柴油机气缸盖裂纹故障的原因与检修方法

　　柴油机气缸盖裂纹故障的原因与检修方法

　　(1)故障特征

　　　在柴油机的运行过程中，由于部分汽缸盖使用年限长，体腔内的铸造缺陷会渐渐暴露出来，延伸到表面后形成裂纹造成漏水、窜油和窜气。尤其汽缸盖窜气会引起费油功率降低。汽缸盖窜气表现在：

一、气门窜气。由于稳压箱排污不彻底，进入燃烧室的空气不够清洁或燃油在燃烧室内燃烧不完全形成的碳化颗粒，在气门与气门座口密封环带处形成严重拉伤，使气门在关闭状态下密封不严，高温高压的燃气由此窜出;气门与气门座口在研磨时不符合要求，达不到密封效果也会造成窜气:气门密封面硬度低、硬化层脱落。

二、汽缸盖安装密封面窜气。

　　　组装汽缸盖时，密封调整垫表面不清洁、有颗粒状异物或垫片表面镀层脱落都会在密封面出现局部间隙，造成汽缸盖窜气。
　　　
　　　三、喷油器安装孔窜气。

　　(2)故障原因

　　车用柴油发动机汽缸盖上装有进、排气门，喷油嘴以及副室发动机的燃烧室等各种零部件，构造复杂，直接接受高温燃烧气体的压力作用，产生高机械应力及热应力，特别是正对燃烧室的缸盖中心部位，热负荷非常大。由于在中心部位布置冷却水套的困难性，往往使水道狭窄、水流不畅。如设计不妥或铸件质量不好，在此鼻梁三角带有飞边、黏砂等的堵塞，致使此处冷却条件很差。因此，使燃烧产生的高热不能很快散出，造成局部温度急剧上升，超过材料所允许的耐热范围而产生热疲劳裂纹。大部分缸盖裂纹都产生在鼻梁部位，即进、排气门之间，或喷油嘴座孔和进、排气门座孔之间。如135柴油机是W型直喷式燃烧室，两气门和喷油嘴的布置要尽量靠近汽缸中心，使喷油嘴孔与进、排气门座孔之间位置狭小，在喷油嘴底孔与排气门座孔之间产生裂纹。预燃室式发动机缸盖，裂纹经常发生在预热室座孔至缸筒之间。当然，也会因设计不当等原因在其他部位产生裂纹。如135集油机缸盖，就曾在水套一侧进、排气道根部产生裂纹。

　　(1)车用柴油发动机汽缸盖发生裂纹的原因，大多由于缸盖处于不正常的高温下工作产生热应力所致。灰铸铁缸盖的允许温度一般为:普通为350℃以下，低合金为375℃以上。当温度超过铸件的临界温度时，材料的抗蠕变强度下降，产生塑性变形，这是产生残余拉伸应力的主要原因，而残余拉伸应力的存在，是缸盖产生热疲劳裂纹的症结所在。当发动机以全负荷工作时，对准燃烧室的缸盖鼻梁部位温度很高，使金属膨胀，但是受周围紧固螺钉等的限制，因而产生压缩压力。特别是当此时缸盖底板热面温度高达375℃以上时(对于低合金铸铁而言)，超过了铸件的抗蠕变强度，使铸件的抗蠕变性能急速下降。这样，在高温下持续一段时间，铸件就会因蠕变而产生塑性变形。而当发动机怠速或停转时，汽缸盖冷却收缩，而使这部分金属材料产生拉伸应力。因此，发动机在使用过程中，缸盖鼻梁部位的金属不断地拉缩，终造成疲劳损坏，即热疲劳，缸盖裂纹属于低周疲劳损坏。

　　　(2)车用柴油发动机汽缸盖常见影响裂纹的因素有:
　　　
　　　一、分隔式燃烧室。如涡流室、预燃室等，部分燃烧室布置在汽缸盖内，增加了缸盖的热负荷。而且使缸盖结构复杂，水套布置困难、水道狭窄冷却条件差，缸盖产生裂纹几率较大。

　　　二、半分开式燃烧室。其燃烧室为球形。由于燃烧过程需要强烈的涡流，空气和燃烧产物的旋流，使热量集中在中央，又加上收口的燃烧室将大量的高温燃烧气体喷在缸盖中央鼻梁部位，使鼻梁部位的热负荷特别高。如果水套布置不当，或铸造质量较差，就极易产生裂纹。
　　　
　　　三、直接喷射式燃烧室。如W燃烧室、浅盆形燃烧室等。这种燃烧室一般空气涡流要求不高，并且是敞口燃烧室，这样燃气不会集中喷刷在缸盖中央，使鼻梁部位得到缓解。而且这种燃烧室喷油嘴布置在正中间，利于4个气门布置。使中间高温区可以布置宽敞的水道，获得良好的冷却条件，此种发动机缸盖产生裂纹几率很小，强化潜力相对较大。

　　(3)故障诊断与排除

　　防止汽缸盖的裂纹产生，在使用方面的预防措施有:汽缸盖在检修过程中须做水压试验，如果水压设备不良、各密封堵密封不住会造成腔内水压达不到试验要求，轻微裂漏不易被发现，且观察角度不良还会存在漏检。修理作业中严格执行工艺要求，如缸盖螺栓未能按规定的顺序和扭矩紧固，紧固力不均匀等，都会导致汽缸盖变形或螺栓孔附近产生裂纹。使用中，应采用有防垢添加剂的冷却水，防止水垢的产生。在冷却水中无防冻剂的情况下，冬天要排空冷却水。并在启动前一定要加水，若启动后加冷却水或发动机处于高温状态下突然加注冷水，会造成局部热应力过大，使缸盖产生裂纹。切忌发动机在使用运转过程中断水或开锅现象的产生，否则会使温度急剧上升，如这时加入冷水，会使缸盖产生裂纹。禁止发动机长时间在超负荷条件下工作，否则缸盖内应力过大，产生变形或裂纹。不要在冷车启动后突然加载，使温度急剧上升。否则，经这样数次的“冷——热”循环就会使缸盖产生裂纹。