柴油發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸蓋噴油器孔開(kāi)裂故障分析及應(yīng)對(duì)

黃 東

(廣西嘉德機(jī)械股份有限公司，廣西 玉林 537000)

1故障特征

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸蓋噴油器孔開(kāi)裂的主要特征是冷卻液和液體泄漏。噴油器在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中的主要作用是將然后噴射到燃燒室中參與爆燃反應(yīng)，從而產(chǎn)生能量，產(chǎn)生動(dòng)力。但是噴油器孔開(kāi)裂會(huì)導(dǎo)致噴油器的噴油功能受到嚴(yán)重的影響，導(dǎo)致燃油噴射不足或者燃油泄漏的情況，在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中，主要是通過(guò)柴油的爆燃產(chǎn)生動(dòng)力，如果燃油噴射不足，那么會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力下降，而如果燃油泄漏或者冷卻液、水等泄漏，則會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，或者汽缸發(fā)生損壞，使得整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)受損。并且，噴油器孔漏水或者漏冷卻液，會(huì)導(dǎo)致噴油器在工作過(guò)程中發(fā)生銹蝕，甚至損毀，影響其功能。

2故障原因

導(dǎo)致柴油發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸蓋噴油器孔開(kāi)裂故障的原因主要包括以下幾個(gè)方面。

2.1高溫?zé)釕?yīng)力

在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸蓋噴油器工作的過(guò)程中，由于直接或者間接接觸燃燒室中的高溫高壓氣體環(huán)境，所以會(huì)產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，這種熱應(yīng)力是導(dǎo)致柴油發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸蓋噴油器孔開(kāi)裂的主要原因之一。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸蓋噴油器是使用金屬制造和安裝的，而金屬的熱應(yīng)力是導(dǎo)致其開(kāi)裂的主要因素。作為金屬材料，當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間處于高溫高壓的環(huán)境中，會(huì)因?yàn)閮?nèi)部的原子從原本的緊密結(jié)構(gòu)變得混亂而將原本連接原子的力散發(fā)出來(lái)，形成了金屬材料的熱應(yīng)力，這種熱應(yīng)力直接從內(nèi)部改變金屬的原子構(gòu)成結(jié)構(gòu)，從而影響金屬材料的形狀和穩(wěn)定性，在熱應(yīng)力的長(zhǎng)時(shí)間作用下，金屬材料就會(huì)發(fā)生斷裂的情況，這就是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸蓋噴油器孔開(kāi)裂的原因。

2.2接觸應(yīng)力

在當(dāng)前普遍使用的汽車柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和工程機(jī)械柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中，汽缸蓋和噴油器之間是會(huì)形成直接干涉的，也就是說(shuō)二者會(huì)產(chǎn)生接觸和作用力，這就是噴油器受到的接觸應(yīng)力，在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)工作的過(guò)程中，汽缸蓋和噴油器之間會(huì)產(chǎn)生較大的接觸應(yīng)力，并且在高溫高壓的環(huán)境下，噴油器的金屬材料性質(zhì)變得不穩(wěn)定，受到接觸應(yīng)力之后，發(fā)生的形變程度更大，會(huì)直接導(dǎo)致噴油器變形，噴油器會(huì)對(duì)安裝孔造成較大的沖擊力，在長(zhǎng)時(shí)間的沖擊之下，導(dǎo)致噴油器安裝孔開(kāi)裂，從而出現(xiàn)冷卻液泄漏和漏水的問(wèn)題。接觸應(yīng)力和熱應(yīng)力不同，接觸應(yīng)力是來(lái)自外界的力量，導(dǎo)致的噴油器孔開(kāi)裂，并且也不是直接導(dǎo)致孔開(kāi)裂，而是先沖擊噴油器，然后帶動(dòng)噴油器發(fā)生微小位移，從而對(duì)安裝孔造成壓力，最終在長(zhǎng)時(shí)間的壓力下，安裝孔開(kāi)裂，發(fā)生泄漏。

2.3鑄造材料

根據(jù)上述的熱應(yīng)力和接觸應(yīng)力對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸蓋噴油器孔開(kāi)裂的影響，可以充分意識(shí)到鑄造材料對(duì)噴油器孔開(kāi)裂的影響，現(xiàn)在使用普遍的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸蓋噴油器通常都是使用灰鑄鐵，這種材料具有優(yōu)良的減震性、低的缺口敏感性和高耐磨性，這些優(yōu)勢(shì)使得其作為噴油器和汽缸蓋能夠在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中廣泛應(yīng)用，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力的過(guò)程對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的零部件會(huì)產(chǎn)生較為強(qiáng)烈的震動(dòng)和摩擦，正是因?yàn)榛诣T鐵的減震性和高耐磨性，使得其具有應(yīng)用的價(jià)值，但是灰鑄鐵在強(qiáng)度、塑性和韌度上都低于其他類型的鑄鐵，這就使得灰鑄鐵打造的噴油器受到熱應(yīng)力和接觸應(yīng)力時(shí)會(huì)產(chǎn)生更大的形變和位移，從而導(dǎo)致了安裝孔受到更大的作用力，導(dǎo)致噴油器孔開(kāi)裂。

2.4結(jié)構(gòu)問(wèn)題

在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸蓋噴油器的構(gòu)造設(shè)計(jì)中，噴油器上端由缸蓋罩孔定位，下端則由汽缸蓋孔定位，上、下定位分屬兩個(gè)零件。當(dāng)上、下定位孔錯(cuò)位時(shí)，噴油器與汽缸蓋孔壁發(fā)生干涉，產(chǎn)生接觸應(yīng)力，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)生疲勞裂紋。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的問(wèn)題是導(dǎo)致接觸應(yīng)力的主要原因。并且在發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程中，這種結(jié)構(gòu)性的問(wèn)題無(wú)法避免，要減少柴油發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸蓋噴油器孔的開(kāi)裂問(wèn)題，需要從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上入手。

3應(yīng)對(duì)措施

3.1調(diào)整噴油器裝配方式

調(diào)整噴油器裝配定位方式，改在汽缸蓋進(jìn)行定位，取消汽缸蓋罩的上定位。這樣就能夠有效地避免因?yàn)樯舷露ㄎ豢族e(cuò)位時(shí)導(dǎo)致的汽缸蓋和噴油器之間的干涉，從而產(chǎn)生的接觸應(yīng)力，而減少接觸應(yīng)力能夠在很大程度上避免噴油器孔開(kāi)裂。調(diào)整噴油器裝配方式就需要對(duì)整個(gè)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，當(dāng)前的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)一直停留在原地較長(zhǎng)一段時(shí)間沒(méi)有取得大的技術(shù)進(jìn)展，因?yàn)槠蜋C(jī)的使用更加普遍，柴油機(jī)的應(yīng)用范圍存在很大的限制性，所以對(duì)于柴油機(jī)的技術(shù)研究還不夠先進(jìn)。

3.2更換噴油器材料

當(dāng)前使用的噴油器材料也是導(dǎo)致噴油器孔開(kāi)裂的重要原因，所以可以選擇更換噴油器所使用的材料，在滿足震動(dòng)性和高耐磨性的前提下，盡可能地增強(qiáng)材料的耐高溫性，以避免噴油器在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部高溫高壓的條件下的熱應(yīng)力過(guò)大，從而導(dǎo)致的噴油器孔開(kāi)裂。并且更換噴油器的材料還能夠減小噴油器在和汽缸蓋產(chǎn)生干涉時(shí)的接觸應(yīng)力。

4結(jié)語(yǔ)

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸蓋噴油器孔開(kāi)裂是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)使用過(guò)程中存在的常見(jiàn)故障之一，通常都是由于熱應(yīng)力和接觸應(yīng)力所導(dǎo)致的，而從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，就是因?yàn)閲娪推鞯难b配方式不合理，使得汽缸蓋和噴油器發(fā)生了干涉，在實(shí)際的改進(jìn)中，可以通過(guò)取消汽缸蓋罩的上定位來(lái)減少噴油器和汽缸蓋的接觸應(yīng)力，從而避免噴油器孔的開(kāi)裂故障，提高柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性，穩(wěn)定動(dòng)力輸出。