发动机分析原理

1、柴油机故障分析内燃机中级技术工人培训试用教材第一节柴油机故障的征象和分析故障的原则一、柴油机故障的征象柴油机在使用过程中，由于零件的自然磨损和变形，使用维护不当、装配和维修质量不良等原因，使柴油机性能下降，出现不正常的现象，甚至不能继续工作，这种现象称为故障。当柴油机发生故障时，往往通过一个或几个征象表现出来，一般这些征象都具有可观、可听、可嗅、可模、可测量的性质。总结起来有以下几个方面：1、工作不正常：如不易起动，转速不稳、不能带负荷、自动停车等；2、声音不正常：如发出不正常的敲击声、放炮声、吹嘘声等；3、温度不正常：如排气管过热、机油过热、冷却水过热、轴承过热等；4、外观不正常：如排气管冒

2、白烟、黑烟、蓝烟、漏水、漏气等；5、消耗不正常：如柴油、冷却水、机油等消耗量增加，油面及水面升高或降低；6、气味不正常：如排气管带很浓的柴油和机油的气味，以及不正常的嗅味和焦味等。柴油机故障的发生大部分是由于使用时不遵守操作规程，不注意保养工作，装配和调整不正确以及一些零件的磨损而引起的。因此，正确的使用和及时的保养是防止和减少故障的有效办法。但有时发生了故障，也应当仔细的分析故障发生的原因，及时加以排除。二、分析故障的原则为了能迅速、有效地排除故障，要对故障产生的部位和原因进行正确的判断。因此要求在了解故障的基本征象后，根据该柴油机构造和原理上的特点，全面地分析产生故障的可能原因，然后根据从

3、简到繁、由表及里、按系统逐个分析，最后找出故障的实际原因，加以排除。根据实际中总结出来的判断故障的经验是：搞清征象、结合构造，联系原理，具体分析，从简到繁、由表及里、按系统分段，逐步检查。绝不能在没有弄清问题之前，随便乱拆机器。这样不但不能消除故障，还可能发生新的故障。实际上，故障的征象是一定的故障原因在一定的工作条件下的表现，当改变工作条件时，故障的征象也随之改变，只在某一种条件下的表现，故障的征象表现得更为明显。根据这个道理，广大机务机务工作者在长期的实践中，创造了很多提高观察和听诊效果的技术措施和方法，使故障征象表现得更为明显和突出。现将这些方法介绍如下：1、停缸法：依次地停止某缸供油，

4、观察故障征象变化的情况，以判断某缸是否有故障。如柴油机发生断续冒烟，但在停止某缸的工作时此现象即消失，则证明此缸有故障，应对此缸进行分析。2、比较法：分析故障时，若对某一机件有怀疑，可以用技术状态正常的备件去替换，根据替换后工作情况的变化，来判明原件的技术状态是否正常。一般对喷油器的故障可以采用这种检查方法，这时可以换上一个备用喷油器，以判断原用喷油器是否产生了故障。3、试探法：在分析故障原因时，往往由于经验缺乏，不能肯定故障的原因，而要进行某些试探性调整和拆卸。以观察故障征象的变化，来寻找或反证故障产生的部位。如怀疑活塞组在气缸内磨损严重，可向缸内灌点机油，若气缸压缩性变好了，说明所怀疑的故

5、障原因正确。但试探时必须遵守“少拆卸”的原则，并在确有把握恢复原有状态的情况下才能进行。4、变速法：在升降柴油机转速的瞬时，注意观察故障征象的变化情况，从中选择出适宜的转速，使故障的征象表现得更为突出。一般情况下多采用低转速运转，因为这时柴油机转得慢，故障征象持续时间长，便于人们观察和检查。如检查配气机构，由于气门间隙过大引起的敲击声时，就采用这种方法。在实际工作中，上述几种方法常常是综合采用相成的效果。第二节曲柄连杆机构故除分析一、气缸漏气1、征象(1)漏气：由于气缸内压缩力不足，故很易容摇转曲轴，并在转动曲轴时，有气体漏入曲轴箱发生“呸呸”声，打开加机油口盖处，听得较清楚，漏气严重时还会引

6、起曲轴箱爆炸。(2)起动困难：起动后工作不平稳，功率不足，曲轴箱的通气管(加机油口盖)冒烟或从油底壳接缝处向外渗机油。(3)在起动、低速、大负荷、转速变化时沿气缸全长有敲击声(敲缸)，一般随柴油机走热后响声逐渐减轻。(4)由于机油窜入燃烧室内燃烧，除机油消耗量增加外，同时活塞顶及燃烧室大量积炭，活塞环胶结，排气冒蓝烟，严重时排气窜机油。(5)燃油燃烧不完全，燃油消耗率高，排气冒黑烟。(6)水温和机油温度高，有的零部件过热，如气缸盖、排气管等。2、原因(1)气缸套、活塞、活塞环过度磨损，势必造成气缸间隙、活塞环的开口间隙和侧向间隙增大，因而密封性差，造成漏气。(2)由于使用及保养不当和其它原因而

7、造成活塞、汽缸的速磨损。例如：1)空气滤清器油盘中缺油，或空气滤清器与进气管接触不严密。另外，在清洗空气滤消器后，滤芯总成装错或内、外橡胶密封圈装错等，均会在进气中夹尘土进入气缸，加剧气缸等的磨损。2)机油不足或不清洁或变质，使活塞与气缸早期磨损。3)冷车起动后，未经预热立即投入工作；或长时间在水温较低情况下怠速运转，使燃烧气体中的水蒸气凝成水滴，并和其它燃烧生成物形成酸性物质(流酸等)腐蚀气缸壁，使磨损加剧。4)更换活塞环时，由于气环的开口间隙和侧间隙过大；扭曲环或锥形环装反；油环磨损或油环回油孔被积炭堵塞。更换气缸套时，缸套质量不佳，粗糙度不够；装配时，清洗不干净或气缸间隙过大；油底壳中机

8、油面过高等原因，都会使大量机油窜入气缸内燃烧，使活塞环(特别是第一道路环)胶结在环槽中失去弹力，从而密封性大为减弱。同时，由于积炭过多，也加速这些零件磨损。5)由于柴油机长期在高温或超负荷状态下工作，活塞环弹力减弱；或由于安装不正确或在工作中由于缸套椭圆过大，而使活塞环自动转位，使各环开口重合，都会造成漏气，加速磨损。(3)连杆弯曲、扭曲变形；连杆大小头孔中心线互相歪斜不平行；或主轴颈与连杆轴颈不平行，造成气缸单边偏磨。(4)活塞环拆断、活塞销卡环和活塞销窜出，使缸壁严重刮伤，也会产生漏气。(5)新机或大修后的柴油机(或新换缸套及活塞组)，未磨合好就投入作业，也会加速磨损。3、检查与判断：由于

9、柴油机其它系统的故障，也会出现上述征象中的一个或几个征象，这就给判断故障带来了困难。检查压缩压力，目前多用气缸压力表来测定，检查前应使柴油机水温在65C以上，拆下被检查缸的喷油器，装上气缸压力表，使喷油泵停止供油；然后用起动机带动曲轴转动(或拆下全部喷油器，用手摇转曲轴变亦可)，此时压力表的最高读数，即为该缸压缩终了的气缸压力。柴油机一般正常压力为3040公斤/平方厘米，磨损后的压力应不低于原厂标准的70-80%。(1)在检查中发现压力过低，并在加机油口听到漏气声，可向该缸注入少量机油后再检查一次。若压力显著提高，漏气声消失，则表明该缸的缸套和活塞组零件严重磨损漏气。(2)检查时若在排气管口或

10、进气管听到“嗤嗤”漏气声，说明该缸气门与气门座之间关闭不严而漏气。(3)如喷油器安装孔漏气，可在工作中从外部直接看到，轻者有泡沫冒出；重者会出现“嗤嗤”漏气声，并伴之有气体冲出。(4)气缸垫漏气，也会使压缩力不足，判断方法，可参考“烧气缸垫”故障中各项。4、排除方法：拆除活塞环间隙、活塞裙部和气缸的配合间隙以及气缸的失圆度。若活塞和气缸磨损不严重时可重换活塞环，并将缸套旋转90°安装。若磨损严重，应链缸后采用相应的加大活塞和活塞环，或全部换换标准的气缸、活塞及活塞环。若因连杆弯扭造成的偏磨应校正连杆。空气滤清器、机油滤清器失效应及时更换，并按时更换机油。在野外，由于气缸漏气，在紧急情

11、况下往往多次起动不了后感到更难起动。如果没有其它问题，主要是因压缩力不足而造成。判断方法是扳动飞轮，如一松手飞轮能往回倒转，说明压缩情况还好；如已不能倒转，往往由于多次起动后，过多的柴油冲走了机油，缸内的密封情况更坏而更难起动。可卸去全部喷油器，倒入少量机油，停车手柄板至停油位置，按起动按钮，使机油涂于缸壁表面后，再装上喷油器，重新起动。二、气缸垫烧损气缸垫烧损后，柴油机往往仍可发动，但带负荷后，功率不足，严重时柴油机不能工作，并可能造成某些有关零件的损伤，因此，要认真预防和排除。1、征象：气缸烧损后就失去密封作用，发生窜气、漏水或漏油现象。气缸垫烧损的部位可以看到黑斑，而且用棉纱也不易擦净。

12、气缸垫烧损的部位不同，所表现的外征也各不相同。如：(1)当烧坏部位在相邻两缸窜气。不减压摇转曲轴时，两缸的压缩力都不足；工作时冒烟，柴油机没劲，转速明显下降，达不到标定转速。(2)当烧坏部位使气缸与冷却水孔穿通时，由于气体窜入冷却水套，即使水温不高，水箱中也有很大压力的蒸气外冒，随着温度升高，冒热气现象更加严重，在水箱中发出“鼓鼓”的冒泡声；进、排气管中向外冒白色蒸气，甚至向外窜水；卸下喷油器时，从孔中向外窜水。(3)当烧坏部位使气缸与缸盖螺栓孔的缸垫边缘相通时，漏气处会有断续的淡黄色泡沫产生，严重时除能听到“吱吱”的声音外，还可看到烟色，有时还有漏油、漏水现象，缸盖螺栓及孔上有积炭。(4)当

13、烧坏部位使气缸与机体上平面的机油孔相通时，气体窜入润滑系，机油温度升高，机油变质；通往气缸盖上部润滑气门机构的机油中有气泡。(5)当烧坏部位使气缸与冷却水套、润滑油道相通时，在水箱的水面上有黄褐色的机油泡沫；油底壳机油中有水，从加机油口处向外冒热气；严重时，排气管出机油和水。原因(1)气缸垫的质量不好，铜皮内的石棉布置不均匀，特别是燃烧室周围处没有布置均匀时，最易冲坏气缸垫。(2)拧紧气缸盖的螺栓顺序不正确，或末拧到规定的扭力，或各拧紧扭力不均匀，以致使气缸盖平面压力不均匀，气缸垫没有完全贴合在气缸体与气缸盖的接合面上。这样气缸垫最易漏气冲坏，而且易使气缸盖变形。(3)气缸套高出机体平面，各缸

14、套高度不平或高度不够或凸出过多，使气缸盖压不紧，燃烧气体窜出，烧坏气缸垫。(4)缸盖螺母紧的次数过多、过紧(超过规定扭矩)因而使螺栓周围的缸体平面被螺栓拉凸得起不平，结果使缸盖压不严密，燃烧气体冲出，烧坏气缸垫。(5)缸盖或气缸体的接触平面不平，使气缸垫不能平整压实而冲坏气缸垫。如气缸垫经常在同一部位损坏，则多系气缸盖或气缸体不平所造成。(6)柴油机工作温度过高，如超负荷工作，喷油时间过迟、气缸垫在高温下工作，很容易失去原有的弹性，使气缸垫变得非常脆弱而最后被烧毁。(7)柴油机长期处于喷油时间过早情况下工作，由于柴油被喷入压力和温度都不高的空气中，物理化学准备条件较差，着火落后期延长，导致速燃

15、期压力升高率增大，往往超过允许范围，产生冲击性气体压力载荷，也容易冲坏气缸垫。(8)气缸垫使用时间过久或拆装次数多，汽缸垫便会失去弹性，不能很好地起到密封作用，若继续使用便会烧毁。(9)选用的汽缸垫厚度不够，使柴油机压缩比增高，从而燃烧压力便增高，再加之汽缸垫太薄会封闭不严而易被冲坏。(10)拆下汽缸垫后，随意放置，没有挂起来或放平，使汽缸垫变形或损坏，装上使用时候会烧毁。(11)汽缸盖和汽缸垫安装时不清洁，使汽缸盖、汽缸体平面接触不严。(12)由于柴油中混入水分，在高温的作用下，产生有机酸，汽缸盖被腐蚀成蜂窝状的麻点，窜气而冲坏。3.排除方法(1)发现汽缸垫稍有损坏应立即更换，对于弹性减弱气

16、缸垫，经过在机油中加温后还能继续使用。如果发现气缸垫漏气但没有烧损，可在漏气部位加铜皮(厚约0.2毫米)即可防漏。也可以将缸垫在火焰上均匀地烤一烤，由于石棉膨胀，使缸垫复原，防止漏气。(2)气缸体与气缸盖平面不平时需铲刮修平。(3)气缸套凸出高度不够或不一致时，需加以调整和修理，使其达到规定值。同一台柴油机各缸凸出高度相差不得大于0.05毫米。(4)更换气缸垫时应测量余隙。余隙太大，压缩比变小，影响柴油机功率；余隙太小，压缩比变大，不但易烧坏气缸垫而且会造成气门碰活塞顶。三、气缸体、气缸盖破裂气缸体、气缸盖破裂的主要是使用不当。破裂部位一般在进、排气门座之间，燃烧室与气门座之间，两缸之间的鼻梁

17、，水套、水道空以及气缸盖螺栓固定空等部位。1.征象(1)水箱内冒气泡，冷却水迅速消耗，柴油机工作不稳定，功率下降，声音不正常，甚至不能继续工作。(2)当外部破裂时，水向外渗漏；内部破裂时，水漏到油底壳使油面增高；水漏到气缸中会变成蒸汽随同废气一起排出，使排气冒白烟，柴油机不易起动。2.原因：气缸盖经常处于高温、高压下工作，燃烧时最高瞬时压力可达60-70公斤/厘米2;最高温度可达1800-2000C左右；假如柴油机2000转/分运行，则气体的压力和温度将是每分钟1000次的转度变化着，热冲击十分强烈。根据实际测量，缸盖底面的温度分布是不均匀的，对应活塞凹槽处得缸盖温度较高，而缸与缸之间的出砂孔

18、和孔边缘的温度较低。由于存在温差，相应生产热应力及残余应力，最后导致出现裂纹和损坏。现从使用维护角度分析原因如下：(1)严寒季节起动时，向冷机内骤加过热的开水。(2)在严寒季节冷却水结冰而胀坏.故冬季使用时在停车后约半小时，应将冷却水放尽。最好用摇手柄转动曲轴数圈。排除水泵内的存水，水泵放水阀不必关上.以免积存冷却水。注意水箱通气孔应畅通，以免影响放水。(3)柴油机温度过高时，突然加入冷却水，这样极易引起炸裂。如冬季使用柴油机时，有的机手为了便于起动.先将柴油机起动后.再加冷水.这样做是不好的。因为起动后机体内部温度迅速升高，加入冷水后便易炸裂。又如柴油机在缺水开锅时突然加入大量冷水，这也是不

19、允许的，应当逐步加入少量冷水使温度降低。(4)柴油机温度还很高时就放水，使气缸盖机体外部骤冷.内部很热，使各机件温度下降不一致，特别在冬季更趋严重，这样便产生内应力而出现裂纹。因此放水应等柴油机温度降至40-50C(停车后约半小时)后再进行。有的人用减压机构进行停车操作，由于突然在高温下吸入过多的冷空气，缸盖等也易炸裂。因此一般不应用减压机构熄火。(5)柴油机冷车起动后，还没有走热，就突然迅速加大负荷，使气缸盖、机体内由冷骤热，产生内应力而裂开。(6)气缸盖局部温度过高.如某缸喷油时间不对或喷油量过多，或喷嘴滴漏严重，冷却水道局部堵塞，气缸盖螺栓松紧不均匀，以及气缸盖拆卸次数过多，引起气缸盖挠

20、曲，均会造成局部高温。这时由于冷却速度快慢不一形成裂纹。(7)柴油机长期超负荷工作，喷油时间过早或过迟，都会引起柴油机过热，使内部机件内外冷却温度不一致，也容易产生热裂。因此在使用中不要长时间超负荷作业，正确调整喷油时间，要经常保持柴油机正常水温(80-95C).(8)冷却系水套中水垢过多，影响散热效果，使缸盖底面温度升高，局部热应力集中，导致缸盖产生裂纹；由于柴油机在工作中的震动，使水垢成大块的脱落，水垢脱落处的局部温度下降，造成温差过大，膨胀不一致，产生内应力，因而炸裂。（9）气缸垫在安装时没有对准孔位（气缸垫上的水孔未与气缸体或气缸盖上的水孔对准），使冷却水流量减小，使柴油机温度升高，气

21、缸盖底面不均匀的温度更加不均匀，导致产生裂纹。3-排除方法：气缸体、气缸盖的裂纹根据不同情况焊补或更换，四、气缸套破裂气缸套破裂的原因有下列一些方面：1 .为保证可靠地压紧气缸套，湿缸套上端与气缸盖衬垫压紧部分，要突出机体顶面0.05-0.15毫米（见图1-1）。这个突出量太大，在拧紧气缸盖对，会使气缸套变形，并使凸缘根部产生裂纹。有的气缸套上端面再有一个台阶，目的是保护气缸垫不致烧损（图1-1）.安装这种气缸套的气缸垫时.气缸垫孔应套入这个台阶上不要搁在上面，否则会使气缸套受的力偏离气缸体承受面.使缸套台肩产生剪切应力而断裂，经常发现在拧紧气缸盖螺栓时，缸套即行断裂，多属此类原因。.气缸套与

22、气缸体配台间隙过大；或由于安装时密封胶圈的作用或缸套凸缘下平面不平，以及缸套凸缘与气缸体接触平面中间有杂物，把缸套垫起.使缸套装斜，存活塞侧压力作用下.产生微量的横向摆动，促使在凸缘处产生疲劳裂纹而断裂（图1-2）。2 .在凸缘处不是圆滑过渡而成尖角.有明显刀痕或裂纹，在交变载荷下，此处易产生应力集中.产生微观疲劳裂纹而逐渐扩展，以致断裂。如图1-2,表示出凸缘过渡成尖角的断裂情况。图1-1带有台阶的气缸套和产生断裂的位置图1-2气缸套凸缘的断裂及断口形状3 .气缸套外壁积存厚的水垢，影响散热，附于气缸套外壁的水垢可能部分掉落，这样使气缸套受热不均匀.在热应力的影响下发生破裂。4 .使用方面的

23、原因，如柴油机运行中水量不足，甚至断水，使柴油机过热，此时苦突然加入冷水，缸套骤冷收缩.极易产生裂纹。柴油机长期超负荷运转，机械负荷与热负荷急剧增大.也会造成缸套裂纹。袈缝处严重漏水后，气缸内产生“水垫”，造成“顶缸，将连杆顶弯或破坏其它零件，水漏入曲轴箱后，破坏机油性能，易产生烧瓦事故。5 .在安装缸套时，因密封胶圈过紧，用力打下缸套，由于用力不均，使缸套圆角处或其他强度薄弱处产生裂纹。6 .寒冷天气水套内的水没放尽，缸套被冻裂：7 .活塞环折断或活塞销窜动，往往因挤压缸套而造成裂纹。.其它还可能是气缸套材质不合格或工艺上没有很好退火等原因，引起缸套断裂。还可能因缸套锈蚀严重而使强度减弱，引起缸套断裂的情况。五、活塞烧损与断裂1.征象：活塞烧损一般产生在活塞顶部；断裂一般产生在活塞顶、机械负荷最大的活塞销座附近和安装油环处。活塞断裂后.机体通气孔处会排出大量浓烟.活塞破碎会引起捣缸事故。2 .原因：活塞顶烧损与断裂主要是气缸中压力和温度的急剧变化而引起。活塞顶产生断裂的原因有：(1)喷油器工作不正常.有未雾化的燃油滴在活塞顶上.燃烧时产生局部高温.或因活塞顶积炭严重，造成局部高温而引起活塞顶烧损。(2)供油时间过早.产生敲缸。由于气缸内压力急剧上升，使活塞受到过大的冲击载荷.因而在活塞顶部易出现裂纹。(3)长时间超负