柴油機水散熱器有機油滲入的故障淺析

梁福貴

（廣西玉柴機器股份有限公司，廣西 玉林 545007）

柴油機水散熱器有機油滲入的故障淺析

梁福貴

（廣西玉柴機器股份有限公司，廣西 玉林 545007）

就玉柴四沖程柴油機在使用過程中，機油滲入水散熱器內的故障原因進行了分析，并提出一些簡單有效的處理技巧。

柴油機；水散熱器；機油；滲入

柴油機在使用過程中，由于零部件自然磨損或使用維護不當，造成柴油機性能下降，出現(xiàn)故障甚至不能繼續(xù)工作的現(xiàn)象。對柴油機而言，所發(fā)生的故障是多種多樣的，通常都有一個或幾個特征表現(xiàn)出來。四沖程柴油機在使用過程中，水散熱器內有機油滲入的故障，需要根據(jù)柴油機構造和原理分析故障原因，進行排除。

1 柴油機冷卻原理

大部分四沖程系列柴油機，采用的是封閉式強制循環(huán)水冷卻系統(tǒng)。柴油機機體及缸蓋都均勻分布著水道，經(jīng)過水泵高壓循環(huán)的冷卻液，通過各種水道吸收柴油機產(chǎn)生的部分熱量，溫度升高后到達水散熱器與大氣進行熱交換。為保證機油溫度不超過其最高限制溫度，部分柴油機采用水冷卻式機油冷卻器，高壓循環(huán)冷卻液通過機油冷卻器將機油降溫。同時為了確保柴油機各運動副正常動作，柴油機機體及缸蓋都布置很多油道，機油通過油道對柴油機各運動副進行冷卻和潤滑。水散熱器中出現(xiàn)機油，其原因是有機油通過零部件受損部位滲入冷卻水道。

2 水散熱器有機油滲入的原因

水散熱器有機油滲入的原因，存在著以下多種觀點：

（1）機體主油道有砂眼或裂紋與冷卻水道相通。發(fā)動機工作時，主油道的機油壓力高于冷卻水道的壓力，由于壓力差的作用致使機油被壓進冷卻水道。

（2）缸蓋上油道有砂眼或裂紋與冷卻水道相通。發(fā)動機工作時油道的機油進入冷卻水道。

（3）當氣缸墊被沖壞，損壞部位使機體平面上油孔與水孔相通。在造成缸墊漏水、水箱口返水或油底殼內進水的同時，也會造成冷卻水中有機油。

（4）對采用水冷卻式機油冷卻器的柴油機，由于機油冷卻器芯子損壞（砂眼、裂紋）或密封圈泄漏原因造成油道與水道相通。壓力差的作用，使冷卻水中有機油。

3 基于實踐經(jīng)驗的原因探析

根據(jù)實際工作中解決此類故障的經(jīng)驗總結，筆者就上面4種觀點作如下分析探討：

（1）對大部分的內燃機來說，上述第（1）種觀點是不成立的。因為大部分內燃機其機體主油道及機體垂直主油道所處位置，都在冷卻水套底平面以下，即使有砂眼和裂紋，也只能是機油壓力下降，所泄漏的機油流回油底殼，不大可能進入冷卻水中。

另外，如果某種機型主油道的設計，被冷卻水包圍、半包圍或十分接近冷卻水道的話，主油道出現(xiàn)的砂眼或裂紋在冷卻水道內時，發(fā)動機在工作過程中主油道機油會進入冷卻水道。出現(xiàn)此故障時，水散熱器的冷卻水是沒有氣泡出現(xiàn)的。如水散熱器冷卻水有氣泡出現(xiàn)，而水溫與正常時沒有變化的話，說明這些氣體不是氣缸內的燃氣，這些氣體來自水散熱器、水取暖器、空壓機（水冷卻式）或水泵進水管。這是因為水散熱器、水取暖器焊縫松脫或損壞，發(fā)動機在工作過程中水散熱器、水取暖器內水的壓力低于空氣壓力，使得外部的空氣從焊縫松脫或損壞處進入水道。

或是空壓機缸蓋有砂眼或裂紋與氣缸相通（水冷卻式），空壓機壓縮行程時，空壓機內空氣壓力大于冷卻水壓力，壓力差的作用，使壓縮空氣進入水道。

或是水散熱器及水泵進水管之間有漏氣的部位，使發(fā)動機在工作過程中水泵進水管漏氣部位內冷卻水的壓力低于大氣壓，壓力差的作用，使空氣通過這些部位進入水道。

檢查時，應分別拆除氣泵進、出水管或水泵皮帶，起動發(fā)動機進行相應的檢查，并加以排除。

（2）上述第（2）種觀點也是不成立的。因為缸蓋搖臂上的機油，是經(jīng)凸輪軸軸頸及軸承潤滑的同時，采用間斷供給形式傳達到機體上平面，如玉柴4108、4110、4112系列機型，是發(fā)動機第一道凸輪軸頸每轉動360°，只向機體上平面供一次機油；6105、6108系列機型是發(fā)動機第三、六道凸輪軸頸每轉動360°，分別向機體上平面供一次油；而6112系列機型，則是發(fā)動機第一道凸輪軸頸每轉動360°向機體上平面供三次機油。

而機體上端面的油道口與缸蓋底面的油道口不對正設計（工藝上的“迷宮”式設計，節(jié)流作用很強），減少了機油通往缸蓋及搖臂的流量。同時，機油經(jīng)缸蓋油道送至搖臂軸后，由于搖臂軸上潤滑點較多，所需潤滑面較大，機油泄漏較快。因此，缸蓋油道內的機油壓力低于冷卻水道的壓力。機油不可能從缸蓋油道的砂眼或裂紋通向冷卻水道；而只有可能冷卻水道中的水，通過這些砂眼或裂紋進入缸蓋油道，造成機油內有水。

如果是缸蓋底面（密封氣缸燃燒室部位）有砂眼或裂紋，當噴油嘴霧化不良或不霧化且發(fā)動機繼續(xù)工作時，發(fā)動機會出現(xiàn)排氣管冒煙及功率下降的同時，水散熱器內有燃油（不是機油）、氣體和發(fā)動機出現(xiàn)水溫高現(xiàn)象，并且冷卻液有隨著發(fā)動機工作時間的延長而明顯減少。

因此，缸蓋上油道有砂眼或裂紋，與冷卻水道相通，是不可能使機油進入冷卻水道的。

（3）上述第（3）觀點，也是不成立的。氣缸墊被沖壞，是因為高溫、高壓燃氣作用而造成燒（沖）損的，伴隨著發(fā)動機功率下降，會使壓縮空氣及燃氣竄入冷卻水道，水溫明顯升高，水散熱器中有氣體外冒，同時可能會發(fā)生油底殼機油有水，從加注機油口及呼吸器口處向外冒水蒸氣現(xiàn)象。

從氣缸墊結構看，機油孔在水孔外側，與水孔對比而遠離氣缸中心，且有金屬護圈，燃氣不可能沖壞至機油孔位置。就算沖壞至機油孔位置，也不可能沖壞機油孔的金屬護圈；如此時缸墊被沖壞至水道，且不及時修復的話，發(fā)動機也會出現(xiàn)動力下降、排氣管冒煙、水箱內有柴油和氣體等現(xiàn)象。如缸墊被沖壞到機體處或缸與缸之間，則發(fā)動機動力下降，排氣管冒煙。因此缸墊的沖壞，不可能造成冷卻水內有機油。

（4）對于第（4）觀點，筆者認為是在發(fā)動機工作時，機油壓力大于冷卻水壓力，壓力差的作用使機油通過冷卻器芯子的砂眼或裂縫或密封圈泄漏進入冷卻水道。此類故障發(fā)生時，可觀察到水散熱器內冷卻水上有機油，機油顏色基本不變（與油底殼內的機油對比），水溫基本正常，一般沒有氣泡出現(xiàn)。

解決措施可對機油冷卻器進行檢測，對損壞部件進行修復或更換。如有氣泡出現(xiàn)且水溫與正常時沒有什么變化的話，這些氣泡與我們分析上述第（1）觀點時，水散熱器有氣泡的現(xiàn)象，有著同樣的分析及處理方式。

另據(jù)筆者多年的工作經(jīng)驗分析，氣缸套上的砂眼或裂紋，也是造成機油進入冷卻水的一個主要原因。由于此類故障不常見，所以往往被認為是其他原因造成，而忽視了從缸套上找故障根源。

在闡述機油如何進入冷卻水道的這個問題之前，我們不妨回顧活塞環(huán)（氣環(huán)、扭曲環(huán)、油環(huán)）共有的功能：即布油功能（壓縮行程和排氣行程）。當氣缸內進行壓縮行程和排氣行程時，由于氣缸內氣壓較大，而此時各活塞環(huán)正在進行布油，氣缸壁上的機油由于氣體壓力及各活塞環(huán)的擠壓作用，通過缸套上的砂眼或裂紋壓向冷卻水道。如果缸套上的砂眼較大或裂紋較大，且又處于缸套上部的話，此時不但水散熱器內上有機油，而且水溫也較正常時偏高（有時可達100℃，這是由于壓縮行程及排氣行程的壓縮空氣及燃氣通過缸套上的砂眼或裂紋擠向冷卻水道）并伴隨著有大量小氣泡出現(xiàn)。如果缸套上存在砂眼或裂紋于缸套的中部，則水散熱器內有機油和較多的小氣泡出現(xiàn)，水溫較正常時高，如缸套上的砂眼或裂紋處于缸套下部（在油環(huán)下止點時的上方），則水散熱器內有機油，冷卻水溫度與正常時沒有明顯升高，水散熱器加水口出現(xiàn)氣泡不是很明顯。

但用戶在日常的使用過程中，出現(xiàn)類似故障時，水散熱器內的機油量較少而往往被忽視。因為活塞每進行一次壓縮或排氣行程時，擠到冷卻水道的機油只是很少的一部分。停車時，缸套較大的砂眼、較長或較寬的裂紋處于活塞環(huán)下方較長時間時，冷卻水道的水由于壓力差的作用，會進入油底殼內部。

此類故障的解決，一般是對缸套進行檢測并更換損壞件（如干式缸套的發(fā)動機，則需要更換機體）即可。如果要詳查是那個缸套有砂眼或裂紋的話，可采取斷缸的方式進行檢查，即檢查時斷裂某個缸時，水散熱器加水口內的氣泡明顯減少或消失時，則該缸套存在砂眼或裂紋。由于缸套產(chǎn)生砂眼或裂紋使得機油擠入水道時，是氣缸壓縮行程和排氣行程，壓縮空氣或燃氣溫度較高，使得擠壓進入水道較高溫的機油、氣體與冷卻水很容易產(chǎn)生混合。形成乳白色或灰白色的機油、氣體和冷卻水的混合物。

再有就是冷卻液的堿度過大的問題，也要進行分析和考慮。因為堿度過大的冷卻液，也會使機油在短時間內分解呈白色的機油與冷卻水混合物（不是在冷卻液上部，而是全部混合）。如發(fā)動機水溫與平常工作時沒有變化，且冷卻液內無空氣或氣泡產(chǎn)生時，重點檢查機油冷卻器；如發(fā)動機水溫與平常工作時有所升高，且冷卻液內有空氣或氣泡產(chǎn)生時，則重點檢查氣缸套。

4 實際處理故障案例選析

下面是筆者在實際工作中，所碰到的此類故障。

（1）湖北十堰鄖縣城關鎮(zhèn)一家YC6105QC柴油機用戶，1996年8月21日購車，發(fā)動機編號為6705102625，于1997年3月5日發(fā)現(xiàn)發(fā)動機水散熱器內上部有呈灰白色的機油，并有少量氣泡，水溫基本正常。曾先后更換缸墊5副，缸蓋1副，故障依舊。

玉柴駐東汽辦正準備給該用戶換機體修復處理，經(jīng)與玉柴技術專家聯(lián)系后，認為問題出在缸套，沒有必要更換機體。于是指導服務人員為該用戶更換了缸套修復處理，結果故障排除。

（2）江西南城外運公司曹金華用戶，于1998年10月30日購車，發(fā)動機編號為6778100537，行駛里程已有67400 km。用戶于1999年5月13日來南豐服務站反映，柴油機工作時，水散熱器內上部有呈灰白色的機油，而且量比較多，副水箱的水向外噴出，且有大量小氣泡出現(xiàn)。經(jīng)服務站檢查，氣缸墊沒有被沖壞的痕跡，氣缸蓋經(jīng)試壓，沒有發(fā)現(xiàn)砂眼和裂紋。

該服務站還是第一次發(fā)現(xiàn)此類故障，原因不清。服務站技術人員懷疑是柴油機油道與水道某處有砂眼或裂紋，造成機油泄漏入冷卻水內，認為需要更換機體。后發(fā)傳真請示玉柴總部，經(jīng)玉柴技術專家詳細分析傳真所述的現(xiàn)象后，答復更換缸套即可。服務站隨即為用戶更換缸套，故障得到排除。

（3）北京市八方達長途巴士客運有限責任公司東直門分公司于2003年3月購丹東黃海客車，發(fā)動機編號為：G4407300032，于2003年6月發(fā)現(xiàn)水散熱器上部有機油，機油的顏色近擬油底殼機油的顏色。

經(jīng)檢查，水散熱器內沒有氣泡出現(xiàn)，且水溫正常，經(jīng)拆檢缸蓋、缸墊未發(fā)現(xiàn)異常，后拆檢機油冷卻器，用壓縮空氣檢測冷卻器芯子密封情況，發(fā)現(xiàn)機油冷卻器芯子焊縫有虛焊、漏氣現(xiàn)象。經(jīng)更換機油冷卻器后，故障排除。

（4）福建銀杉服務站于2007年月日12月31日，發(fā)現(xiàn)廈門金龍客車配玉柴G60QA700209發(fā)動機，水散熱器內有大量機油與冷卻水的混合物（呈乳白色），發(fā)動機水溫正常，混合物內無氣泡，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)機油散熱器芯有裂縫，冷卻液呈堿性。

5 結束語

綜上所述，柴油機水散熱器中滲入機油的原因，主要有3個方面：

一是油冷卻器的芯子、密封圈損壞，或機體主油道有砂眼、裂紋與水道相通；二是氣缸壁或缸套的砂眼或裂紋所造成；三是冷卻液堿度過大的同時機油進入冷卻水道。

（1）如果是機油冷卻器芯子、密封圈損壞，或機體主油道有砂眼、裂紋與水道相通。那么水散熱器內上部會有機油出現(xiàn)，這些機油的顏色與油底殼內的機油顏色基本一致。一般情況下，水散熱器內沒有氣泡出現(xiàn)，同時發(fā)動機水溫與平常時沒有變化；如有氣泡出現(xiàn)，則需檢查水散熱器、水泵進水管、空壓機缸蓋（水冷式）是否漏氣。

（2）如果是機體缸孔或缸套有砂眼，或裂紋與水道相通。會出現(xiàn)如下現(xiàn)象：

一是水散熱器內上部有機油和較多氣泡（機油內有較多的小氣泡），且水溫較正常時偏高；

二是水散熱器內上部有機油且有少量氣泡，水溫較正常時沒有什么變化，散熱器內上部的機油的顏色呈灰白色或乳白色（機油內部有氣泡）。

（3）如果冷卻液的堿度較大，機油進入水道。會出現(xiàn)的現(xiàn)象是：水散熱器內全部或大部份冷卻液呈灰白色或乳白色的機油與水的混合物。如呈灰白色或乳白色的混合物內有小氣泡出現(xiàn)和水溫較平常時高，則重點檢查缸套砂眼或裂紋及冷卻液的堿度；如呈灰白色或乳白色的混合物內無小氣泡出現(xiàn)和水溫與平常無異，則重點檢查機油冷卻器芯子、密封圈損壞或機體主油道有砂眼、裂紋，同時檢查冷卻液的堿度過大的情況。

而缸墊被沖壞或缸蓋油道有砂眼、裂紋與水道相通，是不會造成水散熱內有機油的。在實際工作中碰到此類故障時，依照水散熱器內機油的顏色及現(xiàn)象，即可迅速對故障原因及部位進行正確判斷，從而快速有效地加以排除。

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[6]玉柴工程研究院.技術標準手冊[K].玉林：玉柴機器股份有限公司，1998.

The Failure Analysis of Engine Oil Penetrate Diesel Engine Water Radiator

LIANG Fu-gui
(Guangxi Yuchai Machinery Co.,Ltd.,Yulin Guangxi537005,China)

Thesis shows analyzed the reason of engine oil penetrate water radiator in the process of using four-stroke dieselengine，and proposed few simple effective processing techniques.

dieselengine;water radiator;engine oil;penetrate

TK424.2

B

1672-545X（2011）09-0160-04

2011-06-10

梁福貴（1981—），男，廣西桂林人，助理工程師，工學學士，主要從事發(fā)動機系統(tǒng)設計開發(fā)。