道依茨风冷柴油机活塞损坏原因及故障排查

1.故障现象

1台配装F12L413F型柴油机的铁路施工用捣固车作业20多车后，出现柴油机整机过热、功率不足、启动困难现象。

拆解柴油机发现，所有活塞的顶部积炭较多，活塞顶部对着排气门的部位有不同程度裂纹。个别活塞顶部有熔化现象，且熔化变软的活塞将第1道气环粘附，第2道气环、油环及活塞环槽周围有少量机油烧糊的胶膜。过热机油烧结在活塞裙部表面形成的碳化物，使活塞裙部表面发黑。由于活塞与缸套之间的机油烧结而使润滑不良，造成个别缸套出现轻微拉伤。

2.分析故障原因

活塞顶部出现裂纹、熔化现象通常由于以下6种原因。

（1）超负荷运行

若柴油机长时间超负荷、超速运行，将造成柴油机发出过多的热量而无法散出。在长期高温热应力和机械应力的作用下，活塞便会出现疲劳裂纹或熔化现象。

（2）存在制造缺陷

若活塞铸造时存在气孔、疏松、微裂纹、夹渣等缺陷，这些气孔、疏松、微裂纹在高温、高压的作用下，可能成为疲劳裂纹的起源，从而导致活塞开裂。

（3）气门存在故障

若气门调整不当或气门口脱落，当活塞到达上止点时，可能造成活塞顶部与气门或脱落的气门口撞击，导致活塞顶部开裂。

（4）冷却喷嘴润滑不良

安装在缸体上的活塞冷却喷嘴堵塞或机油压力过低，均可造成向活塞内腔喷射的机油量减少，使活塞积热升温，严重时甚至可能导致活塞顶部熔化。

（5）燃油供给系统故障

燃油供给系统喷油嘴喷出的柴油因雾化不良而出现滴油时，燃烧室内积存的燃油与喷入的燃油同时燃烧，燃烧温度过高，可造成活塞承受过多的热量，以致将活塞烧熔。

若喷油泵供油提前角调整过大或喷油提前器故障，也会造成柴油机燃烧温度过高，导致活塞熔化或热疲劳裂纹。

（6）保养不及时

若活塞顶部的积炭过多，引起柴油机压缩比增大、燃烧温度过高，就会导致活塞出现热疲劳裂纹。

若活塞环处胶结物过多，或活塞环因胶结物卡滞而断裂，将造成柴油机作功行程的高温气体下窜，导致活塞温度过高，严重时甚至可能造成活塞顶部熔化或产生热疲劳裂纹。

3.排查故障部位

经询问操作人员，得知该柴油机使用过程中没有出现超载现象，随后对柴油机各相关零部件进行了排查。

（1）排除活塞质量有问题可能

前次在对该柴油机进行大修时，活塞购自活塞生产厂家指定的经销商，且在该柴油机上使用了5年。如果活塞存在材质问题，不可能使用这么长的时间，故活塞不可能存在质量问题。

（2）检查气门和活塞冷却喷嘴

检查该柴油机活塞顶部，没有发现活塞与气门碰撞现象。检查气门口没有开裂、脱落现象，由此说明气门机构正常。检查各缸活塞冷却喷嘴，没有堵塞现象。检查该柴油机各润滑面，没有异常磨损现象，询问操作人员该柴油机机油压力正常。由此说明活塞冷却正常。

（3）喷油泵测量

将喷油泵安装在实验台上，对各个缸的供油情况进行了检测。喷油泵转速为750r/min时，各缸喷油量为15.2～16.2mL/100r；喷油泵转速为1000r/min时，各缸喷油量为18～18.5mL/100r。由此说明各缸喷油量均且在正常范围。

（4）检测喷油器

用喷油器试验器逐一检查各缸喷油器的喷油压力，各喷油器喷油压力为17.5～17.8MPa，压力在正常范围，且各喷油器喷油雾化良好。由此说明各喷油器工作正常。

（5）检查喷油提前器

将喷油泵喷油提前器解体检查，发现喷油提前器内部的4根弹簧长度和弹性不均匀，其中1根弹簧已经断裂。

分析认为：该组弹簧的作用是调整供油提前角，弹簧变软或断裂后使供油提前角变大。喷油提前角增大后，过多的燃油在汽缸内温度和压力未达到燃烧条件状态下喷入汽缸。当温度和压力达到燃烧条件时，积存的燃油与喷入的燃油同时燃烧，造成柴油机工作温度过高，将活塞顶部烧熔。同时活塞顶部烧熔产生的热应力，使活塞顶部出现裂纹。