如何诊断和排除柴油机异响故障

2023-09-23 理论教育版权反馈

【摘要】：应该停机检查，排除故障，避免更大的故障发生。这将加剧气缸活塞的磨损，增加活塞连杆所受的冲击力，使连杆和曲轴产生变形，从而导致机体变形等故障出现，严重影响柴油机的使用寿命。②燃烧敲缸，一般指可燃混合气在柴油机燃烧室内非正常燃烧造成的响声。

柴油机使用的燃料是较难挥发而较易自燃的柴油，因此它是在压缩行程终了时，在高压下高速喷入燃烧室、被细化成微粒，迅速蒸发并与空气混合。由于形成时间短，同时这种不均匀可燃混合气不是由外源点燃，而是燃油在高温、高压下的自燃，这使得气缸内的压力在燃烧瞬间上升很快，最高压力增大，导致柴油机工作粗暴、噪声大。如果在油气混合的某些环节出现了不协调的情况（比如喷油时间不合适、喷油量较大等），将导致柴油机燃烧状况进一步恶化，噪声加大，甚至出现类似金属敲击“嗒、嗒、嗒”的声音（也就是所谓的燃烧异响故障）。柴油机出现这种情况后，危害很大。应该停机检查，排除故障，避免更大的故障发生。

1.燃烧异响故障的原因分析

导致柴油机出现燃烧异响（工作粗暴）的原因是：

（1）柴油选择不当如果柴油的十六烷值低，就使得燃油着火延迟期加长，此间喷入气缸的燃油相对较多，已进入气缸的燃油同时燃烧的概率加大，燃烧速度加剧，气缸内的压力急速上升，柴油机工作自然粗暴。因此，应选用十六烷值高且挥发性好的柴油。柴油的自燃性好，着火延迟期短，着火后进入气缸的燃油量相对减少，着火后压力升高的速度降低。此时，柴油机工作相对柔和、平稳。而十六烷值太高，也将造成柴油机冒黑烟、经济性能下降等问题。十六烷值的选用与柴油机的使用转速有关，对于车用中高速柴油机，十六烷值应在40～50。

（2）喷油时间过早如果喷油时间过早，此时气缸内的压力和温度相对较低，喷油气缸的燃油与空气的混合过程变慢，这使得着火延迟期加长，导致柴油机着火燃烧过程变得缓慢，这同样导致柴油机燃烧粗暴。而且过大的喷油提前角还将造成柴油机动力下降、油耗增加、起动困难等其他故障。

（3）喷油延续时间过短与喷油提前角一样，喷油延续时间对柴油机性能同样有着重要影响。在喷油量一定的条件下，喷油延续时间短，则喷油速率过快，此时虽可获得较好的油耗及排气烟色，但也带来柴油机燃烧粗暴的负面效果。

（4）各缸供油量不一样如果某个气缸的供油量较大，则该气缸在运行过程中就可能发出清脆的、有节奏的敲击声。

（5）柴油机工作粗暴的危害柴油机工作粗暴，一般是由于燃烧瞬间的爆发力和运动惯性力激发而引起内部机构的机械振动所致。这将加剧气缸活塞的磨损，增加活塞连杆所受的冲击力，使连杆和曲轴产生变形，从而导致机体变形等故障出现，严重影响柴油机的使用寿命。与此同时，这些振动通过与之刚性连接的零部件的振动及柴油机外表向外界辐射出噪声，污染环境。

2.燃烧异响故障的诊断与排除

当柴油机出现燃烧异响（敲缸或工作粗暴）后，应着重进行下述检查，找出故障源并排除，确保柴油机的正常工作。

①如果响声有节奏，表明各个气缸工作情况类似，应检查喷油正时。喷油时间过早，气缸内会发出尖锐、清脆和有规律的敲击声。如果喷油正时正常，应检查空气滤清器是否堵塞、进气管是否堵塞、橡胶接管是否凹瘪等，这些会造成柴油机进气量不足。如果存在这些堵塞，应该予以清除或修复。

②如果敲击声无一定规律，且排气冒黑烟，表明各个气缸工作情况不一致。可能是喷油器滴油、出油阀磨损或卡住造成部分气缸的供油量增大。喷油器滴油可用拆卸排气管的方法或单缸熄火的方法进行判断；出油阀磨损可用手油泵压油时拆下高压油管的方法检测，如果此时出油阀接头处有柴油溢出，说明出油阀漏油，应查明原因并予以排除。

③供油量不均供油量不均时，如果某个气缸的喷油量过多，则该气缸就会产生强烈的有节奏的“嗒、嗒、嗒”的燃烧噪声并可能冒黑烟。此时可用单缸熄火的方法判断故障缸。某个气缸断油后，敲击声消失，则该气缸就是故障缸，酌情予以修复。

3.故障案例

案例1：单缸喷油量太大引起敲缸。

有一台F12L513柴油机，因出现动力不足、转速下降等现象，对喷油泵进行大修，更换了柱塞和出油阀等部件。但将大修后的喷油泵装机起动后发现，柴油机左排缸传出较清脆的有节奏的“嗒、嗒、嗒”的燃烧异响。经过询问喷油泵维修人员得知左排第3缸的油量较大，采用断油法确认是该缸产生的异响。

由于是刚修过的喷油泵，仅只有一个缸的油量不对，所以就没有拆卸喷油泵进行专业调试，而是采用现场就车调试的方法予以调整，经专业人员精心调试后，柴油机的燃烧异响消失。

现场就车调整喷油泵油量时应注意的事项如下。

①调整人员必须是可以进行现场操作的具有专业技术的维修人员。

②调整喷油泵油量后，应使用扭力扳手紧固出油阀压紧螺母或螺栓，不能仅凭感觉紧固。

案例2：单缸喷油提前导致柴油机敲缸。

故障现象：一辆东风货车配置康明斯210PS柴油机，用户反映该车柴油机大修后，行驶里程仅3500km，柴油机缸内出现了“当、当、当”敲缸声。怀疑为机械敲缸（因柴油机内运动摩擦副的配合间隙大小是影响活塞对气缸套敲击的主要因素，间隙过大必然会导至敲缸），为此，对该柴油机进行了一系列检查，但未能找出“病”源，响声仍旧存在。

故障诊断：造成柴油机敲缸的原因是多方面的，有机械因素、也有燃烧因素。

①机械敲缸，一般指使用年久的柴油机活塞与气缸套的配合间隙过大，活塞受到在连杆摆动内的侧压力，造成活塞对气缸套周期性的撞击。

②燃烧敲缸，一般指可燃混合气在柴油机燃烧室内非正常燃烧造成的响声。

具体到这台柴油机，究竟是什么原因导致的敲缸，可根据敲缸的特征来判断。仔细观察柴油机敲击故障的特征如下：刚起动运行时，柴油机发出较均匀而沉闷的敲击声，运转不稳，排气管冒白色烟雾；柴油机升温后，排烟变成灰黑色，急加速敲击声渐弱但不消失；该机大修后使用时间较短，工作环境又不恶劣，所以机械敲缸的概率很小。故认为是燃烧敲缸。为此，做了如下的排查工作。

①柴油机起动后，稍运转一会儿，用手抚摸各缸的排气歧管，检查其温度是否有明显异常。发觉第3缸排气温度低，说明第3缸的燃烧不良。

②用手触摸高压油管，6根高压油管都有高压油流动脉动，说明喷油器工作，但第3缸高压油管脉动感觉压力小。

③运行一段时间后，油、冷却液温度已上升，但异响仍然存在，并随转速升高，声音减弱。

④用断缸法诊断，发现第3缸与响声有关，断缸后声音及排灰黑烟现象消失。

⑤检查验证喷油提前角，符合设计要求。

⑥怀疑第3缸喷油器存在问题，于是对该喷油器进行检验，在规定正常喷油压力下，喷油细散、锥角正确、射程符合要求，油束的形状正常，雾化质量良好。

故障排除：为了判断喷油泵是否存在问题，将第3缸喷油器与邻缸喷油器进行了互换，但第3缸异响还存在。诊断为喷油泵有故障，拆下检查喷油泵，发现喷油泵凸轮轴第3缸凸轮顶与滚轮体磨损过甚，致使该缸供油过迟，造成了该缸供油间隔角度改变，使供油间隔角度均匀性变差。更换喷油泵凸轮轴并调校喷油泵后问题解决。

故障分析：该柴油机的敲缸是燃烧造成的敲击异响。由于喷油泵凸轮轴三缸的凸轮顶部与滚轮体处磨损过甚，改变了喷油泵第3缸凸轮的升程，同时也改变了第3缸喷油提前角，影响了供油的时间，并使第3缸的喷油滞后较多，在正常的着火延迟期之后，喷射的柴油得不到完全燃烧，而且造成柴油机冷车排白烟、热车排黑烟，运转不稳，功率下降，发生沉闷的敲击声。

案例3：高压油管引起的异常敲缸。

故障现象：有一辆T815修井作业车，因大修期限已到，对柴油机进行了大修。大修时按修理规范进行解体、清洗、零部件检测、喷油泵及喷油器校验后，按装配标准进行组装，简单试车后竣工装车。使用单位投入使用后发现柴油机怠速正常，高速或有负荷时敲击严重，温度上升已超过120℃（此柴油机为V型10缸风冷柴油机），而且排气冒黑烟。维修单位派人到现场诊断后判断有两个气缸工作不正常，随即将喷油器拆下进行校验，发现其工作不正常，更换喷油器后故障仍然存在，只得将柴油机运回维修单位检修。

故障诊断：柴油机解体后发现有异常敲击的两个气缸已拉缸，修复后试车，故障没有排除，只得第三次解体，进行更仔细的检修：重新校验喷油泵、喷油器，包括易引起敲击故障的主轴瓦、连杆轴瓦，检查活塞销压缩上止点间隙等都在标准之内。装配后试车，故障仍然没有排除，敲缸声依旧。

通过综合分析，认为故障点应该在燃油系统，异常敲击可能是爆燃造成的。为找到故障的真正原因，首先将工作正常与不正常的喷油器互换试车，仍旧是这两个气缸有异常敲缸；其次将喷油泵出油阀及弹簧互换也不能解决问题；再在油泵试验台上检查供油角度也正常。柴油应该没问题，因为只是两个气缸敲击。后来将有异常敲缸的两个喷油器拆下，起动柴油机用量杯直接测量供油量。结果发现在相同循环时间内供油量相差一倍以上，这应该是敲缸的主要原因。

随即在油泵校验台上单独调整油量大的两个气缸，调到正常气缸的一半供油量，结果还是不能解决问题。这时一位维修人员反映修理时更换了一组高压油管，在装配时损坏了两根，就继续使用了原来的两根旧高压油管，这个问题立即引起了注意。

故障排除：为验证是否为高压油管的问题，立即将不同的两根油管从中间锯开，发现两根高压油管内径不同，问题就出现在高压油管上。高压油管外径相同内径不同，故壁厚不同，如果加工材质不过关的话，内径大的高压油管在受到高压后，产生弹性变形，使之容积增大，不随转速和负荷的增大而供给相应的油量，而内径小的高压油管则相反。所以内径小的两个气缸的负荷就非常大，引起敲缸、高温。因为高压油泵试验只是标准喷油器及高压油管，所以在油泵试验台上发现不了此故障。重新更换一组高压油管，故障排除。

如何诊断和排除柴油机异响故障

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