柴油机常见故障分析及预防

胡涛

摘要：柴油机由于结构复杂、运动部件多等因素，导致故障诊断十分困难，柴油机故障诊断是一门集电子、机械、实践经验等相关知识为一体的技术。柴油机故障及产生故障的原因多种多样，目前有效的故障诊断方法有很多，本文结合作者在柴油机方面工作经验，对柴油机的常见故障及判断方法进行了归纳，并对柴油机的检修方法及重点故障预防进行了探讨，目的是能给同行在柴油机的常见故障及修理方面提供参考，以便快速修复故障、减少损失等。

关键词：柴油机；常见故障；分析

Abstract：The fault diagnosis of diesel engine is very difficult due to the complex structure and multiple moving parts. Diesel engine fault diagnosis is a technology that integrates related knowledge of electronics，machinery，practical experience and so on. Diesel engine faults and causes of failure are diverse，at present there are many effective fault diagnosis methods，combining with the authors work experience in diesel engine，common faults of diesel engine and judgment method has carried on the induction，and the maintenance methods and emphasis on diesel engine failure prevention are discussed in this paper，the purpose is to peers in common failures and repair of diesel engine for reference，to restore the fault quickly，reduce the loss and so on.

Keywords：Diesel engine；Common faults；Analysis

1 前言

柴油发动机是燃烧柴油将热能转化为机械能的发动机，由于存在扭矩大、热效率及经济性能好等特点，被广泛应用于汽车、船舶等领域。柴油机工作时，进入气缸的是空气，气缸中的空气压缩到终点的时候，温度可以达到500-700℃，压力可以达到40—50个大气压。当活塞接近上止点时，供油系统向气缸燃烧室喷射燃油，与高温高压的空气混合，可燃混合气自行燃烧，猛烈膨胀产生爆发力，推动活塞下行做功，此时温度可达1900-2000℃，压力可达60-100个大气压。由于柴油机工作粗暴，对相关零部件结构强度和刚度等有较高要求，同时因结构复杂、零部件数量较多、实际运行工况复杂等因素，柴油机也可能出现各种不同的故障。

柴油机常见的故障模式有机油压力异常、冒黑烟、无法启动、拉缸拉瓦等，掌握一定的判断方法，将可以快速锁定问题及原因，并根据实际情况制定维修方案，快速修复故障，从而降低损失、客户抱怨等；同时通过改进方法可以有效提升柴油机质量，减小故障发生的风险。

2 柴油机常见故障的分类及原因

2.1常见故障的分类

柴油机由于各种原因会产生不同故障表现，现将常见故障分为启动故障和运行故障两大类。

（1）柴油机启动故障：包括不能启动或启动反应慢、工作时产生强烈振动，转速达不到要求或起动后工作不平稳、转速波动、甚至不能停机等；如起运系统、燃油系统、冷却系统故障、润滑系统故障、燃油系统故障、起动空气系统故障等。

（2）柴油机运行故障：外观异常（如冒白烟、蓝烟、黑烟，漏油、漏水、漏气，冷却水中有机油等现象），温度异常（如机油和冷却水温度过低或过高），压力异常（如机油、柴油、冷却水压力过低或无指示或压力过高），声音异常（如不正常敲击声、放炮声、尖叫声、加速异响、涡轮增压器异常振动声或杂音等）。

2.2常见故障的原因

导致柴油机故障发生的大部份原因为不按规范要求操作、零部件质量不合格、未按要求维护保养、装配和调整不正确。

●不按规范操作

主要是指由于员工未严格按操作规程操作或习惯错误做法所造成的零部件损坏，引起柴油机故障；或未按工艺要求进行发动机装配及调整，导致在使用过程中出现故障。

●零配件不合格

由于零部件的材质不合格或加工精度不符合规范，安装前没有严格的质量检查，导致误装到柴油机上；或有时零部件的内外部缺陷员工未检查发现，直接使用造成柴油机故障。

●维护保养不良

驾驶人员对柴油机的构造、原理和性能不熟悉，未按照使用维护保养规程正确操作，没有保持柴油机燃油及机油的清洁，对柴油机的不正常现象未及时处理。

3 柴油机故障的判断方法

当柴油机出现故障时，应冷静分析故障产生的原因，按如下方式进行可快速查找出故障点及原因。判断柴油机故障的一般原则是：结合结构、联系原理、弄清现象、结合实际，从简到繁、由表及里、按系分段、查找原因。通过此原则判断故障具有科学性和全面性，可防止漏查。

3.1故障分析流程

排除故障之前，仔细了解故障细节，故障发生前后的工作条件、负载情况、状况等情况。判断故障的性质是逐渐恶化还是突然发生、间歇发生，是否更换过燃油、机油、维修或更换过某些零部件。

然后用“看、听、摸、嗅”等方法进行综合判断故障的现象和本质属于哪一类故障。看主要是指及时观察仪表的读数、排烟颜色、油和水是否泄漏、抖动是否异常。听主要是听柴油机运转声音有无异常。摸是指用手接触发动机表面，通过感觉检查振动、运转是否正常。嗅是指用嗅觉发现柴油机是否有异常气味及发生气味的位置所在。这些流程可用于对柴油机故障分析的綜合判断。

3.2常见故障判断方法

随着柴油机状态检测和故障诊断技术的不断提高，结合人工直接诊断法、油液分析法、振动分析法和热力参数分析法等可对柴油机故障进行全面分析，寻找规律。通过对柴油机故障的分析及归纳，结合维修经验，得出如下六种故障判断方法，简易而方便操作，基本能判断出常见柴油机故障的原因、类别及位置，可极大降低柴油机的诊断时间，避免更大的故障发生及不必要的损失。

●用比较法来判断

根据故障分析，怀疑故障可能是由于某一零部件所造成的，可将该零部件拆解并更换新件，然后启动运行，比较柴油机前后工作情况是否有相应的变化，从而找出原因。

●用局部停止法来判断

若怀疑故障是由某一汽缸引起的话，可采用“断缸法”检测，即停止该气缸工作、观察故障现象是否消失，进而确定故障原因和部位。如柴油机冒黑烟，分析为某一缸喷油嘴堵塞，可对该缸停止供油，若黑烟消失则说明判断正确。

●用听针判断法来判断

根据不同声响来判断故障的部位，进而使用“听针判断法”，可采用一把通心改锥或用一根半米长一端磨尖的细铁条，一端贴耳，另一端触及各检查部位表面，可监听到异常声响产生的部位，声响的大小和性质。不同部位发出声响往往是不同的，例如气门与活塞碰击声是清脆的，气门压块脱落发出“嗒！嗒！”的撞击声等。

●用试探法来判断

若某故障一时难以确认原因，可改变局部范围内的技术状态，观察柴油机工作性能是否有影响，来判别故障原因。例如柴油机功率不足，怀疑某缸缸压不足，可能是气缸与活塞间隙较大密封不严造成的，此时将缸盖打开向汽缸注入少量机油，以改善密封状况然后重新装好缸盖，开机试验若压力及功率增大则证明判断正确。

●用侧面证明法来判断

当某一故障无法直接判断原因或不方便直接查看结果，可采用侧面证明法来辅助判断故障原因。如柴油机内部异响，怀疑拉瓦，可将机油尺抽出查看机油颜色及气味，如机油发黑或有糊味则可能拉瓦，进一步将油底壳放油螺塞打开，放出少量机油查看，若机油颜色发黑且有较多金属杂质则判断拉瓦。

●用检测法来判断

根据故障现象怀疑某个零部件存在异常而表面无法确认时，可对涉及零部件或技术要求进行检测，根据检测结果进一步确认。如缸盖部位异响，可打开缸盖护罩，使用塞尺检测气门间隙是否符合要求，若气门间隙异常则判断正确，可对气门间隙进行调整来消除故障。涉及相关零部件尺寸的，可直接使用游标卡尺等工具对相关尺寸进行检测确认，以辅助判断。

4 常见故障的原因分析及预防

4.1柴油机拉瓦分析及预防

4.1.1拉瓦概述

发动机拉瓦是指发动机在运转过程中，因为润滑不足或负荷过大等因素造成的轴瓦异常磨损，与曲轴抱死或半抱死状态。常见的拉瓦形式有瓦沟槽拉伤、瓦镀层剥落、瓦偏磨、烧瓦等。拉瓦现象主要表现为发动机抱死、内部异响、机油压力低、机油温度高等，可进一步通过检查机油量、机油颜色、机油味道、放机油查看有无金属杂质等来确认。

4.1.2拉瓦原因分析

发动机拉瓦的主要原因有：润滑不良（油膜间隙不合理/机油温度过低/集滤器机油口吸空等）；清洁度差（曲轴油道孔有毛刺等金属杂质/轴瓦表面有异物/缸体缸盖油道有颗粒杂质等）；装配不合格（轴瓦选配错误/连杆螺栓未打紧等）；零部件质量不合格（曲轴轴径油道孔无倒角/曲轴轴径跳动不合格/曲轴各档位开档位置及宽度不合格/连杆大头孔轮廓度不合格/机油泵不合格）。

4.1.3拉瓦预防措施

通过上述分析可以看出，导致柴油机拉瓦的原因有很多，因此，解决拉瓦问题须从实际出发，多方位地分析和试验。根据实际发生的故障模式及大量试验验证，我们需对以下几点重点关注改进：

（1）保证曲轴质量

曲轴轴颈的外表面与连杆瓦的内表面是相对运动的一对摩擦副，根据拉瓦的产生机理，这一对摩擦面中的任意一个表面质量不过关，都会引起强烈磨损而发生拉瓦。因此，控制曲轴的质量对于防止拉瓦是至关重要的。

曲轴轴颈的表面质量要求包括轴颈的粗糙度、表面硬度、油道孔孔口抛光、尺寸公差、形位公差、过渡圆角等。通过大量发动机热试拉瓦后的结果分析及大量验证试验来看，曲轴轴颈的粗糙度在Ra1.0以下会使拉瓦故障率大大降低，曲轴轴径跳动超差较多、油道口边缘有棱角、油道交接处有毛刺会直接导致拉瓦。这表明，保证曲轴轴径的表面质量、油孔清洁度是预防拉瓦的有效措施。

（2）保证轴瓦质量

根據拉瓦的机理分析，除曲轴轴颈表面质量外，轴瓦质量也是影响拉瓦的重要因素之一。轴瓦的质量要求包括轴瓦的承载能力、结构、表面清洁度及其与曲轴轴颈的配合间隙等。

（3）保证整机清洁度

清洁度对于柴油机的质量表面、使用寿命至关重要，缸体、曲轴、机油泵、机油滤清器等润滑系统各个零部件油道存在杂质均有可能直接或间接进入曲轴与轴瓦之间，导致轴瓦异常磨损，进而导致发动机拉瓦。因此，保证装机零部件内外表面清洁度对于预防发动机拉瓦至关重要。同时发动机需定期保养，保证机油的清洁。

（4）保证机油泵质量

机油泵的性能是否合格将直接影响发动机机油压力是否在正常范围内，实际因机油泵泄压阀故障导致的拉瓦有很多，因此机油泵的泄漏量、泄压阀孔粗糙度及相关尺寸需保证合格，进而保证机油压力无异常，减少拉瓦风险。

4.2柴油机缸压不足分析及预防

4.2.1缸压不足概述

活塞到达压缩上止点时气缸的压缩压力大小称为气缸压力。气缸压力不足表现为启动困难或不能启动，工作无力，排气冒蓝烟，从加机油口窜出机油，严重时发动机甚至发生突然熄火。此时的气缸压力测量值低于允许极限，理论上各气缸压力应不低于原设计规定值的85%。

4.2.2缸压不足原因分析

气缸密封性下降，燃烧室就会漏气，气缸压缩压力必定会下降。具体原因有：①气门和气门油封密封不严，造成漏气；②发动机过热，润滑条件恶化，或机油不足，呈半干摩擦状态，造成活塞环与气缸过度磨损，密封不严而漏气；③活塞环端间隙、活塞与缸套间隙过小；活塞环折断；活塞表面有杂质等也会造成气缸漏气；④气门间隙不正确，气门间隙调得过小，柴油机工作后，零件受热膨胀，致使摇臂顶开气门，造成燃烧室漏气；⑤汽缸垫烧损，也会造成汽缸漏气。

4.2.3缸压不足预防措施

组装柴油机内装零部件时确保表面清洁度符合要求，配气机构零部件、活塞（环）、缸孔等表面无明显颗粒杂质；始终保持空气滤清器及进气管接头处严密，防止尘土被吸入气缸；机油干净、品质符合要求；活塞环端间隙、边间隙以及活塞与缸套间隙都应符合规定。若缸套拉伤严重，可搪磨修复，装配加大尺寸的活塞或更换新缸套和新活塞。另外需定期检查气门间隙，正确调整气门间隙。

4.3柴油机冒黑烟分析及预防

4.3.1冒黑烟概述

黑烟又称为碳烟，是柴油不完全燃烧的产物，柴油是复杂的碳氢化合物，喷入燃烧室内未燃烧的柴油受高温分解，形成炭黑，排气时随同废气一起排出形成黑色烟雾。柴油机正常的排气烟色应是无色或淡灰色。

4.3.2冒黑烟原因分析

柴油机排气冒黑烟主要是因为混合气过浓、混合气形成不良或燃烧不完全等造成的。主要原因有：①活塞环、气缸套等磨损，导致压缩压力不足影响燃烧；②喷油器工作不良，如不雾化、雾化不良或滴油，导致燃料不能充分燃烧；③供油量过大导致燃烧不完全；④配气机构工作异常导致气门开启时间变化，进而影响燃烧过程；⑤柴油品质较差，燃烧不良；⑥柴油机油路清洁度不合格，有杂质进入喷油器或油泵等，导致喷油异常。

4.3.3冒黑烟预防措施

装配时保证活塞环、喷油器进油口、高压油泵进油口、燃油进油管等零部件表面清洁度，不予许存在肉眼可见颗粒物；活塞环端间隙、边间隙以及活塞与缸套间隙都应符合规定，活塞环型号正确；定期检查气门间隙，正确调整气门间隙；配气机构正时调整正确；燃油品质符合要求。

4.4其他常见故障的原因分析及预防

4.4.1其他常见故障原因分析

（1）故障现象：不能启动。原因分析：燃油系统中有空气，输油泵不供油或断续供油/供油提前角不对/活塞环、缸套磨损严重/电瓶没电/启动机打滑/空气滤清器堵塞/排气管堵塞。

（2）故障现象：功率不足及功率突然下降。原因分析：空气滤清器堵塞/气门间隙不对/压力压缩不足/燃油系统进入空气或堵塞/喷油器雾化不良/柴油机过热/排气管不通畅。

（3）故障现象：运行时异响。原因分析：增压器连排气管漏气发出哨声/喷油时间过早，发出节奏的清脆金属敲击声/喷油时间过晚，发出低沉不清楚声音/活塞顶气门，低速时在气缸盖附近听到金属敲击声/曲轴与连杆瓦间隙过大/曲轴与曲轴瓦间隙过大。

（4）故障现象：自动熄火。原因分析：曲轴与轴瓦抱死/活塞与缸套抱死/燃油系统进入空气 /空气滤清器堵塞。

（5）故障现象：水温过高。原因分析：水温表或感应塞损坏/冷却水不足/水泵流量小/柴油机内部堵塞/散热器散热效果差/柴油机超负荷。

4.4.2其他常见故障预防措施

装配及检修过程要符合工艺要求；零部件质量需严格把控，按要求检测，同时重点关注表面清洁度；使用品质符合要求的燃油、机油；定期保养；运行过程中发现异常及时检查处理。

5 结束语

综上所述，现阶段柴油机因本身的机构复杂、运行工况复杂、零部件多样及加工水平受限等因素，往往會出现各种不同的故障。了解常见故障的发生模式及原因、掌握一定的故障判断方法，将会大大提高故障判断的效率，迅速锁定问题点，并能根据实际问题快速组织返修，达到快速解决问题、减轻客户抱怨及损失等目的。同时，针对不同的故障，文章对故障原因进行分析归纳，总结了常见故障的预防措施，如关注装配及维修过程清洁度控制等，落实预防措施将能有效降低故障率，提升柴油机质量水平。

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