故障檢修與技術維護

康明斯柴油發電機氣缸墊沖壞和燒毀的原因

 

摘要：氣缸墊是康明斯柴油發電機中非常重要的密封件，其作用是在缸蓋螺栓預緊力的作用下，實現燃燒室、潤滑油道以及冷卻液通道的可靠密封。渦流室式燃燒室由渦流室狃主燃燒室組成，燃燒室位于氣缸蓋上，占總壓縮面積的50-80%，有切向通道與主燃燒室相通。在壓縮行程時，壓入渦流室內的空氣產生強烈的渦流運動，促使噴入其中的燃料與空氣混合。著火后混合物流入燃燒室，形成二次流動，進一步與主燃燒室內的空氣混合燃燒。發動機在工作過程中，為了使渦流室式的燃燒室孔周邊的面壓盡可能的合理分布，所以氣缸墊相對于渦流室處的受壓面積也要增大，進而能實現燃燒室孔周邊密封面壓分布合理的密封效果。

 

 一、汽缸墊損壞的原因分析

 

      氣缸墊是保證發動機燃燒室密封的重要零件，又是一種易損件，一旦氣缸墊損壞，發動機將無法正常工作。

1、故障現象

      氣缸墊燒穿是發動機的一種常見故障，其主要癥狀是：

（1）發動機轉速不能提高，柴油發電機組運行無力。

（2）發動機運轉有振抖和“缺缸”現象。

（3）空載時排氣管發出短促的“突突”異響，甚至有“回火”現象，而在加載時“突突”異響減輕，運轉聲變得沉悶。

2、主要原因

      在柴油發動機工作時，如聽到汽缸周圍有“啪、啪”的排氣聲，或聽到散熱器內有“鼓、鼓”的冒氣聲，或檢查汽缸壓縮壓力時相鄰2汽缸的壓力都很低，均表明汽缸墊已損壞。導致柴油發動機汽缸墊損壞的原因有：

① 如圖1所示。汽缸蓋螺栓或螺母擰緊力矩不均勻，或氣門室蓋變形，致使汽缸墊沒有完全貼合在氣門室蓋與汽缸體的結合面上。

② 柴油發動機供油提前角過大，備燃期較長，在汽缸內積聚并完成燃燒準備的柴油較多，導致燃燒開始后汽缸壓力急劇升高，使柴油發動機工作粗暴而沖壞汽缸墊。

③ 汽缸墊質量不良，破裂或厚薄不均勻，特別是燃燒室周圍厚薄不均勻時，極易使汽缸墊沖壞。標準型氣缸墊如圖2所示

3、氣缸墊失效的快速診斷

      為了確定氣缸墊失效的具體部位，可以采取以下幾種方法：

（1）搖車檢查。

      用盤車裝置搖轉曲軸，若感覺忽輕忽重，某些氣缸似乎沒有壓縮力，可以拆下相鄰的兩個噴油器，把薄紙片剪成圓形，再用潤滑脂粘貼在噴油器安裝孔外，然后再搖車，如果兩個薄紙片同時被吹動，說明氣缸墊在這兩個氣缸之間被燒穿。

（2）從排氣管檢查。

      檢查排氣管是否有水排出，若有水珠或水汽排出，說明氣缸墊在氣缸口與水套孔之間燒穿，造成氣缸與水套溝通，冷卻水由此進入氣缸（此時發動機有“缺缸”的表現），部分水分經過蒸發進入排氣歧管。

（3）從散熱器口檢查。

      打開散熱器蓋，加滿冷卻水，讓發動機保持中速運轉，然后觀察散熱器口，如果有氣泡不斷地涌到水面，在排除氣缸套破裂的可能性后，則可以推定氣缸墊在氣缸口與水套孔之間被燒穿，燃燒室的氣體進人水套。上竄的氣泡越多，說明氣缸墊燒蝕越嚴重。

（4）拔出機油標尺檢查。

      若機油標尺上的機油含有水珠，說明氣缸墊在氣缸口與水套孔之間燒穿，部分冷卻水由此進入氣缸，并且經過活塞環進入油底殼，因此機油標尺上的機油含有水珠。

（5）涂油檢查。

      在氣缸蓋與氣缸體的結合部位（即氣缸墊周圍）涂抹潤滑油，讓發動機運轉，如果在氣缸墊周圍有黃色的泡沫冒出，甚至發出“哧哧”聲，說明氣缸墊已經燒穿。

（6）測量氣缸的壓縮壓力。

      如果測量結果表明某相鄰兩缸的氣缸壓力特別低，說明氣缸墊在兩缸相鄰處燒損，導致相鄰兩個氣缸之間竄氣。

 

圖1  柴油機搖臂室蓋螺釘未擰緊

圖2 全新標準型氣缸墊示意圖

 

二、汽缸墊損壞后危害

 

      汽缸墊的功能是持久、可靠地保持氣門室蓋與汽缸體接合面的密封。它必須嚴格密封汽缸內所產生的高溫、高壓氣體，必須密封貫穿汽缸墊、具有一定壓力和流速的冷卻液以及機油，并能經受住冷卻液、廢氣和機油的腐蝕。汽缸墊損壞后，常出現下列現象：

① 氣門室蓋與汽缸體接合處有局部漏氣現象，特別是排氣管口附近常會出現此情況。

② 發動機工作時，散熱器水箱口處有氣泡溢出。

③ 水箱冷卻液中的表層浮有一層機油。（當汽缸墊在水道和油道中間地方燒壞后，因機油壓力比冷卻液的壓力大，就會有機油從油道通過汽缸墊燒壞的地方竄入水道而進入水箱。

④ 發動機動力下降，嚴重時發動機將難以啟動。

⑤ 氣門室蓋螺栓孔和螺栓上產生積炭。如汽缸墊在汽缸口和氣門室蓋螺栓孔的地方燒壞，將出現此種現象。

 

三、汽缸墊損壞后的更換與處理

 

1、氣缸墊更換步驟

      汽缸墊損壞后，汽缸密封不嚴，發動機的動力性能和經濟性都將大幅度下降，因此，汽缸墊損壞后應及時予以更換。

① 更換汽缸墊應在冷車時進行，先按規范要求拆下氣門室蓋，取下舊汽缸墊。

② 將新汽缸墊、氣門室蓋、汽缸體結合面清潔干凈，如圖3所示。

③ 安裝新汽缸墊時，注意對正各水孔、油孔和定位銷的位置，將汽缸墊有記號的一面朝上。如果汽缸墊上無記號，則光滑面應朝向汽缸體。

④ 按規定順序和扭矩，分次將氣門室蓋螺栓和螺母擰緊。

2、汽缸墊損壞后的應急處理

      在柴油發電機組運行中遇到汽缸墊損壞而又沒有配件的情況時，可以采取以下幾種應急處理方法：

① 如果發現損壞處是一道小口，可以用鋁鉑（香煙盒內的包裝鋁紙或廢舊電容器內的鋁紙）或石棉線填補損壞處，然后將鋁鉑平整敲實。

② 如果損壞面積較大，可用1塊與損壞部位的形狀和厚度相當的干牛皮（可取自皮腰帶或皮夾）填壓在損壞處。

③ 如果汽缸體上平面或氣門室蓋下平面有了凹坑，可將石棉線或鋁紙輕輕地敲壓在凹坑內，然后將其鏟平。

④ 如果損壞處是在2汽缸之間，需將石棉線或鋁紙用銅皮包好后敲壓在損壞處。

⑤ 對有些雖然漏氣但并沒有破損的汽缸墊，可以將汽缸墊在火焰上均勻地烘烤一下，這樣加熱使石棉紙復原后再裝回到發動機上，就不再漏氣了。

 

圖3  清潔柴油機缸蓋與密封墊結合面

圖4  柴油機氣門室蓋螺釘擰緊順序

 

四、氣缸墊處理案例

 

1、現象

      水溫突然升高，運轉沉悶，動力下降，冷卻水消耗過快，排氣管有白煙排出，用手接近排氣管消音器出口處，發現手上有水珠，加速時散熱器加水口有水泡或冷卻水外竄，散熱器加水口處有水銹痕跡，怠速時，排出的廢氣呈淡黃色，曲軸箱油面升高，潤滑油乳化現象嚴重，嚴重時有大量的冷卻水進入氣缸，無法起動。

2、判斷

（1）拔出油尺，觀察潤滑油油面是否升高，潤滑油中是否有水，潤滑油顏色是否發白。

（2）將散熱器加滿水，突然加速柴油發電機。若散熱器加水口有水泡或冷卻水外竄，則說明氣缸墊燒損。

（3）拆下進氣管，用棉紗等物堵塞各缸進氣口，加速的同時散熱器加水口處水泡或冷卻水外竄會減弱或消失，則進一步證明此氣缸墊已燒損。

3、原因分析

（1）柴油發電機經常超負荷工作，由于氣缸內的局部壓力和溫度過高，容易“沖缸墊”。柴油發電機操作使用方法不當，如經常空負荷急加速，高溫頻繁熄火等。

（2）康明斯柴油發電機供油過早，導致工作粗暴而“沖缸墊”。

（3）氣缸體及氣缸蓋因高溫而變形，造成相鄰氣缸互相竄氣，嚴重時容易燒壞氣缸墊。

（4）氣缸蓋螺栓緊度不一致，不是按照一定順序分幾次擰緊或轉矩不符合規定，引起變形，造成氣缸墊損壞。

（5）氣缸墊自身質量較差，氣缸墊包邊不緊，或者銅皮內的石棉鋪置不均勻，特別是燃燒室周圍處沒有鋪置均勻時，最易沖壞氣缸墊。

 

總結：

       在更換汽缸墊時，一定要地按技術標準的拆卸氣門室蓋及附屬零部件，仔細檢查各零部件的情況，安裝汽缸墊應按照機廠家規定的順序、扭緊力矩及扭緊方法去緊固缸蓋螺栓。只有這樣高質量的維修方法，才能避免汽缸墊再次燒蝕或沖壞。

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