【技术】史上最强!柴油发动机设计/原理/故障分析图解说明

闪电奖2020-07-31 09:21:14

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第一章  发动机基础知识
1
发动机分类
2
发动机的基本构造
3
发动机常用术语
4
四冲程柴油发动机工作原理
发火次序:1-3-4-2
5
发动机主要技术指标
6
发动机编号规则

第二章  发动机基本构造及原理
1
机体
 1 
机体结构
主要故障模式
1.碗形塞脱落      →     漏油或漏水
2.螺塞密封不严  →     漏油或漏水
3.砂眼或裂纹      →     漏油或漏水
4.油道和水道交叉处有裂纹  → 油进入水箱
5.止口深浅不一   →    冲缸床
6.凸轮轴衬套转动或磨损 →机油无压力或压力低
7.主轴承座开裂   →    曲轴断
8.主轴承盖螺栓断裂  →   曲轴断
9.止推片磨损     → 曲轴轴向窜动
安装维修注意事项
1.油道和各运动件表面必须清洗干净
2.各主轴盖方向不能装反,从齿轮室端投数1、2、3、4、5道
3.主轴瓦方向不能装反,上瓦中间有油孔,和机体主轴承座的油孔相通
4.凸轮轴衬套的油孔必须和机体主轴承座的油道孔相通
5.止推片的方向不能装反,有耐磨合金材料的开槽面对外
 2 
气缸套
气缸套材料:耐磨的合金铸铁或合金钢

主要故障模式
1.气缸套早期磨损有台阶  →  进气系统密封不严,灰尘进入
2.气缸套裂纹   →  材质不符合要求或活塞碎、活塞销窜出而损坏

安装维修注意事项
1.气缸套压入机体时,不能直接用铁锤敲,需用木棍横担在缸套上轻轻敲入
2.干式缸套压入时,气缸孔内表面和缸套外表面应擦拭干净
3.拆卸时应用专用拉手将气缸套拉出机体
 3 
气缸垫
气缸垫材料:钢板冲刺—石棉或石墨,金属包边,厚度1.2~1.4mm

主要故障模式
缸口包边开裂或石棉烧蚀(冲缸床)  →
缸盖或机体面不平、包边内钢丝直径过粗、气缸盖螺栓拧紧力矩不足

安装维修注意事项
气缸垫不能反装,可导致油道孔错位,气门摇臂不来油
2
汽缸盖
气缸盖结构
整体式:中心距小,局部损坏需更换总成,刚性差
块式:更换容易,安装高度难一致,刚性好

主要故障模式
1.缸盖砂眼或裂纹  →  漏油或漏气或漏水
2.喷孔漏气   →   铜套密封不严或喷油器垫片变形
3.铜套漏水  →   缸盖的铜套孔裂纹或砂眼
4.缸盖变形   →  缸盖螺栓拧紧或拆卸顺序错乱
5.进气门排气   →  气道内有异物卡滞在气门和座圈之间或气门导管断裂
6.排气门排烟   →  气道内有异物导致进气不畅

安装维修注意事项
1.气缸盖螺栓安装时从中间向两边交叉对称逐次拧,分2~3次拧紧至规定的扭矩,拆卸时必须从两边向中间松开
2.确保气门下沉量:进气门0.6~0.8mm,排气门0.8~1.0mm之间
3.确保喷油器伸出高度在2.5~3.5mm之间
4.确保气道畅通,无异物
5.注意涡流机和直喷机缸盖及“S”嘴和“P”嘴缸盖的不同
3
曲柄连杆机构
功用:把热能转变为机械能,把活塞、连杆的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动,对外传递动力
相关
资料
活塞材料:铝合金锻造或铸造或液态模锻(增压机型一道环槽可镶钢圈)
活塞环材料:合金铸铁,一道环镀铬,二道环可半镶嵌
活塞销材料:低碳钢或低碳合金钢表面渗碳

连杆材料:中碳钢或合金钢模锻或辊锻
曲轴材料:中碳钢或中碳合金钢模锻高频淬火或渗氮或稀土球墨铸铁铸造
飞轮材料:灰铸铁铸造

 主要故障模式
1.曲轴断  → 曲柄过度圆角R过小导致应力集中或冲击力过大疲劳或材质疏松
2.连杆螺栓断 →  拧紧力矩不足或或拉瓦后瓦隙变大受冲击疲劳而断
3.连杆断或弯→  连杆材质不对或内部有裂纹
4.活塞拉伤  →  头部积碳严重或异物进入气缸或缸内温度过高导致活塞拉伤
5.活塞烧蚀 →  缸内温度过高或活塞材质疏松
6.活塞环对口  → 活塞环槽积碳过多致使活塞环卡滞或卡死,严重时活塞环折断
7.活塞环磨损  → 灰尘或积碳进入汽缸或材质不对
8.齿圈磨损或打齿→齿圈硬度不足或啮合角不对
9.离合器从动盘烧蚀→离合器分离不清或压盘弹力过低
10.离合不清 →  三爪不平或分离爪磨损或断

 安装维修注意事项
1.连杆安装于活塞时,连杆记号应对着活塞凹坑一面
2.安装活塞环时,有记号一面对着活塞顶部,各道活塞环开口应错开一角度(120°)且不能对着活塞销口位置,油环的衬环钢丝接口与本体开口错开180°
3.活塞连杆总成装入机体时,在活塞环的表面涂抹适量的润滑油,连杆的记号或活塞凹坑对着喷油泵一侧
4.飞轮螺栓和连杆螺栓应按规定的力矩和顺序进行拧紧或拆卸
5.曲轴止推片的方向不能装反并保证曲轴要有一定的轴向间隙
4
配气机构
功用:按柴油机的工作循环和工作次序,定时开启和关闭进、排气门,使新鲜空气及时吸入,废气及时排出
相关
资料
凸轮轴材料:优质钢模锻或合金铸铁或球墨铸铁铸造
挺柱材料:镍铬合金铸铁或冷激合金铸铁
推杆材料:优质钢

摇臂材料:铸铁或铸钢精密铸造
气门材料:进气门为合金钢,排气门为耐热合金钢或21-4N摩擦焊
气门弹簧材料:高碳锰钢或铬钒钢冷拔磷化或发兰处理(弹簧钢)
气门导管材料:灰铸铁或球墨铸铁或铁基粉末冶金
气门座圈材料:合金铸铁或奥式体钢(QZ3~5)

主要的故障模式
1.气门间隙不对  → 长时间使用各零部件的磨损或调整不正确
2.气门摇臂断 → 气门间隙不正确或摇臂砂眼裂纹或凸轮轴齿轮记号安装错误
3.推杆弯 → 气门间隙不正确或挺柱咬死
4.气门断/弯   → 气门材质或焊接工艺不对,气门碰活塞或气门锁夹松脱
5.气门弹簧断 →气门弹簧的刚度过硬或弹性共振
6.气门碰活塞  → 气门下沉量过小或气门间隙不正确
7.凸轮轴衬套咬  →机油压力低或不来油或衬套孔和主轴承座孔不相通

安装维修注意事项
1.调整气门间隙一定要将曲轴转到压缩上止点,N485/N490/4102/4105型柴油机按1236、4578进行调整,QC480/QC490/QC495/QC498按1245、3678进行调整,一般排气门的间隙大于进气门的间隙,随气缸直径的增大,气门间隙也增大
2.安装凸轮轴齿轮时,正时记号要和曲轴齿轮、惰齿轮的记号对上
3.传动机油泵的凸轮轴,安装机油泵后要检查凸轮轴转动是否灵活
4.保证凸轮轴要有一定的轴向间隙
5.新更换气门或气门座圈时,气门和气门座圈要进行研磨
5
燃油供给系统
功用:根据工作循环和发火次序定时、定量、定压的燃油喷入汽缸燃烧
它们之间不能互换,配合间隙0.002~0.004mm、
相关
资料
低压油路:输油泵  →  柴滤 →喷油泵
高压油路:喷油泵  →  高压油管 → 喷油器

主要故障模式
1.喷油泵有空气  →输油管砂眼、裂纹漏或接头处松动
2.输油泵进口不出油 →油箱内无油或输油管被柴油腐蚀形变堵塞或滤网堵塞
3.输油泵漏油   →  输油泵内衬套磨损或间隙过大柴油向油泵内漏、手动泵没有拧紧或密封圈变形不密封导致外漏
4.喷油泵进口不出油 → 柴滤堵塞或输油管堵塞
5.柴油机调速不稳  → 喷油泵供油不均或调速器不灵活
6.喷油泵漏油  → 柱塞和柱塞套磨损或间隙过大导致内漏、喷油泵体砂眼导致外漏
7.柴油机飞车 → 柱塞卡死或调速器卡死在最大供油位置
8.高压油管漏油 → 高压油管裂纹或接头座锥面不密封
9.喷油器雾化不良 → 柴油过脏导致针阀卡死或喷油压力低或缸盖温度过高

 安装维修注意事项
1.喷油器针阀偶件、喷油泵柱塞偶件、出油阀偶件它们相互之间不能更换
2.喷油压力不能调整过高或过低,直喷型S嘴19.5±0.5MPa,P嘴23~26MPa,涡流型13.5±0.5MPa
3.手动泵泵油后,要将泵油手柄拧紧
4.正确选用柴油,柴油牌号分为:0#、-10#、-20#、-35#和-50#,一般根据柴油的凝点来选择,当环境温度低于柴油牌号2℃时,选择低一级牌号的柴油
5.各机型的喷油器型号不同,不能错装或混装
6
润滑系统
功用:润滑、减磨、冷却、密封、防锈
转子材料:铁基粉末冶金
机油泵体材料:铸铁

主要故障模式
1.油底壳漏油 →  油底壳变形或螺栓松动导致机体接合面漏、油底壳焊接处开裂和焊接应力集中出现裂纹
2.机油压力低  → 油底壳内无机油或机油少、         机油太稠或太脏、集滤器网堵塞或集滤器头部脱落、机油泵内外转子的间隙过大或泵轴断或泵轴严重磨损、机滤滤芯堵塞或滤芯被吸瘪、机油压力传感器或报警器失效、机体主油道堵塞或砂眼或裂纹、曲轴的主轴颈或连杆轴颈的配合间隙过大、凸轮轴衬套移位或轴颈的配合间隙过大、 惰轮轴压紧螺栓松动或配合间隙过大

安装维修注意事项
1.安装时一定要保证清洁度。
2.正确选用机油型号,机油牌号根据抗氧化能力分为CA、CB、CC、CD、CE、CF级,同一级别根据粘稠度又分为20#、30#和40#。
7
冷却系统
功用:使发动机在所有工况下保持适当的温度,防止过热
主要故障模式
水温高   →   散热器内冷却水量不足或水箱盖不通
、散热器片堵塞导致散热效果差或散热面积小、风扇叶片小或角度不对或不耐高温、风扇叶片不位于散热器的导风罩内、风扇皮带松打滑或带型不对、水泵轴承锈死导致水泵轴不转不能泵水、水泵叶片断泵水能力低、机体或缸盖水道堵塞导致水循环差、发动机性能差,机体温度高、节温器打不开

安装维修注意事项
1.冷却水要用防冻液或软水,用井水会导致结垢
2.散热片要定期清理,水道要定期清理
3.风扇皮带要定期涨紧
8
起动系统
功用:克服各种阻力,使发动机正常运转
主要故障模式
1.发动机不能起动 →  蓄电池电量不足、起动机接线接触不良、起动机齿轮与飞轮齿圈距离太远不能和飞轮齿圈啮合、起动机齿轮硬度低损坏或啮合倒角不对、换向器打滑、换向器缓冲弹簧折断或太软、电磁线圈短路或断路导致磁铁无吸引力
2.发电机不发电  →  电磁线圈短路或断路、搭铁线接触不良或蓄电池线太细、调节器失效
3.发电机不抽真空 → 真空泵叶片损坏、真空泵油封坏导致漏油不能密封、发电机转轴断

安装维修注意事项
1.起动机起动时间不能超过15秒,每次起动要间隔2分钟
2.发动机旋转时不能起动起动机

第三章  主要技术参数
1
柴油机的主要技术参数
2
主要附件参数
3
主要技术参数

第四章  柴油机的磨合与调整
1
柴油机的磨合
磨合的作用:新车或大修后的柴油机需进行磨合,通过磨合,使各运转副的接触表面达到理想的配合精度,避免不正常的磨损和损坏,延长柴油机的使用寿命、工作的可靠性和经济性。
1.磨合前的准备
(1)清除柴油机表面的灰尘
(2)检查表面连接的螺栓有无松动
(3)加注适量的机油至上下刻线之间
(4)检查水箱内冷却水是否充足
(5)检查发动机表面有无漏油、漏水现象
(6)检查油箱有无柴油,是否符合要求
(7)起动柴油机,检查有无异常声响
2.柴油机的磨合
3.磨合后的检查与调整
(1)趁热将含有金属屑末的机油放干净,并用柴油清洗柴油机内腔、油底壳及集滤器
(2)更换机油滤清器并清洗柴油滤清器
(3)检查并紧固外部所有螺栓、螺母及气缸盖、连杆和主轴承盖螺栓
(4)调整气门间隙。

2
柴油机的调整
1.气门间隙的调整
(1)打开气缸盖罩,转动曲轴,使皮带盘上“0”刻线与齿轮室盖上的指针对齐,用手掂一缸或四缸摇背,若一缸两气门均有间隙或一缸供油时,表明处于一缸压缩上止点
(2)松开1、2、4、5的并紧螺母,用“一”字螺丝刀调整,向内调,气门间隙变小,向外调,气门间隙变大,调整至规定要求后,将并紧螺母锁紧
(3)再转动曲轴一周(360°),按上述方法松开并调整3、6、7、8
(4)进气门间隙:0.20~0.25mm,排气门间隙:0.25~0.30mm
2.供油提前角的调整
(1)松开一缸高压油管,顺时针转动曲轴,当一缸出油阀座处出油的瞬间,停止转动曲轴,检查齿轮室盖上的正时指针对着皮带盘上的刻度是多少
(2)若检查的角度不符合要求,则松开喷油泵安装发兰的三颗螺母,将喷油泵向内或向外调,向外调供油提前角变小,向内调供油提前角变大
(3)供油提前角:18±1CA。
3.水泵皮带的调整
(1)用大拇指(约30N的力)按动水泵皮带的中间,皮带的按下量≤12mm
(2)若按下量>12mm,则松开发电机的调节螺栓,将发电机向外拉,涨紧后将螺栓锁紧
(3)由于皮带易于磨损,所以应定期检查皮带的涨紧度
气门间隙的调整
水泵皮带的调整

第五章  故障诊断概述
1
故障产生的症状
1.工况异常
工作无力,带动不了负荷,俗称功率不足
速度不稳定,时高时低,俗称调速不稳
突然熄火,再起动困难,甚至不能起动,俗称难起动
产生飞车
2.声响异常,俗称异响
气门响;敲缸;撞击;过油或漏气。
3.温度异常
机油温度高,俗称机温高;
水温高,俗称开锅。
4.消耗异常
冷却水消耗量大;
油耗高;
机油消耗量大,俗称烧机油。
5.气味异常
刺人烟味——燃烧不充分,烧机油,柴油烧不尽;
焦味——拉瓦或其它干摩擦。
2
故障产生的原因
1.零件制造的质量不符合技术要求或设计缺陷
2.零件的磨损、腐蚀、疲劳或应力集中而产生的缺陷
磨损——尺寸形状发生改变,表面质量发生改变,配合间隙发生改变等;
腐蚀——锈蚀、酸蚀、碱蚀或氧化穴蚀;
疲劳——在交变载荷作用下出现裂纹或断裂;
应力集中——焊接或无圆弧过渡等;
3.连接件松动(螺纹或键、销等)
4.柴油或机油牌号选用不当
5.违章操作
起动后,不暖机就带负荷(起动阻力大,机油没有及时到达各运动件表面等);
起动后,再加冷却水,产生热应力,出现裂纹;
长期超负荷运转;
冬天停机后,不放冷却水等;
6.装配不当
正时齿轮没有按记号进行装配;
活塞环安装错误,记号、开口、非矩形环等;
活塞安装错误,燃烧室位置、行程等;
螺栓或螺母的拧紧顺序或拧紧力矩不符合要求;
气门间隙调整不当,大小或顺序等;
供油提前角调整不符合要求;
7.不进行正确保养
没有定期清洗或清理机滤、柴滤、空滤等;
没有定期更换机油或机滤等;
没有定期进行检查和调整,气门间隙等。
3
故障分析原则
搞清现象、联系原理、区别情况、周密分析、从简到繁、由表及里、诊断准确、少拆为佳

一、搞清故障的全部情况(通过询问用户了解故障前后的各种情况)
1.发动机的使用时间;
2.发动机的负荷和工作环境;
3.平时的保养、维修情况;
4.故障前后有什么征兆;
5.故障变化情况,是渐变还是突变;
6.故障发生后,进行哪些检查和拆卸。

二、现场实地检查(从外观的一些症状表现看或听)
1.阻力大小或能否转动,转动速度如何;
2.油压力指示情况;
3.声响情况;
4.排烟情况。

三、针对出现的故障进行具体分析
联系柴油机的结构和原理,从3大机构5大系统进行分析,有些故障是相互影响相互关联的,如
1.水温高   ←→ 机温高,
2.功率不足既有燃油供给系统的故障,又可能有配气系统的故障等。
4
故障诊断方法
一、经验法
通过人的眼、耳、鼻、手等器官的感觉来确定各部分技术状态好坏的方法,常用的手段有:看、听、闻、摸等;
1、看——看发动机的形态                  
冒烟情况(冒什么烟,黑烟、兰烟、白烟)
机油颜色或多少(检查有无油水混合)
呼吸器通风情况(下排气情况)
外观三漏情况(有无漏油、漏水、漏气)
仪表变化情况(机油压力表、水温表等)
2、听——听发动机运转时的声响特点(音调、音量、变化周期等),影响声音的因素有:温度、速度、负荷及润滑状况等。
3、闻——闻发动机发出的气味(焦味、烟味、臭味等)。
4、摸——摸发动机温度或运动状态          
机体温度或出水温度
气体的流动状态(进气排气、排气不畅等)
燃料的流动状态(喷油器的雾化情况等)
5、问——问用户                          
使用和保养情况(有无超载、有无更换机油或调整)
拆卸和维修情况(拆卸过什么、维修过什么)
 症状的变化情况(是渐变还是突变)

二、断缸法
部分地断开某系统,不让其工作,然后观察症状的变化来确定故障范围的方法,常用的断高压油管使某一缸暂时停止工作,从声响或排烟的变化来确定该缸工作是否正常。

三、试探法
对故障范围内的某些部位进行试探性的调整,来判断其工作是否正常的方法,如通过调整机油滤清器的压力调节阀解决机油压力低等。

四、比较法
将怀疑有问题的零部件拆下,更换一个好的零部件,然后根据症状的变化来判断其工作是否正常的方法;如难起动时更换起动机等。

五、仪表法
通过仪表的变化来判断其工作是否正常的方法;如更换直杆表来判断机油压力低或水温高,量缸表来测量气缸的压缩力大小判断漏气情况等。

第六章  常见故障与排除
1
功率不足
2
难起动
3
机油无压力或压力低
4
高温
5
排烟
 1 
冒兰烟
 2 
冒黑烟
 3 
冒白烟


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