柴油机拉缸故障的诊断排除与机理分析

张宏春

（江苏省交通技师学院车辆工程系，江苏镇江 212028）

1 故障现象

一台配备六缸柴油机、采用传统柱塞泵燃油系统的ZL50C型装载机，在连续作业5 h 后发动机突然熄火，再次启动发动机无反应。打开飞轮壳检查孔，检查发现飞轮不能转动。

2 故障部位检查

飞轮不能转动的可能原因：①曲轴与连杆轴承或主轴承抱死；②活塞与汽缸发生了严重拉缸而卡死；③有异物落入汽缸将活塞顶死；④发动机与起动机卡死。为了确定故障的具体部位，对发动机进行拆检。根据故障检查“由表及里，由简到繁”的基本原则进行排查。

（1）检查起动机。拆下起动机，检查小驱动齿轮伸缩情况良好，起动机空载试验运转正常。

（2）检查汽缸盖。拆下发动机汽缸盖，检查缸盖上气门完好。

（3）检查汽缸。放掉机油，拆下油底壳，从汽缸上、下两个方向目测和手感汽缸内壁磨损情况，发现第三、四、五缸均有“拉缸”现象。

（4）检查连杆轴承和主轴承。如果有烧瓦、抱轴情况，轴承盖表面颜色会有改变，还有可能是轴瓦粘在曲轴上，轴瓦与轴承盖发生相对转动。因此，先观察轴承盖的颜色，然后拆下所有轴承检查，未发现烧瓦、抱轴现象。

通过以上检查，确定故障是活塞与汽缸发生严重“拉缸”。

3 故障分析

在日常应用中，柴油机“拉缸”故障并不常见。从摩擦学的角度分析，“拉缸”是汽缸与活塞间发生干摩擦，干摩擦导致“粘附与熔着磨损”，磨损机理如图1 所示。

图1 粘附与熔着磨损过程

零件发生干摩擦时，两个摩擦面在载荷作用下挤压在一起，相对运动又会使摩擦面间产生大量热量，两摩擦面间的分子会在压力和高温的作用下粘接或熔焊在一起，又会在相对运动中被撕裂而造成零件表面的破坏。撕裂过程中还会产生小的金属颗粒，金属颗粒又会在两摩擦面间充当磨料，造成磨料磨损。严重的粘附与熔着磨损会造成运动副咬死，发生在活塞与汽缸间的“粘附与熔着磨损”通常称为“拉缸”。

引起“粘附与熔着磨损”的根本原因是摩擦副间缺少持续且强度足够的油膜。原因有以下4 个方面：

（1）机油品质问题。随着使用时间的延长，由于机油受到高温和燃烧产物等作用，机油性能会逐渐劣化；同时，机油中的杂质，如积炭、冷却液、燃油、磨损下来的金属和非金属材料等，也会使机油性能劣化。劣化的表现是油膜强度下降，导致油膜承载能力不足使两个摩擦件发生直接接触磨损。

（2）机油油量不足。绝大多数发动机的活塞与汽缸间的润滑是用曲轴打击油底壳中的油面，使油液飞溅至汽缸壁而保证其润滑。油量不足可能导致飞溅至汽缸壁上的油量减少。油底壳中的油量不足还可导致机油泵吸空，造成机油压力波动或下降。

（3）机油压力不足。油压不足会使其他需要压力润滑的表面得不到充足的润滑油，进而发生干摩擦，干摩擦会加大运动阻力，同时也会使机件的温度升高，温度升高对油膜的形成又起到削弱效果，如此恶性循环会快速地使发动机发生故障。

（4）机油温度过高。机油温度过高与发动机温度过高有极其紧密的关联度。机油温度过高，会使机油黏度下降，导致油膜变薄、承载能力下降，甚至根本无法建立油膜，使零件发生干磨。

4 故障诊断与排除

驾驶人员反应近期发动机工作温度偏高，结合故障分析，“温度偏高”成为关注的重点，决定对发动机进行进一步拆检。

4.1 检查冷却系统

（1）冷却液液位检查。液位检查应在发动机非运转的冷态下进行。打开主水箱盖前，务必确认冷却液的温度已下降到50 ℃以下，也就是手感到不烫为宜。检查主水箱、副水箱液位符合要求。

（2）冷却液质量检查。优质的冷却液应清澈透明且无异味。目视检查冷却液比较清澈，未发现变浊、发泡、有悬浮物等情况，也未闻到刺激性气味，断定冷却液品质没问题。

（3）检查水泵及风扇。检查水泵外观有无泄漏情况，摇动水泵轴无松动情况，检查风扇皮带张紧度，发现皮带稍松，随后进行了调整。

（4）检查节温器。节温器的使用寿命一般为5 年左右，使用时间太长其阀门的开闭灵敏度会下降，开度也会变小。经过资料查询，该发动机节温器在80±2 ℃时开启行程为1 mm；95 ℃时达到全开，升程为10 mm。检查节温器阀门开闭正常。

4.2 检查润滑系统

（1）检查机油泵。拆下机油泵，用手摇动油泵驱动齿轮，未发现有松动情况；将机油泵灌满机油，转动驱动齿轮，感觉阻力较大，因现场不具备进一步试验的条件，初步判断机油泵未损坏。

（2）检查机油滤清器。拆下机油滤清器，检查并清洗进出口和阀门未发现异常；更换滤芯后装复。

（3）检查机油。检查油位油位足够。用油尺滴一点油在手指上捻动，发现有金属闪光，判断是拉缸磨损下的金属颗粒，同时发现机油黏度较低。黏度降低可能是机油变质的结果，也可能是燃油进入的结果。因为黏度降低对油膜的形成有极其不利的影响，因此黏度降低必须引起高度重视。

4.3 更换零部件并试车

进一步解体发动机，更换全部活塞与缸套，更换机油与滤清器，发动机能正常起动。发动机空载运转约15 min 后，水温升至85 ℃以上，观察机油压力，怠速时机油压力低于0.05 MPa，怀疑润滑系统还存在问题。再观察发现柴油机烟色依然较深。正常情况下，发动机运行之初温度较低、燃油雾化不良，不完全燃烧导致排烟偏黑，但温度升高后，烟色应逐渐变淡。由此判断发动机燃油系统可能有问题。

根据检查情况，怀疑机油泵工作不良，更换机油泵后再次起动发动机，机油压力正常，水温略有下降。重新投入作业约10 min后，发动机再次“开锅”。

发动机“开锅”指冷却液沸腾现象，说明发动机温度过高，很有可能是导致本次拉缸抱死的原因之一。引起发动机温度过高的原因：一是热量不能散发，也就是冷却、润滑系统出现了问题；二是热量过多地产生，属于燃烧问题，如喷入的油量过大、喷入的时间较迟等。润滑系统已检修完成，下一步排查冷却系统。

4.4 清洗冷却系统

经过前面的检查，冷却系统部件均无异常，于是推测发动机“开锅”可能是冷却系统内部有水垢或脏污引起，水垢或脏污会导致散热不良引起发动机高温。于是决定用水箱清洗剂对冷却系统进行清洗，清洗方法：①放尽旧的冷却液；②注入清水2/3时，加入水箱清洁剂，然后将水注满；③起动发动机，使水温上升至85～90 ℃，保持运转5 min 左右；④放尽清洁剂，然后加入清水，起动发动机运行5 min 后放尽，该过程再重复2 次；⑤经3次反复清洗，放出的冷却水已经清澈，清洗工作完成；⑥加注新的冷却液。在加冷却液快满的时候，将发动机运行2～3 min，使冷却液循环，冷却液循环时会把冷却系内的空气排出，并使冷却液液面降低，然后按标准补足；⑦用水枪对水箱外部进行冲洗，注意压力不能太高，否则可能使散热片受损。

清洗冷却系统后再行试车。运行约15 min，发动机“开锅”现象依旧。

4.5 检修燃油系统

（1）检查喷油器。将各缸的喷油器从缸盖上拆下，观察外观发现第三、四、五缸喷油器喷嘴有积炭和烧蚀情况。对这几个喷油器进行外部清洗，松开高压泵上的油管接头，转动180°再将喷油器装上，让喷油器对着空中，接通起动机，观察喷油情况，发现第三、四、五缸喷油器的喷油有的呈线状、有的呈放射状，均属于严重雾化不良。更换全套喷油器。

（2）检查喷油泵。将喷油泵送专业机构检测、调校。检查结果是喷油泵喷油量总体过大，各缸供油量不均，更换柱塞偶件，并按标准数值对喷油泵怠速转速、高速转速、怠速供油量、最大供油量、起动供油量等进行调整。

（3）更换喷油器、安装喷油泵、调整供油提前角。

4.6 试车

修复调校喷油泵后再行试车，故障排除。空载运转约30 min后，发动机烟色正常，水温正常；机油压力怠速时为0.15 MPa，加速到1800 r/min 时为0.45 MPa，机油压力正常。进行1 h 作业试验，发动机动力良好。该车使用1 周后回访，运转正常，故障得以排除。

5 故障机理分析

通过故障诊断与排除，这起拉缸故障机理分析如下：①机油泵工作不良使机油压力不足，压力不足导致润滑效果变差，机件磨损加剧、温度升高；②喷入燃油量过大，热量过多引发发动机过热；③喷油器工作不良，燃油燃烧时间长，补燃期严重增加使发动机本身温度升高；④燃油油量大、雾化不良造成大量液态燃油冲洗汽缸壁，油膜遭到严重破坏，造成发动机“拉缸”。

随着机油泵由使用时间的延长，其性能下降导致泵输出压力下降容易理解，喷油器的烧损也不难见，喷油泵供油量随着使用时间延长，因零件磨损理应下降，增加则是反常，原因是该发动机曾因功率不足进行过供油量调整，喷油泵的供油量被有意加大，超出了原规定值。因此本例故障的主因是喷油泵供油量过大，次因机油泵压力不足，因为压力不足使机油对零件的润滑作用、清洗和冷却作用下降，促使发动机温度升高。

6 结束语

分析柴油机“拉缸”的原因，探究故障机理，给出故障诊断与排除的过程与方法，为设备维修人员提供一定的参考。同时提醒注意，喷油泵供油量及其他参数的调整必须严格遵循有关标准，切不可随意地通过加大供油量来加大发动机功率。依据发动机维护保养说明书的要求，按时、按项进行维护保养是保证设备良好运转的正确途径。