發(fā)動機活塞不確定缸的反復(fù)粘缸的故障排除

劉軍

摘要：一輛載重牽引車匹配錫柴6DL某款發(fā)動機，重載行駛途中發(fā)動機異響。故障現(xiàn)象是發(fā)動機活塞粘缸，經(jīng)過3次返工維修才排除。文章具體分析了故障排除方法和手段。

關(guān)鍵詞：活塞；粘缸；散熱；返工；冷卻噴嘴；強制冷卻

一輛載重牽引車匹配錫柴6DL某款電控國三柴油發(fā)動機，從石嘴山重載去往新疆，途中行駛大約70kin，發(fā)動機異響。用戶到服務(wù)站報修。拆檢發(fā)現(xiàn)是四缸活塞與缸筒有粘缸現(xiàn)象。該發(fā)動已無故障行駛20多萬公里，該故障發(fā)生前發(fā)動機沒有明顯高溫和報警，冷卻液容量不缺，機油容量也足夠機油按規(guī)定里程更換，只是發(fā)動機四缸粘缸，基本判定發(fā)動機整個沒有高溫，可能是四缸局部冷卻效果下降引起。因為是活缸套，沒抬發(fā)動機，檢查與疏通水套水腔水孔，檢查清洗活塞冷卻噴嘴等，由于行駛20多萬公里，加之當(dāng)時沒有單缸活塞缸套，用戶也同意更換了全車新的四配套。

1 返工

（1）當(dāng)天用戶來電，拖掛行駛了70多公里，同樣的毛病又犯了。又回廠拆檢，這次不是四缸而是二缸了，同樣是單缸粘缸，觀察燃油噴油嘴和活塞頂面確定不是多油和滴油。抬下發(fā)動機，檢查清洗油道以便排除有“可移動的家伙”在冷卻噴嘴油道搗亂。再因為是全新的四配套，估計還有沒有磨服和配缸間隙“偏小”，又是重車引起，檢查后更換二缸活塞和缸套等出廠。（2）拖掛行駛了70多公里，同樣的毛病又犯了，進行第2次返工，只不過這次粘缸是五缸。多年不遇的難題，向發(fā)動機廠咨詢，沒有類似的可參考案例。

2 活塞結(jié)構(gòu)和潤滑冷卻方式分析

為了故障診斷，本文分析活塞結(jié)構(gòu)和潤滑冷卻方式。該款發(fā)動機是通過了歐盟權(quán)威發(fā)動機設(shè)計與檢驗機構(gòu)的評價試驗與改良的，從設(shè)計、制造上保證和要求發(fā)動機廠家及其零配套廠家的技術(shù)先進性和質(zhì)量可靠與穩(wěn)定性。除了電控共軌預(yù)噴射，增壓中冷排氣再循環(huán)以及燃燒室形狀改良等措施外，隨著柴油機的不斷強化和功率的增加，會導(dǎo)致活塞熱負(fù)荷越來越高，為保證活塞頂有足夠的強度和第一環(huán)槽溫度不超過230℃左右，采取適當(dāng)?shù)睦鋮s措施就顯得十分必要，新的活塞冷卻技術(shù)的應(yīng)用是保證發(fā)動機50年不大修的有效手段。為此，整體內(nèi)冷油腔活塞、鋼頂鋁裙、整體鍛鋼、復(fù)合材料、鑄鐵等活塞應(yīng)運而生。

車用柴油機活塞目前基本都是采用“馬勒活塞”制造技術(shù)，采用第一道鑲鑄鐵圈及頭部內(nèi)冷油道活塞，其內(nèi)冷油腔的設(shè)計使冷卻機油通過噴嘴噴入冷卻油腔，由于活塞變向慣性效應(yīng)使冷卻機油在油腔內(nèi)振蕩形成紊流，紊流的形成十分有利于把活塞頭部由于燃燒而產(chǎn)生的高溫帶走，冷卻油經(jīng)油道周循環(huán)后由出油孔排出，并使活塞變形在設(shè)計范圍之內(nèi)，維持配缸與運動間隙。

冷卻噴嘴（見圖1）一般是固定在發(fā)動機機體上的冷卻裝置。其與油道相通，中空并有彈簧和柱塞的緊固螺釘擰在油道上，同時把一定角度的帶管噴嘴固定好。作用是在機油壓力≥0.15Mpa以上時，在活塞作高速往復(fù)運動時，將冷卻機油噴入內(nèi)冷油腔內(nèi)。內(nèi)冷油腔活塞對噴嘴的要求比較高（見圖2），要求活塞在下止點時冷卻油能夠全部噴入，活塞在上止點時大部分冷卻油（80%以上）噴入，噴油嘴的噴油量為5.7L/kW·h，噴射速度大于活塞的最大瞬時速度。如果冷卻噴嘴的冷卻油不能噴入冷卻油道或噴入量小，對活塞的冷卻非常不利，因為冷卻油腔阻止了熱量的傳遞，大量熱集聚在活塞頂部，使活塞頂部、第一環(huán)槽的溫度提高，造成活塞頂部異常膨脹，引起活塞拉缸，使第一環(huán)槽溫度升高，機油膠結(jié)，造成活塞環(huán)卡滯或斷裂等失效模式。

冷卻效果對照如表1-2所示。

3 群策群力，刨根問源，制定方案

筆者維修的錫柴6DL發(fā)動機活塞就是馬勒技術(shù)鑲鑄鐵圈及內(nèi)冷油道式活塞，活塞的冷卻屬于強制冷卻方式，研究分析了冷卻機理，就抓住了探尋“病根”的方向。確定方案是：（1）尊重發(fā)動機廠家意見之_，把缸體與缸套之間水腔的“拐角處”好下砂輪與銼刀的地方打磨過渡圓滑點。（2）重點懷疑活塞冷卻噴嘴動態(tài)工作狀況。措施是把曲軸架在缸體上，把連桿軸頸油孔和上缸蓋油孔等堵上，裝好活塞機油冷卻噴嘴與機油壓力表，裝上機油泵和油底，裝上起動機，用起動機帶動曲軸，從缸體上平面往下看各缸冷卻噴嘴的動態(tài)噴油狀態(tài)。

4 排除故障

用起動機帶動，發(fā)現(xiàn)出油慢，而且噴的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)夠不到活塞內(nèi)腔，噴油高度也差。把最差的冷卻噴油嘴倒到其他氣缸上，結(jié)果一樣，說明這個靜態(tài)與常規(guī)檢查正常的冷卻噴嘴就是“元兇”。為了徹底放心和防止來回“變缸”，用2套新的原車?yán)鋮s噴嘴，通過動態(tài)試驗挑出6只基本上一起出油且噴油高度一致的，再隨便打亂試驗沒有變化。裝車出廠后，筆者跟隨行駛了100多公里，正常。反饋信息也很好。