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故障检修与技术维护 |
柴油机下窜气的原因及排除方法 |
摘要：柴油机工作时的动力来源于燃油燃烧爆发，在燃烧室产生高温气体，推动活塞移动，从而将热能转化为机械能。燃烧室的密封程度越高，能的转换效率就越高。康明斯发电机组销售市场中有用户反映，柴油机在工作中出现气缸下窜气现象，在机油注入口明显感觉有热气喷出，功率也有不同程度的下降。针对这一情况，我们对造成窜气的原因进行了分析，并提出了窜气量的测量方法，以及窜气排除方法。
一、下窜气现象原因分析
柴油机产生“下窜气”主要是由于气缸套、活塞、活塞环的质量问题造成的，下面我们针对柴油机工作中活塞组件密封不严，导致高温气体下窜，功率下降的问题进行了原因分析。
1、气缸套
（1）气缸套内圆失圆
气缸套内圆失圆，使活塞环外圆没有与缸套整圆贴合，存在间隙，使燃气从间隙中窜出，如图1所示。
（2）缸套装配后因外力产生变形
这一原因其窜气的机理与气缸套内圆失圆相同，但不是由于缸套本身的质量问题造成的，分析有以下两点：
① 由于机体的镶缸套孔圆柱度差，将缸套挤扁，特别是干式缸套；
② 机体上的缸盖螺纹孔歪斜，拧紧螺栓后，产生应力，将缸套挤变形。
2、活塞
（1）活塞环槽宽度过大，使其与活塞环间的侧隙变大，活塞上下运行时，活塞环也上下移动，换向的过程中产生窜气，如图2（a）所示。
（2）活塞环槽侧面相对轴线的垂直度超差，使活塞环槽下侧面没有与活塞环侧面完全贴合，造成密封不严，产生窜气，如图2（b）所示。这种情况下拆机可发现活塞环槽侧面局部有一条因活塞环内侧撞击出的一条圆弧线。
（3）活塞环槽侧面波纹度过大或粗糙度Ra值过大，侧面微观凹凸不平，与活塞环侧面贴合不严密，产生窜气（，如图3所示。这种情况下拆机可发现活塞环槽侧面的磨合点出现时断时续现象。
（4）活塞环岸外侧倒角过大，使侧面与活塞环的贴合面积减小，影响了密封效果，产生窜气。
3、活塞环
（1）活塞环在与活塞装配时开口间隙没有错开，轴向处于同一位置，燃气从开口间隙窜出，如图4所示。
（2）活塞环产生扭曲，侧面没有与活塞环槽侧面完全贴合，产生窜气。
（3）活塞环弹性不足，外圆对缸套内圆的压紧力小，贴合不紧密，产生窜气。
（4）活塞环侧面波纹度过大或粗糙度Ra值过大，这一原因的窜气机理与（2）、（3）类同。
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图1 缸套与活塞环间隙窜气现象 |
图2 活塞环槽窜气部位示意图 |
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图3 活塞环槽侧面密封不严造成窜气现象 |
图4 活塞环槽开口间隙窜气现象 |
二、柴油机窜气量的检查方法
在压缩冲程和做功冲程，气缸里压力升高，这就导致了气缸里的高压气体有可能从活塞与气缸壁之间进入曲轴箱。特别是做功冲程，混合气点燃后燃烧室里的温度和压力剧烈升高，一部分气体就会跑到曲轴箱里，我们把这种现象叫做“窜气”，如图5所示。其中，图6是柴油机台架试验特性区间，横坐标为柴油机转速，纵坐标为曲轴箱和进气歧管之间的压降。
1、检查气缸压力
采用气缸压力表逐缸检查气缸压力。检查气缸压缩力可以了解气缸、活塞组合件、气门、气缸衬垫的综合情况，各缸压力差不超过其平均值的10%。当气缸压力降低时，为了查明其降低原因，可用少量新鲜机油从火花塞孔注入气缸内，再重新测量压力；还可用检查进气歧管真空度等方法来判断柴油机的漏气故障。在此基础上分析故障产生的原因，然后对症下药，予以排除；同时采取有效的措施进行预防，以杜绝此类故障的发生。
2、检查空气滤清器效果
查看滤芯有无破损，如若滤清器工作失效，灰尘杂质进入气缸，势必引起剧烈磨损，甚至拉缸和断环现象，由此难免引起窜气。另外气门与导管磨损松旷、配合间隙超限，部分气体也会由此间隙窜出气门室罩。
3、检测曲轴箱的漏气量
气缸向曲轴箱内漏气，又可称为曲轴箱窜气。曲轴箱窜气量可以用曲轴箱窜气量测试仪来检查。根据曲轴箱窜气量的多少来判断气缸与活塞组合件配合间隙磨损情况。曲轴箱窜气量在柴油机走热规范内，并在全负荷，曲轴在最大扭矩的相应转速时测试，新车或大修后的柴油机曲轴箱窜气量一般在15～20L/min。窜入曲轴箱的废气可以溢出的通道有机油加注口和曲轴箱强制通风阀。显然，曲轴箱窜气量与柴油机使用工况有关。在确定工况下曲轴箱窜气量可反映气缸活塞组的技术状况或磨损程度。
（1）曲轴箱的漏气量可采用漏气量检测仪进行检测，检测曲轴箱漏气量时，柴油机运转至正常工作温度，在选定的曲轴箱入口（其余入口全部封死）处，连接漏气量测量装置，不使用PCV阀（曲轴箱强制通风装置），并将曲轴箱入口处的压力调整至环境大气压力进行检测，曲轴箱的漏气量从流量计上读取，柴油机曲轴箱窜气量还与柴油机的转速和外部负荷有关，特别是负荷对曲轴箱窜气量影响最大。
（2）就车检测曲轴箱窜气量时，一般是在底盘测功试验台上进行加载，而柴油机转速控制在1000～1600 r/min范围内。
（3）测量时一般应加载。使柴油机在1000 r/min下运转，记录气体流量计每分钟流量读数。柴油机加载可以在测功试验台上进行。
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图5 柴油机窜气现象示意图 |
图6 柴油机窜气量特性分布图 |
三、解决“窜气”故障的方法
柴油机下窜气是一个综合故障，是柴油机的常见故障之一。柴油机窜气是在做功过程中，气缸内产生的高温高压膨胀气体，一部分从非正常通道排出机体外部的一种现象。它的产生和发展严重威胁着柴油机的正常运转，轻则降低柴油机输出功率，浪费能源，重则损坏机件，酿成事故。针对气缸窜气的问题，可以采取以下处理方法:
1、更换活塞环或气缸密封圈
如果活塞环或气缸密封圈损坏，需要及时更换。步骤如下：
先把缸体表面清理干净，然后对气缸进行拆卸，不过要按照规定顺序进行，不能颠倒。将活塞环或密封圈拆卸下来后，进行相应地检查，同时对缸盖等进行清洗。在新的活塞环或密封圈上涂抹润滑油脂进行润滑，然后安装上去，要按照顺序进行。
2、维修配气机构
如果气缸压力不足或气缸配合不当，维修方法如下：
（1）及时清洗或更换空气滤芯。
（2）调整或更换活塞环。
（3）更换汽缸套和汽缸垫。
（4）调整或更换气门弹簧。
（5）更换密封圈。
（6）检修或更换气门和气门座。
（7）调整气门间隙。
3、解决漏气故障
当发生气门漏气时，应检验气门杆是否弯曲，气门弹簧是否拉坏，气门间隙是否适当，气门各组件是否安装正确，损坏的部件能修复的修复，不能修复的更换。如气门头与气门座的接触面接触不良，可进行研磨修复。
4、更换润滑油
更换高质量的润滑油可以减少气缸外部的摩擦，从而减少气缸窜气。
5、加强“三滤”的维护
资料表明，lg灰尘进入气缸内，可使气缸上部磨损0.01mm,使活塞磨去0.75g的质量，使活塞环磨去0.009mm。只要柴油机气缸吸入30~40g灰尘，就会使气缸壁、活塞、活塞环磨损过多，环与缸壁之间的间隙增大。为减少磨料磨损，应定期强制维护空气滤清器、机油滤清器、柴油滤清器，减少有害物质进入气缸，降低磨损速度。
总结：
通过以上分析可知，柴油机产生“下窜气”是由于气缸套、活塞、活塞环、机体本身存在质量问题和装配中的质量问题产生的。分析出柴油机窜气原因有利于我们有的放矢的开展改进工作，提出纠正预防措施，提高柴油机的整机性能。
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