劉軍

摘要：一輛載重牽引車匹配錫柴6DL某款發(fā)動(dòng)機(jī)，重載行駛途中發(fā)動(dòng)機(jī)異響。故障現(xiàn)象是發(fā)動(dòng)機(jī)活塞粘缸，經(jīng)過(guò)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(guān)鍵詞：活塞；粘缸；散熱；返工；冷卻噴嘴；強(qiáng)制冷卻

一輛載重牽引車匹配錫柴6DL某款電控國(guó)三柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，從石嘴山重載去往新疆，途中行駛大約70kin，發(fā)動(dòng)機(jī)異響。用戶到服務(wù)站報(bào)修。拆檢發(fā)現(xiàn)是四缸活塞與缸筒有粘缸現(xiàn)象。該發(fā)動(dòng)已無(wú)故障行駛20多萬(wàn)公里，該故障發(fā)生前發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有明顯高溫和報(bào)警，冷卻液容量不缺，機(jī)油容量也足夠機(jī)油按規(guī)定里程更換，只是發(fā)動(dòng)機(jī)四缸粘缸，基本判定發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)沒(méi)有高溫，可能是四缸局部冷卻效果下降引起。因?yàn)槭腔罡滋?，沒(méi)抬發(fā)動(dòng)機(jī)，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(wàn)公里，加之當(dāng)時(shí)沒(méi)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(dāng)天用戶來(lái)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(fā)動(dòng)機(jī)，檢查清洗油道以便排除有“可移動(dòng)的家伙”在冷卻噴嘴油道搗亂。再因?yàn)槭侨碌乃呐涮?，估?jì)還有沒(méi)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(jìn)行第2次返工，只不過(guò)這次粘缸是五缸。多年不遇的難題，向發(fā)動(dòng)機(jī)廠咨詢，沒(méi)有類似的可參考案例。

2 活塞結(jié)構(gòu)和潤(rùn)滑冷卻方式分析

為了故障診斷，本文分析活塞結(jié)構(gòu)和潤(rùn)滑冷卻方式。該款發(fā)動(dòng)機(jī)是通過(guò)了歐盟權(quán)威發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)與檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的評(píng)價(jià)試驗(yàn)與改良的，從設(shè)計(jì)、制造上保證和要求發(fā)動(dòng)機(jī)廠家及其零配套廠家的技術(shù)先進(jìn)性和質(zhì)量可靠與穩(wěn)定性。除了電控共軌預(yù)噴射，增壓中冷排氣再循環(huán)以及燃燒室形狀改良等措施外，隨著柴油機(jī)的不斷強(qiáng)化和功率的增加，會(huì)導(dǎo)致活塞熱負(fù)荷越來(lái)越高，為保證活塞頂有足夠的強(qiáng)度和第一環(huán)槽溫度不超過(guò)230℃左右，采取適當(dāng)?shù)睦鋮s措施就顯得十分必要，新的活塞冷卻技術(shù)的應(yīng)用是保證發(fā)動(dòng)機(jī)50年不大修的有效手段。為此，整體內(nèi)冷油腔活塞、鋼頂鋁裙、整體鍛鋼、復(fù)合材料、鑄鐵等活塞應(yīng)運(yùn)而生。

車用柴油機(jī)活塞目前基本都是采用“馬勒活塞”制造技術(shù)，采用第一道鑲鑄鐵圈及頭部?jī)?nèi)冷油道活塞，其內(nèi)冷油腔的設(shè)計(jì)使冷卻機(jī)油通過(guò)噴嘴噴入冷卻油腔，由于活塞變向慣性效應(yīng)使冷卻機(jī)油在油腔內(nèi)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(chǎn)生的高溫帶走，冷卻油經(jīng)油道周循環(huán)后由出油孔排出，并使活塞變形在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)，維持配缸與運(yùn)動(dòng)間隙。

冷卻噴嘴（見(jiàn)圖1）一般是固定在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)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(shí)把一定角度的帶管噴嘴固定好。作用是在機(jī)油壓力≥0.15Mpa以上時(shí)，在活塞作高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，將冷卻機(jī)油噴入內(nèi)冷油腔內(nèi)。內(nèi)冷油腔活塞對(duì)噴嘴的要求比較高（見(jiàn)圖2），要求活塞在下止點(diǎn)時(shí)冷卻油能夠全部噴入，活塞在上止點(diǎn)時(shí)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(shí)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(duì)活塞的冷卻非常不利，因?yàn)槔鋮s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(huán)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(huán)槽溫度升高，機(jī)油膠結(jié)，造成活塞環(huán)卡滯或斷裂等失效模式。

冷卻效果對(duì)照如表1-2所示。

3 群策群力，刨根問(wèn)源，制定方案

筆者維修的錫柴6DL發(fā)動(dòng)機(jī)活塞就是馬勒技術(shù)鑲鑄鐵圈及內(nèi)冷油道式活塞，活塞的冷卻屬于強(qiáng)制冷卻方式，研究分析了冷卻機(jī)理，就抓住了探尋“病根”的方向。確定方案是：（1）尊重發(fā)動(dòng)機(jī)廠家意見(jiàn)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(guò)渡圓滑點(diǎn)。（2）重點(diǎn)懷疑活塞冷卻噴嘴動(dòng)態(tài)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(jī)油冷卻噴嘴與機(jī)油壓力表，裝上機(jī)油泵和油底，裝上起動(dòng)機(jī)，用起動(dòng)機(jī)帶動(dòng)曲軸，從缸體上平面往下看各缸冷卻噴嘴的動(dòng)態(tài)噴油狀態(tài)。

4 排除故障

用起動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，發(fā)現(xiàn)出油慢，而且噴的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)夠不到活塞內(nèi)腔，噴油高度也差。把最差的冷卻噴油嘴倒到其他氣缸上，結(jié)果一樣，說(shuō)明這個(gè)靜態(tài)與常規(guī)檢查正常的冷卻噴嘴就是“元兇”。為了徹底放心和防止來(lái)回“變缸”，用2套新的原車?yán)鋮s噴嘴，通過(guò)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)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(yàn)沒(méi)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。