发动机活塞产生烧顶熔化的缘由

导读：活塞烧蚀是柴油发电机操作中较多发的状况，烧蚀部位大多产生在活塞顶部和第一、第二道活塞环槽处及活塞头部圆周处，通常以活塞顶而熔洞、穿孔和头部圆周处键槽状缺口、蜂窝眼为主要形式，损坏现象主要表现为发动机下排烟增大，甚至机油从呼吸孔冲出。活塞烧蚀将导致柴油发电机工作异常，直接导致缸压减轻，动力不足，间接导致拉缸、抱瓦等，并损坏涡轮增压器、缸盖等机件。下面，根据我们康明斯K38发电机活塞烧蚀的修理经验，结合相关相关技术资料后，对cumminsK38系列发电机活塞烧蚀的原由作剖析。

      通常表现为发动机下排烟明显增大，运转中忽然出现排气排白烟且有机油从废气管中窜出，严重烧蚀后，排气管与缸盖接口处冒柴油。

      表现为（早期）轻微烧蚀，第一道活塞环上部发生蜂窝眼；（晚期）严重烧蚀，第一道活塞环镶槽断裂或活塞烧缺，随着发动机的继续操作，这一现状进一步扩大，最后恶化到活塞环槽脱落所形成的异物在燃烧室中受活塞的往复撞击而致使缸套拉伤、缸盖底平面和气门被碎块打坏、喷油嘴喷嘴打坏、碎块进入排气道和增压器将高速运行的增压器废气涡轮打坏。

      水泵作为冷却机构心脏，它使防锈水以一定的压力（KTA38系列cummins发动机较低防锈水压力48KPa）和转速在发动机相关冷却通道内流动，将发动机各部分的热量带走，当水泵压力因为泵内部部件损伤泄露等起因而低于正常值时，就不能对发动机（特别是燃烧室）进行高效的冷却，使活塞、缸套始终处于发烫状态，活塞受高温强度减轻而造成烧蚀。

      自来水因为含有大量的杂质，发热时极易在水箱和发动机冷却液道生成水垢，水垢一旦形成，一则减小了冷却水的正常流通面积，二则阻碍了正常的热传递，从而危害发动机燃烧室热量的正常散热。

      节温器的初开启温度为80℃，全开温度为90℃，无论是卡死和动作值变化，都会危害冷却水在流往水箱这一冷却大循环的流通性，而使发动机得不到及时冷却。

      柴油膨胀冲程所产生的热量，一方面以膨胀爆发的形式将热能切换成机械能推动活塞作功，另一方面通过排烟、活塞—活塞环一缸套一防锈水、机油冷却将多余的热量传散出去。冷却喷嘴与机油主油道直接连通的机油通过冷却喷嘴喷入活塞底面的一侧，从活塞底面另一侧流出，以达到冷却过热活塞的目的。（拆除喷嘴时一定要仔细，千万别碰撞喷嘴，同时装配时要充分保证其畅通性和紧固螺栓25磅的扭紧力矩。)

      喷孔直径超过标准时，过多的柴油喷入气缸，在某工况下，因为进气量一定，同时过大空气系数也一定，从而无法保证喷入缸内的柴油都能够完全燃烧，甚至出现柴油附在活塞上燃烧，造成积炭和活塞发热。严重时可以在活塞顶部看见一个个与喷孔数量相同的喷油痕迹，活塞头部也会有一层厚厚的不规则的积炭，造成活塞高温烧蚀。

      PT泵油量过度也会使过多的柴油喷入汽缸而不能完全燃烧，而产生发动机排黑烟，工作粗暴，缸内不正常发烫。

      提前角过大，发动机工作粗暴，提前角过小，发动机燃烧滞后引起后燃，极易造成活塞因发烫而烧蚀。KTA38系列康明斯发动机喷油正时由静态喷油正时和动态喷油正时构造。静态喷油正时由齿轮室内主轴齿轮和左、右排凸轮轴齿轮（以及偏心键）的相对位置而确定，对它的检测须借助专门的正时测定工具来完成。而其独特的动态喷油正时功用能够使发动机在运行中根据外界负载情形自动调节喷入气缸的柴油油量，以达到较佳的燃烧效果。动态喷油正时机构具体由：STC控制阀、STC油管、带STC的喷油器结构。简单的控制原理为：不一样工况时，STC控制阀根据检查到的PT柴油泵柴油压力一控制STC阀内柱塞的位置一机油进入喷油嘴的STC油腔形成一段液力柱塞一改变喷油嘴柱塞的总行程一改变喷油器的开启和关闭时间这一流程来达到动态调节喷油正时的目的。如果因为机油里混有机械杂质等原因造成STC阀柱塞磨损或卡死以及STC机油油路有泄露存在，就会使发动机丧失这一作用而导致喷油正时紊乱，燃烧不良，活塞积炭，活塞发烫而烧蚀康明斯发电机。

      活塞在高温、高压、高速、润滑不佳的恶劣条件下作往复直线运动，直接与高温气体接触，瞬时温度可达2500℃以上，受热严重、散热因素差，故而活塞作业时温度很高顶部可达600～700℃，且温度分布很不均匀；活塞顶部承受气体压力很大，特别是做功行程压力较大，柴油发电机高达6～9MPa，这就使得活塞产生冲击，并承受侧珏力的用途活塞在汽缸内以很高的速度（8～12m/s）往复运动，且转速在不断地变化，发生了很大的惯性力，使活塞受到很大的附加载荷。活塞在这种恶劣的要素下作业，会产生变形并加速损伤，还会发生附加载荷和热应力。若活塞质量不过关柴油发电机，铸造时存在气孔、疏松、微裂纹、夹渣等缺陷，则在过热高压功能下，这些气孔、疏松、微裂痕会引起疲劳损坏；活塞中的夹渣首先熔化，诰成活塞烧熔，致使活塞烧蚀损坏。

      积碳的生成比较复杂，它与发电机构造以及操作燃科、润滑油科的种类及发电机所处工作要素、工况等密切相关。在燃烧室中，氧气供给不足，燃料和窜入燃烧室的润滑油料无法完全燃烧，而产生油烟和焦油微粒，它们和润滑油混合在一起后，进一步氧化成为稠性胶状液体羟基酸，羥基酸又进一步氧化变成一种半流体树脂状胶质，牢因地粘附在零件上，随后在发烫的不断功用下胶质又聚合成更复杂的聚合物，成为一种硬质胶结碳，即形成了积碳。

      积碳的构成成分有润滑油、轻基酸、沥清质、油焦质、碳青质、硫酸盐、硅化合物（来自进气中的灰沙）和微量金属到及其化合物等。发电机温度越高，形成的积碳也越硬越紧密，与金属粘接越牢固。活塞环槽中的积碳会使活塞环失去弹性而卡死，活塞环密封性下降，导致烧枳油现象，进而加剧了积碳的生成，进、排烟门上的积碳会使气门关闭不严，发烫颗粒积碳附着在气门上也会使气门及气门座烧蚀，加剧气门漏气。气门漏气，又使发烫气冲气门及气门座，进一步使气门及气门座烧蚀发生漏气，较终引起缸床减轻，燃烧黑烟大促使活塞积碳的生成。活塞积碳使其散热功用减弱，温度升高，当温度超出活塞的热承受极限时，将引发活塞烧蚀。造成发电机燃烧黑烟大、积碳严重的具体因由是过气门密封不严进、排烟门关闭不严，会诰成发热、高压的可燃混合气冲蚀气门及气门座工作面，使二者工作面发生嘛点、积碳、烧蚀，麻点、积碳、烧蚀又会加速进、排气门关闭不严，形成恶性循环。气门关闭不严，缸压降低，燃烧不佳，造成缸内积炭过多，致使发电机动力性，经济性下降。

      若活塞环槽内会形成积炭，将活塞环嵌在活塞环槽中不能转动。可将活塞总成浸泡在煤油中，待其软化后再进行解除或解体，如图1 所示。

      活塞环槽的磨损较大，一般第一道活塞环槽的磨耗较为严重，以下几道环槽的损伤依次减少。其原由是由于燃烧室高压燃气的用途和活塞高速往复运动，使活塞环对环槽冲击增大。磨耗后的环槽断面成梯形，外宽里窄，侧隙增大 ，导致汽缸漏气、室油，使发动机动力性下降，润滑恶化，燃烧室大量积炭等。活塞发生上述现象，在发动机大修时应全部更替。

      活塞裙部虽与汽缸壁直接接触，但接触面积较大，润滑因素较好，所以磨耗也较轻。一般只在侧压力较大的一侧发生轻微的磨损和擦伤。当活塞裙部与汽缸壁间隙过量时，发动机工作易发生敲缸，并发生严重的窜油现状。检查裙部损伤时，用千分尺检测与活塞销垂直方向的活塞裙部直径，如图4所示；千分尺的操作规范如图5所示。测得的数值与标准尺寸的较大偏差量不得超过0.04 mm。超过规定值时，在发动机大修时应更换全部活塞。

      排烟背压是指发电机排气的阻力压力。例如K38康明斯柴油发电机排气压力小于0.09kPa，若消音器产生堵塞或排烟管改装不当，将会增大排气阻力，引起排气背压过量。因为发电机排气背压较高，气缸内混合气烧后生成的废气难以排出，废气只能返流，热量相对积聚在缸内，致使缸内温度过高，较终致使活塞烧蚀。

这些酸性物质随空气进入汽缸并与柴油一起参与燃烧，在燃烧中会形成磷酸和硫酸等酸性化学物质，而腐蚀缸套、活塞。

如果活塞和缸套铸造时存在气孔、疏松、微裂痕及夹渣等短处，这些缺陷就会作为疲劳源而致使疲劳损坏，活塞中的夹渣会导致活塞烧熔。铸造材质及工艺也关系到活塞和缸套的机械强度以及耐发烫能力。

      cummins发动机在使用步骤中，出现活塞烧蚀故障，在平常维保保养作业中通常不易见现，但一旦出现，对发动机则是致命的损坏。为了保证发动机长周期安全运行，除操作员工的精心操作、细心维保外，按要求做好cummins引荐的发动机A、B、C、D级维护作业显得十分重要，特别是发动机的C、D级保养。不论是对喷油器、气门间隙的就机检验调整，还是将喷油嘴、PT泵、STC控制阀送外校检，都要遵循cummins发动机技术标准康明斯公司官网，无法一味的片面追求发动机动力，而忽视发动机本身的实际工况。