某大功率电控单体泵柴油机故障分析与处理

摘" 要：为降低大功率柴油机此类故障的发生率，并研究其故障发生后的解决思路。该文通过故障发生时现象，进行初步处理，并根据初步检查决定后续的检查范围，再通过对故障零部件的拆检分析，以及结合故障产生因素和故障现象，得到故障产生的原因，进而得出改进措施和解决办法。分析与处理结果为消除此类故障的发生提供参考。

关键词：故障；活塞；拉缸；单体泵；渗漏；白烟

中图分类号：TK428" " " 文献标志码：A" " " " " 文章编号：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

柴油机由较多的零部件组成，且各零部件分属于不同的系统，各系统正常工作才能使柴油机有更好的性能。某一故障的发生，必然会影响整机的性能，工作人员在分析故障时，需要对故障现象、产生因素、拆检结果等进行综合考虑，并结合各系统工作原理，进行最终的原因分析并得出结论，最后根据结论采取相应的措施，消除故障。

1" 基本情况概述

某大功率电控单体泵柴油机磨合试验时，出现异常，表现为A5-A8缸涡前排气温度急剧上升，柴油机一侧排气管处出现较多白烟，呼吸器出气口也有白烟冒出；未听到柴油机有明显的异响。异常情况发生后，试验人员立即执行了停机操作。停车后发现A8缸气缸垫处有水渗出。

查看试验数据：在额定转速1 500 r/min、油温达到90 ℃时，油压在0.40～0.45 MPa左右时偏低。

在停机15 min后查看油底壳机油，液位似有增加。

初步怀疑柴油机发生拉缸。用内窥镜对柴油机A8缸内部进行了检查，发现活塞顶和活塞体似乎分离了，决定对柴油机进行全面拆检。

2" 拆检情况

1）A8缸活塞顶和活塞体确实分离了，连接活塞顶和活塞体的高强度螺栓被拉断。拉断的螺栓如图1所示。

2）第A4、A5、A8、B2、B4、B7缸出现拉缸情况，其中第A5、A8缸比较严重。活塞顶和活塞体的磨损如图2所示，气缸套内壁的磨损如图3所示。

3）第7、8档主轴瓦拉毛，导致曲轴对应的主轴颈拉毛。

4）A7、A8、B7、B8缸连杆因高温已变色，如图4所示。

5）A8缸进排气门挺杆被压弯，如图5所示。

6）高压泵油底壳内柴油较多，经对高压泵进行静压试验，发现A8、B8缸单体泵处渗漏严重；

7）油底壳内有金属屑和小铝块，如图6所示。

8）A8缸气缸垫有破损情况。

除上述问题外，其余零部件未见异常。

根据拆检，主要存在几个问题：活塞拉缸问题；活塞顶和活塞体分离问题；高压泵体渗漏（漏柴油）问题；白烟问题及清洁度问题。

3" 原因分析

造成活塞拉缸因素。

1）活塞与缸套之的间隙设计不合理：设计的配合间隙过大时，活塞在运行过程中会发生摆头情况，在高速且较长时间往复运动过程中，活塞与缸套间会发生不规则地连续碰撞，这就破坏了润滑油膜，从而导致了干摩擦，发生拉缸故障；设计的配合间隙过小时，局部润滑油不能形成有效油膜，在柴油机运转一段时间后，活塞会受热而膨胀，这会再次减少有效油膜的范围，从而导致干摩擦，发生拉缸故障。

2）柴油机的燃烧系统发生故障：比如喷油器压力低，雾化不好，或喷油器喷油量过多，燃烧不充分，从而产生过多地积碳，在活塞运动过程中，进入活塞与缸套之间，严重时可能发生活塞环卡死现象，导致活塞顶部发生拉缸故障。

3）柴油机供油系统发生故障：喷油正时不合理，有后燃或爆震现象发生，从而使气缸内的温度过高，导致活塞顶部发生拉缸故障缸。

4）柴油机冷却系统发生故障：冷却液温度过高或冷却器散热效果不好，对润滑油未能起到良好的冷却效果，长时间的高温将导致润滑油过稀或失效，破坏了油膜从而产生干摩擦，导致活塞裙部出现拉缸故障。

5）柴油机润滑系统发生故障：使用的润滑油已变质，不能形成有效的润滑油膜，或者形成的润滑油膜比较容易破裂，发生干摩擦，导致活塞裙部出现拉缸故障。

6）柴油机运转时，操作不当：新柴油机磨合时，低转速或低负荷运行时间过短，未经过充分的磨合就开始了高负荷运行。新柴油机各运动件间的实际接触面积，比设计时要小得多，且零件表面存在加工刀痕，若未经过充分地磨合，会使运动件局部表面因摩擦加剧而产生过高的热量，导致活塞出现拉缸故障。

7）活塞环与气缸套配合工作表面的粗糙度不合适，或两者材料不匹配，也容易在柴油机运转初期时，导致活塞出现拉缸故障。

8）柴油机装配时未严格按照工艺执行，装配时清洗不干净、活塞顶和活塞体之间的螺栓未有效拧紧等，都可能造成活塞拉缸。

造成活塞顶和活塞体分离因素。

1）柴油机活塞顶部油腔内的润滑油未能有效冷却活塞，使活塞顶温度过高发生活塞顶部拉缸，导致活塞顶和活塞体分离。

2）发生活塞环卡死情况，导致活塞顶和活塞体分离。

3）连接活塞顶和活塞体的高强度螺栓，由于材质或受高温影响问题，在柴油机工作过程中发生断裂，导致活塞顶和活塞体分离。

4）连接活塞顶和活塞体的高强度螺栓装配不当，螺栓未拧紧，或拧紧后未按转角法复紧，在柴油机高负荷工作过程中，松动的活塞头部与缸套发生干摩擦，导致活塞顶和活塞体分离。

高压泵体单体泵处渗漏因素。

1）高压泵体内腔与单体泵之间，间隙设计偏大，或密封O型圈规格选用不合理，单体泵与高压泵体之间形成的柴油腔和润滑油腔，O型圈未能有效密封，导致渗漏。

2）密封O型圈装配前，有破损情况，装配后未能有效密封，导致渗漏。

3）高压泵体与单体泵密封台阶处，倒角偏小或有毛刺，在密封O型圈装配时，挤坏O型圈，导致渗漏。

拆检拔出单体泵时，发现有多个O型圈破损。

4）因柱塞卡死或柱塞间隙不合理，导致的单体泵本体内部渗漏。

检测柱塞间隙，间隙为2.7～3.5 μm；将单体泵安装在工装泵箱上进行渗漏量检测（图7），用EFS试验台提供0.5 MPa压力的燃油，输入单体泵燃油腔，滚轮上滴落第一滴燃油后开始接油，3 h共接油0.835 mg（0.99 mL）。

呼吸器冒白烟因素。

1）柴油机喷油时间不合理。

2）柴油中有水，或因为气缸破损原因造成的气缸进水。

3）喷油器雾化性能不好。

油底壳内有金属屑和小铝块因素。

1）机滤底座内部的披锋较多，在毛坯精整和装配前未处理干净。

2）油底壳、机油进回油管等焊接件，装配前内部未冲洗干净。

3）柴油机拉缸后，损坏零件的部分。

4" 分析结果

1）从故障件（活塞）表面来看：表面出现严重的磨损现象，并带有黑色的表面，明显属于缺乏润滑导致的拉伤。

2）活塞顶和活塞体分离，不排除高强度螺栓未拧紧可能。

3）高压泵体的长时间渗漏（柴油混入润滑油中），导致了润滑油的变质。

4）高压泵体与单体泵间的润滑油腔密封性不好和单体泵本体的渗漏，导致了润滑油的压力偏低。

5）零部件清洁度不够，造成运动件局部的磨损；机油压力阀（旁通阀）的开启、关闭也受到影响，从而导致了低油压。

6）机油压力低导致活塞冷却喷嘴供油量不足，造成活塞热负荷较高。

7）有冷却液从破损的缸套和气缸垫处流出，在部分冷却液接触到高温排气管时，蒸发产生大量白烟。

综上，造成本次故障的主要原因是柴油渗漏导致润滑油变质、润滑油渗漏和杂质的存在导致低油压、活塞与缸套之间的配合间隙不合理导致的干摩擦。而干摩擦和低油压导致发动机过热，这又加速了润滑油的变质和变稀。拉缸故障发生的同时，又导致了挺杆被压弯和连杆局部变色情况的发生。

5" 改进措施

根据此次故障失效原因及分析，改进方案如下。

1）活塞更改型线椭圆，加大局部配合间隙，如图8所示。

2）完善活塞顶和活塞体装配工艺。用扭矩扳手将活塞顶螺钉按规定的扭矩拧紧，将活塞顶螺栓松开，再用扭矩扳手按规定的扭矩拧紧，按扭矩的技术规定重新检查活塞顶螺钉的拧紧情况，如图9所示。完成操作后，在2个螺栓上做标记。

3）完善高压泵体和单体泵。①加大高压泵体与单体泵密封台阶处（图10）的倒角，45°加大至60°，以减小装配时倒角对O型圈的影响；②泵体涂（O型圈处）少量清洁机油装入，且无卡滞现象；③单体泵装入时，螺栓对角交替拧紧，减小装配时对O型圈的影响；④柱塞偶径间隙，由原来的2.7～3.5 μm减小至2.5～3.3 μm，减小渗漏情况。

4）重视各零部件清洁度问题，并修改相关工艺；装配过程中，严格按工艺规程操作。

6" 结束语

柴油机发生故障后，下列一些简单规则能节约时间和减少麻烦。

1）行动之前先思考：故障发生前是否有征兆、是否之前有过类似故障、继续运转的柴油机是否安全等；

2）拆机后，需对各系统和故障件仔细分析，追溯到各零部件之间的关系并重复检查，因为大多数柴油机的故障并不只是源于某一个故障零部件而产生的。

3）在故障改正后，还需要将故障产生的基本原因找到，并予以消除。

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