發動機活塞不確定缸的反復粘缸的故障排除

劉軍

摘要：一輛載重牽引車匹配錫柴6DL某款發動機，重載行駛途中發動機異響。故障現象是發動機活塞粘缸，經過3次返工維修才排除。文章具體分析了故障排除方法和手段。

關鍵詞：活塞；粘缸；散熱；返工；冷卻噴嘴；強制冷卻

一輛載重牽引車匹配錫柴6DL某款電控國三柴油發動機，從石嘴山重載去往新疆，途中行駛大約70kin，發動機異響。用戶到服務站報修。拆檢發現是四缸活塞與缸筒有粘缸現象。該發動已無故障行駛20多萬公里，該故障發生前發動機沒有明顯高溫和報警，冷卻液容量不缺，機油容量也足夠機油按規定里程更換，只是發動機四缸粘缸，基本判定發動機整個沒有高溫，可能是四缸局部冷卻效果下降引起。因為是活缸套，沒抬發動機，檢查與疏通水套水腔水孔，檢查清洗活塞冷卻噴嘴等，由于行駛20多萬公里，加之當時沒有單缸活塞缸套，用戶也同意更換了全車新的四配套。

1 返工

（1）當天用戶來電，拖掛行駛了70多公里，同樣的毛病又犯了。又回廠拆檢，這次不是四缸而是二缸了，同樣是單缸粘缸，觀察燃油噴油嘴和活塞頂面確定不是多油和滴油。抬下發動機，檢查清洗油道以便排除有“可移動的家伙”在冷卻噴嘴油道搗亂。再因為是全新的四配套，估計還有沒有磨服和配缸間隙“偏小”，又是重車引起，檢查后更換二缸活塞和缸套等出廠。（2）拖掛行駛了70多公里，同樣的毛病又犯了，進行第2次返工，只不過這次粘缸是五缸。多年不遇的難題，向發動機廠咨詢，沒有類似的可參考案例。

2 活塞結構和潤滑冷卻方式分析

為了故障診斷，本文分析活塞結構和潤滑冷卻方式。該款發動機是通過了歐盟權威發動機設計與檢驗機構的評價試驗與改良的，從設計、制造上保證和要求發動機廠家及其零配套廠家的技術先進性和質量可靠與穩定性。除了電控共軌預噴射，增壓中冷排氣再循環以及燃燒室形狀改良等措施外，隨著柴油機的不斷強化和功率的增加，會導致活塞熱負荷越來越高，為保證活塞頂有足夠的強度和第一環槽溫度不超過230℃左右，采取適當的冷卻措施就顯得十分必要，新的活塞冷卻技術的應用是保證發動機50年不大修的有效手段。為此，整體內冷油腔活塞、鋼頂鋁裙、整體鍛鋼、復合材料、鑄鐵等活塞應運而生。

車用柴油機活塞目前基本都是采用“馬勒活塞”制造技術，采用第一道鑲鑄鐵圈及頭部內冷油道活塞，其內冷油腔的設計使冷卻機油通過噴嘴噴入冷卻油腔，由于活塞變向慣性效應使冷卻機油在油腔內振蕩形成紊流，紊流的形成十分有利于把活塞頭部由于燃燒而產生的高溫帶走，冷卻油經油道周循環后由出油孔排出，并使活塞變形在設計范圍之內，維持配缸與運動間隙。

冷卻噴嘴（見圖1）一般是固定在發動機機體上的冷卻裝置。其與油道相通，中空并有彈簧和柱塞的緊固螺釘擰在油道上，同時把一定角度的帶管噴嘴固定好。作用是在機油壓力≥0.15Mpa以上時，在活塞作高速往復運動時，將冷卻機油噴入內冷油腔內。內冷油腔活塞對噴嘴的要求比較高（見圖2），要求活塞在下止點時冷卻油能夠全部噴入，活塞在上止點時大部分冷卻油（80%以上）噴入，噴油嘴的噴油量為5.7L/kW·h，噴射速度大于活塞的最大瞬時速度。如果冷卻噴嘴的冷卻油不能噴入冷卻油道或噴入量小，對活塞的冷卻非常不利，因為冷卻油腔阻止了熱量的傳遞，大量熱集聚在活塞頂部，使活塞頂部、第一環槽的溫度提高，造成活塞頂部異常膨脹，引起活塞拉缸，使第一環槽溫度升高，機油膠結，造成活塞環卡滯或斷裂等失效模式。

冷卻效果對照如表1-2所示。

3 群策群力，刨根問源，制定方案

筆者維修的錫柴6DL發動機活塞就是馬勒技術鑲鑄鐵圈及內冷油道式活塞，活塞的冷卻屬于強制冷卻方式，研究分析了冷卻機理，就抓住了探尋“病根”的方向。確定方案是：（1）尊重發動機廠家意見之_，把缸體與缸套之間水腔的“拐角處”好下砂輪與銼刀的地方打磨過渡圓滑點。（2）重點懷疑活塞冷卻噴嘴動態工作狀況。措施是把曲軸架在缸體上，把連桿軸頸油孔和上缸蓋油孔等堵上，裝好活塞機油冷卻噴嘴與機油壓力表，裝上機油泵和油底，裝上起動機，用起動機帶動曲軸，從缸體上平面往下看各缸冷卻噴嘴的動態噴油狀態。

4 排除故障

用起動機帶動，發現出油慢，而且噴的距離遠遠夠不到活塞內腔，噴油高度也差。把最差的冷卻噴油嘴倒到其他氣缸上，結果一樣，說明這個靜態與常規檢查正常的冷卻噴嘴就是“元兇”。為了徹底放心和防止來回“變缸”，用2套新的原車冷卻噴嘴，通過動態試驗挑出6只基本上一起出油且噴油高度一致的，再隨便打亂試驗沒有變化。裝車出廠后，筆者跟隨行駛了100多公里，正常。反饋信息也很好。