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故障检修与技术维护 |
康明斯柴油发电机气缸垫冲坏和烧毁的原因 |
摘要：气缸垫是康明斯柴油发电机中非常重要的密封件，其作用是在缸盖螺栓预紧力的作用下，实现燃烧室、润滑油道以及冷却液通道的可靠密封。涡流室式燃烧室由涡流室狃主燃烧室组成，燃烧室位于气缸盖上，占总压缩面积的50-80%，有切向通道与主燃烧室相通。在压缩行程时，压入涡流室内的空气产生强烈的涡流运动，促使喷入其中的燃料与空气混合。着火后混合物流入燃烧室，形成二次流动，进一步与主燃烧室内的空气混合燃烧。发动机在工作过程中，为了使涡流室式的燃烧室孔周边的面压尽可能的合理分布，所以气缸垫相对于涡流室处的受压面积也要增大，进而能实现燃烧室孔周边密封面压分布合理的密封效果。
一、汽缸垫损坏的原因分析
气缸垫是保证发动机燃烧室密封的重要零件，又是一种易损件，一旦气缸垫损坏，发动机将无法正常工作。
1、故障现象
气缸垫烧穿是发动机的一种常见故障，其主要症状是：
（1）发动机转速不能提高，柴油发电机组运行无力。
（2）发动机运转有振抖和“缺缸”现象。
（3）空载时排气管发出短促的“突突”异响，甚至有“回火”现象，而在加载时“突突”异响减轻，运转声变得沉闷。
2、主要原因
在柴油发动机工作时，如听到汽缸周围有“啪、啪”的排气声，或听到散热器内有“鼓、鼓”的冒气声，或检查汽缸压缩压力时相邻2汽缸的压力都很低，均表明汽缸垫已损坏。导致柴油发动机汽缸垫损坏的原因有：
① 如图1所示。汽缸盖螺栓或螺母拧紧力矩不均匀，或气门室盖变形，致使汽缸垫没有完全贴合在气门室盖与汽缸体的结合面上。
② 柴油发动机供油提前角过大，备燃期较长，在汽缸内积聚并完成燃烧准备的柴油较多，导致燃烧开始后汽缸压力急剧升高，使柴油发动机工作粗暴而冲坏汽缸垫。
③ 汽缸垫质量不良，破裂或厚薄不均匀，特别是燃烧室周围厚薄不均匀时，极易使汽缸垫冲坏。标准型气缸垫如图2所示
3、气缸垫失效的快速诊断
为了确定气缸垫失效的具体部位，可以采取以下几种方法：
（1）摇车检查。
用盘车装置摇转曲轴，若感觉忽轻忽重，某些气缸似乎没有压缩力，可以拆下相邻的两个喷油器，把薄纸片剪成圆形，再用润滑脂粘贴在喷油器安装孔外，然后再摇车，如果两个薄纸片同时被吹动，说明气缸垫在这两个气缸之间被烧穿。
（2）从排气管检查。
检查排气管是否有水排出，若有水珠或水汽排出，说明气缸垫在气缸口与水套孔之间烧穿，造成气缸与水套沟通，冷却水由此进入气缸（此时发动机有“缺缸”的表现），部分水分经过蒸发进入排气歧管。
（3）从散热器口检查。
打开散热器盖，加满冷却水，让发动机保持中速运转，然后观察散热器口，如果有气泡不断地涌到水面，在排除气缸套破裂的可能性后，则可以推定气缸垫在气缸口与水套孔之间被烧穿，燃烧室的气体进人水套。上窜的气泡越多，说明气缸垫烧蚀越严重。
（4）拔出机油标尺检查。
若机油标尺上的机油含有水珠，说明气缸垫在气缸口与水套孔之间烧穿，部分冷却水由此进入气缸，并且经过活塞环进入油底壳，因此机油标尺上的机油含有水珠。
（5）涂油检查。
在气缸盖与气缸体的结合部位（即气缸垫周围）涂抹润滑油，让发动机运转，如果在气缸垫周围有黄色的泡沫冒出，甚至发出“哧哧”声，说明气缸垫已经烧穿。
（6）测量气缸的压缩压力。
如果测量结果表明某相邻两缸的气缸压力特别低，说明气缸垫在两缸相邻处烧损，导致相邻两个气缸之间窜气。
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图1 柴油机摇臂室盖螺钉未拧紧 |
图2 全新标准型气缸垫示意图 |
二、汽缸垫损坏后危害
汽缸垫的功能是持久、可靠地保持气门室盖与汽缸体接合面的密封。它必须严格密封汽缸内所产生的高温、高压气体，必须密封贯穿汽缸垫、具有一定压力和流速的冷却液以及机油，并能经受住冷却液、废气和机油的腐蚀。汽缸垫损坏后，常出现下列现象：
① 气门室盖与汽缸体接合处有局部漏气现象，特别是排气管口附近常会出现此情况。
② 发动机工作时，散热器水箱口处有气泡溢出。
③ 水箱冷却液中的表层浮有一层机油。（当汽缸垫在水道和油道中间地方烧坏后，因机油压力比冷却液的压力大，就会有机油从油道通过汽缸垫烧坏的地方窜入水道而进入水箱。
④ 发动机动力下降，严重时发动机将难以启动。
⑤ 气门室盖螺栓孔和螺栓上产生积炭。如汽缸垫在汽缸口和气门室盖螺栓孔的地方烧坏，将出现此种现象。
三、汽缸垫损坏后的更换与处理
1、气缸垫更换步骤
汽缸垫损坏后，汽缸密封不严，发动机的动力性能和经济性都将大幅度下降，因此，汽缸垫损坏后应及时予以更换。
① 更换汽缸垫应在冷车时进行，先按规范要求拆下气门室盖，取下旧汽缸垫。
② 将新汽缸垫、气门室盖、汽缸体结合面清洁干净，如图3所示。
③ 安装新汽缸垫时，注意对正各水孔、油孔和定位销的位置，将汽缸垫有记号的一面朝上。如果汽缸垫上无记号，则光滑面应朝向汽缸体。
④ 按规定顺序和扭矩，分次将气门室盖螺栓和螺母拧紧。
2、汽缸垫损坏后的应急处理
在柴油发电机组运行中遇到汽缸垫损坏而又没有配件的情况时，可以采取以下几种应急处理方法：
① 如果发现损坏处是一道小口，可以用铝铂（香烟盒内的包装铝纸或废旧电容器内的铝纸）或石棉线填补损坏处，然后将铝铂平整敲实。
② 如果损坏面积较大，可用1块与损坏部位的形状和厚度相当的干牛皮（可取自皮腰带或皮夹）填压在损坏处。
③ 如果汽缸体上平面或气门室盖下平面有了凹坑，可将石棉线或铝纸轻轻地敲压在凹坑内，然后将其铲平。
④ 如果损坏处是在2汽缸之间，需将石棉线或铝纸用铜皮包好后敲压在损坏处。
⑤ 对有些虽然漏气但并没有破损的汽缸垫，可以将汽缸垫在火焰上均匀地烘烤一下，这样加热使石棉纸复原后再装回到发动机上，就不再漏气了。
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图3 清洁柴油机缸盖与密封垫结合面 |
图4 柴油机气门室盖螺钉拧紧顺序 |
四、气缸垫处理案例
1、现象
水温突然升高，运转沉闷，动力下降，冷却水消耗过快，排气管有白烟排出，用手接近排气管消音器出口处，发现手上有水珠，加速时散热器加水口有水泡或冷却水外窜，散热器加水口处有水锈痕迹，怠速时，排出的废气呈淡黄色，曲轴箱油面升高，润滑油乳化现象严重，严重时有大量的冷却水进入气缸，无法起动。
2、判断
（1）拔出油尺，观察润滑油油面是否升高，润滑油中是否有水，润滑油颜色是否发白。
（2）将散热器加满水，突然加速柴油发电机。若散热器加水口有水泡或冷却水外窜，则说明气缸垫烧损。
（3）拆下进气管，用棉纱等物堵塞各缸进气口，加速的同时散热器加水口处水泡或冷却水外窜会减弱或消失，则进一步证明此气缸垫已烧损。
3、原因分析
（1）柴油发电机经常超负荷工作，由于气缸内的局部压力和温度过高，容易“冲缸垫”。柴油发电机操作使用方法不当，如经常空负荷急加速，高温频繁熄火等。
（2）康明斯柴油发电机供油过早，导致工作粗暴而“冲缸垫”。
（3）气缸体及气缸盖因高温而变形，造成相邻气缸互相窜气，严重时容易烧坏气缸垫。
（4）气缸盖螺栓紧度不一致，不是按照一定顺序分几次拧紧或转矩不符合规定，引起变形，造成气缸垫损坏。
（5）气缸垫自身质量较差，气缸垫包边不紧，或者铜皮内的石棉铺置不均匀，特别是燃烧室周围处没有铺置均匀时，最易冲坏气缸垫。
总结：
在更换汽缸垫时，一定要地按技术标准的拆卸气门室盖及附属零部件，仔细检查各零部件的情况，安装汽缸垫应按照机厂家规定的顺序、扭紧力矩及扭紧方法去紧固缸盖螺栓。只有这样高质量的维修方法，才能避免汽缸垫再次烧蚀或冲坏。
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