓彎和連桿局部變色情況的發生。

5" 改進措施

根據此次故障失效原因及分析，改進方案如下。

1）活塞更改型線橢圓，加大局部配合間隙，如圖8所示。

2）完善活塞頂和活塞體裝配工藝。用扭矩扳手將活塞頂螺釘按規定的扭矩擰緊，將活塞頂螺栓松開，再用扭矩扳手按規定的扭矩擰緊，按扭矩的技術規定重新檢查活塞頂螺釘的擰緊情況，如圖9所示。完成操作后，在2個螺栓上做標記。

3）完善高壓泵體和單體泵。①加大高壓泵體與單體泵密封臺階處（圖10）的倒角，45°加大至60°，以減小裝配時倒角對O型圈的影響；②泵體涂（O型圈處）少量清潔機油裝入，且無卡滯現象；③單體泵裝入時，螺栓對角交替擰緊，減小裝配時對O型圈的影響；④柱塞偶徑間隙，由原來的2.7～3.5 μm減小至2.5～3.3 μm，減小滲漏情況。

4）重視各零部件清潔度問題，并修改相關工藝；裝配過程中，嚴格按工藝規程操作。

6" 結束語

柴油機發生故障后，下列一些簡單規則能節約時間和減少麻煩。

1）行動之前先思考：故障發生前是否有征兆、是否之前有過類似故障、繼續運轉的柴油機是否安全等；

2）拆機后，需對各系統和故障件仔細分析，追溯到各零部件之間的關系并重復檢查，因為大多數柴油機的故障并不只是源于某一個故障零部件而產生的。

3）在故障改正后，還需要將故障產生的基本原因找到，并予以消除。

參考文獻：

[1] 蔣宏，張萬里.柴油機拉缸故障的分析與維修措施[J].中國新技術新產品，2011（1）：119-120.

[2] 王星全，吳義民，王志龍，等.柴油機活塞頭部斷裂失效分析[J].內燃機與動力裝置，2018，35（1）：82-87.

[3] 張麗仁.柴油機機油壓力異常故障分析與排除[J].農機使用與維修，2018（2）：45.

[4] 陳積龍，林高鳳.柴油機機油壓力異常故障的判斷與排除[J].農機使用與維修，2007（5）：66-67.

[5] 佟士財，韓秀奇，李中偉.柴油機排氣異常故障分析[J].農機使用與維修，2019（12）：85.