柴油机活塞烧顶故障原因浅析

柴油机活塞烧顶故障原因浅析

柴油机在使用的过程中活塞烧顶是常见的现象，本文将主要从以下几个方面讲述柴油机活塞烧顶的原因，希望用户在使用柴油机时加强维护，使柴油机一直保持良好的状态。柴油机活塞烧顶的主要原因： 1.喷油器滴油或者雾化不良，柴油机内燃油长时间再活塞顶部燃烧，造成活塞顶部高温，从而使活塞烧顶。

2.柴油机活塞严重磨损或者断裂机油上窜，导致活塞烧顶。 3.选择了劣质润滑油，加速了柴油机汽缸磨损，曲轴箱废气压力增大，燃烧室内积碳增多，从而导致活塞烧顶。

4.柴油机各缸供油量和供油时间不均匀，使部分汽缸燃烧过程恶化，形成积炭或者严重后燃，柴油燃烧的热量使部分汽缸内的活塞顶温度过高，导致柴油机材料热疲劳而烧熔，导致活塞烧顶。 5.活塞缸套质量有问题，如果柴油机的活塞在铸造时存在气孔、疏松、微裂纹、夹渣等缺陷，在高温高压作用下，这些缺陷就会成为疲劳源而导致活塞疲劳损坏；活塞中的夹渣首先熔化，造成活塞烧熔。所以柴油机在选择活塞时一定要注意选用原厂或质量过硬的活塞。 6.活塞顶间隙不当，装配柴油机时，如果活塞顶间隙调整不当，就会影响柴油机的压缩比，导致活塞拉缸或者活塞烧顶，这就要求柴油机在装配时要严格按照要求调整。

7.超负荷的柴油发动机转速运行很长一段时间，破坏的发动机冷却。活塞有一个长期热应力和机械应力，容易疲劳消融。

8.活塞环损坏或折断。活塞环损坏或折断导致活塞环装配不能密

切缸壁，活塞顶部不能散去大规模的热量，而且还导致窜高温气体，其结果是顶端活塞和活塞环槽过热而烧融。

许多中小型柴油发动机由于汽缸直径较小，要完成活塞复杂的内、外部结构布置存在较多困难，故大部分活塞都不设加强筋，都从增加活塞顶的厚度来满足强度要求，但过厚的活塞顶结构，一方面增加了活塞顶的热容量，另一方面散热速度较慢，这两方面都会增加活塞顶的温度，使活塞顶有较高的热应力，容易导致活塞顶的热疲劳损坏。

硅铝合金在450℃左右机械性能急剧下降，材质变化发生热疲劳损坏。很多情况都会导致活塞顶部温度超过450℃，从而使活塞容易熔化而损坏。柴油发动机的活塞易在铸造时产生气孔、疏松、微裂纹、夹渣等缺陷，这些内部缺陷在柴油发动机工作时的高温、高压的作用下，会成为疲劳源而导致疲劳损坏。活塞材料中的杂质会在高温、高压的作用下而熔化，导致活塞的烧熔和开裂。喷油嘴在工作中会出现滴油、二次喷射、燃油雾化不良等情况，这些情况的出现，都会使燃油滴到活塞顶上，形成活塞顶的局部高温区，使活塞顶的局部温度升高，热应力增大，导致活塞顶部烧损。供油量和供油角度严重不均时，将使部分汽缸燃烧恶化，形成积炭或严重后燃，柴油燃烧热量不能用来做功，使部分汽缸活塞温度过高，材料变质烧熔。柴油发动机在工作中往往会在活塞顶、活塞环槽处形成积炭，这些积炭都会成为

活塞顶的局部过热区域点，使活塞顶产生局部高温而烧熔。柴油发动机活塞环在工作中经常发生咬死、断裂，大大减少了活塞顶部热量向外传递，使活塞顶部温度升高而导致烧熔。另外，因活塞环咬死和断裂而失去密封作用，导致高温燃气大量下泄，活塞环槽部位的温度升得很高，使形状复杂、强度较低的活塞环槽部位烧熔。有些柴油发动机使用者不按操作规程使用，使柴油机长期超速、超负荷运行，活塞在高温下长期工作，在过高热应力和机械应力作用下，材料易发生热疲劳和机械疲劳，活塞顶容易烧熔和开裂。

发动机，特别是柴油机拉缸或活塞烧顶是较为常见的故障之一。发动机（柴油机）拉缸或活塞烧顶大多发生在活塞顶部和第一、二道活塞环槽处，损坏形式主要有顶面烧熔、穿孔、麻坑和顶部周围处的键槽状缺口、塌陷。活塞烧顶将导致高温燃气窜入曲轴箱、加速润滑的氧化变质、汽缸密封性变差、压缩比下降、燃油燃烧过程变坏、 发动机的动力性和经济性下降；严重时活塞开裂破碎，损坏缸套、连杆、曲轴、机体等零部件。综合各类发动机拉缸或活塞烧顶的文章介绍，发动机（柴油机）拉缸或活塞烧顶的原因大致有以下几个方面： 一、造成发动机（柴油机）拉缸或活塞烧顶的主要因素 １、使用和保养方面的原因：

（１）柴油机经常在全负荷工作时突然停机； （２）柴油机润滑油有问题； （３）柴油机柴油有问题；

（４）柴油机低速运转时间太长；

（５）柴油机喷油泵油量太大或供油不均匀； （６）柴油机喷油嘴工作不良； （７）柴油机长时间超负荷运行； （８）柴油机刚起动即投入全负荷运行。 ２、零部件和调整方面的原因 （９ ）活塞缸套质量有问题 （１０）活塞顶间隙不对 （１１）供油提前角不对 （１２）机油冷却喷嘴损坏 （１３）其它调整原因

二、柴油机“拉缸”或活塞“烧顶”故障原因及排除方法 （１）柴油机经常在全负荷工作时突然停机

柴油机经常在全负荷工作时突然停车，由于柴油机在全负荷工作时，汽缸内部的温度瞬间可达２０００Ｋ以上，全负荷停机后，个别汽缸由于正处在膨胀冲程，缸内温度仍然很高，可达１０００Ｋ以上；此时，如果没有及时采取措施转动发动机排除废气，则该缸活塞可能就会出现局部烧熔。重新起动发动机投入全负荷工作后，数分钟之内该缸活塞就会出现严重的烧顶故障。 排除方法：

首先要避免柴油机在全负荷作业时出现突然停机故障，如果出现类似故障，一定要立即转动柴油机曲轴数圈，或用起动马达拖动柴油

机运转数次，每次５－６秒时间，并尽快判断突然柴油机停机原因。 注意：在未判明故障原因之前，不要盲目重新启动柴油机。 （２）柴油机润滑油有问题

如果润滑油选用不合适，如低温时选用了高温用油，或润滑油长时间没有更换，使发动机起动时的润滑条件变得恶劣。如果此时柴油机未充分预热即投入全负荷工作，可能导致发动机产生拉缸故障。 如果选用了劣质润滑油或质量等级很低的润滑油，也可能由于润滑不良，加速汽缸磨损，曲轴箱废气压力增大，使燃烧室机油和积碳增多而导致活塞拉缸或烧顶。曲轴箱废气闭式循环系统更应特别注意这个问题。 排除方法：

严格按要求选用柴油机润滑油。

根据季节的不同，选用不同牌号的润滑油。如果润滑油选择得不合适，将造成柴油机的严重损坏。选用润滑油的一般要求是：在确认了润滑油的质量等级之后，夏季高温区使用高温润滑油（如４０、５０、６０等）， 冬季严寒区使用低温润滑油（如０Ｗ、５Ｗ、１０Ｗ等）。其它地区使用混合润滑油（１５Ｗ４０、２０Ｗ４０等）。 按照使用说明要求选用润滑油的质量等级，可以选用比使用说明书规定高的润滑油，但决不能选用低于使用说明书要求的润滑油（比如：使用说明书要求使用ＣＤ级润滑油，可以选用ＣＥ、ＣＦ质量等级的润滑油，不能选用ＣＣ、ＣＢ质量等级的润滑油）。 （３）柴油机燃油有问题

劣质燃油，经喷油器喷射后的雾化质量差，喷注中油粒的平均直径大，一方面是柴油机的滞燃期延长，当柴油机一旦着火，其压力升高率迅速升高，从而使柴油机工作粗暴，甚至产生敲缸；另一方面使后燃增加，排气温度升高，冒黑烟，同时严重污染燃烧室，所产生的不完全燃烧产物有一些混入汽缸壁的润滑油中，在活塞环槽里堆积，堵塞了槽壁，使活塞环卡死，破坏了燃烧室的密封，导致燃气泄漏。泄漏的高温燃气可能烧掉汽缸壁上润滑油膜，使活塞的润滑状况更加恶化，这就大大增加拉缸或活塞烧顶的危险性。 排除方法：

严格按照使用要求选用合格燃油，如果受到条件限制，没有高质量的燃油时，必须注意燃油滤芯的保养。 （４）柴油机低速运转时间太长

柴油机长时间低速无负荷运转，由于整体温度低，各运动部位的间隙相对较小，会加剧相关运动部件的磨损。如果活塞环与缸套的磨损过大，会使机油上窜燃烧室，会导致柴油机工作无力、冒蓝烟、燃烧室积碳增多，大负荷工作时容易造成柴油机出现拉缸或活塞烧顶的故障。

排除方法： 避免柴油机低速无负荷长时间运转，一般情况下，柴油机怠速运转不要超过３０分钟。冬季使用更应注意此类问题。 （５）柴油机喷油泵油量太大或供油量不均匀

柴油机各缸供油量和供油时间如果不均匀，将会使部分汽缸燃烧过程恶化，形成积炭或严重后燃，柴油燃烧的热量不能用来作功，而

使部分汽缸内的活塞顶温度过高，导致材料热疲劳而烧熔。油量太大是造成的拉缸或活塞烧顶的主要原因之一。 排除方法：

严格按照技术要求调整喷油泵供油量，保证各缸油量误差不大于１％。并定期检查和校对供油量。 （６）柴油机喷油嘴工作不良

当喷油嘴出现滴油、二次喷射、雾化不良等情况时，活塞顶积油处局部温度过高，热应力增大，以致烧蚀。喷油嘴雾化不良、滴油还会导致柴油机工作时冒黑烟。 排除方法：

定期检查调整喷油嘴，按要求校对喷油压力。 （７）柴油机长时间超负荷运行

发动机长时间超负荷超速运行，或发动机散热不良时，活塞长期受过高热应力和机械应力作用，易于疲劳烧蚀，容易产生拉缸。 排除方法：避免柴油机长时间全负荷工作，全负荷全速运行时间一段时间（车用机３０分钟左右、工程机械用机１个小时左右）后应降速冷却３－５分钟。这对延长柴油机的使用寿命是十分重要的。 （８）柴油机起动即投入全负荷运行

柴油机起动即投入全负荷工作，此时柴油机温度低，活塞缸套的间隙很小，加之润滑状况 不好，极易造成拉缸。 排除方法：

无论是夏季还是冬季，柴油机启动后都不要立即高转速或带负荷运转，冬季尤其要注意。柴油机启动后应该在怠速或低速（８００～１０００转／分）无负荷运转３分钟（夏季）到５分钟（冬季），然后才开始带负荷工作，且逐步加大致全负荷工作。 （９）活塞缸套质量有问题

如果活塞铸造时存在气孔、疏松、微裂纹、夹渣等缺陷，在高温高压作用下，这些气孔、疏松、微裂纹会成为疲劳源而导致疲劳损坏；活塞中的夹渣首先熔化，造成活塞烧熔。 排除方法：

选用原厂或质量过硬的活塞。 （１０）活塞顶间隙不对

如果装配时，活塞顶间隙调整不正确，会影响柴油机的压缩比，无论顶间隙大还是小，都可能导致柴油机产生拉缸或活塞烧顶故障。如果压缩比偏小，会使压缩压力和温度降低，燃油燃烧速度减慢，后燃增多，柴油机可能过热。如果压缩比偏大，会使压缩压力和温度增大，柴油机操负荷运行，同样造成柴油机过热。 排除方法：

柴油机装配时，严格按要求调整活塞顶间隙并严格按照缸盖螺栓拧紧要求紧固。

（１１）供油提前角不对

喷油提前角不对，无论推迟或提前，都将导致燃油燃烧不完全，柴油机工作不仅粗暴，而且极易造成柴油机过热，产生拉缸或活塞烧

顶故障。

排除方法：严格按要求调整喷油提前角。 （１２）机油冷却喷嘴损坏

有些大功率发动机机体上设有机油冷却喷嘴，通过向活塞内腔喷射机油以帮助冷却散热。如果机油冷却喷嘴堵塞，活塞就会积热升温，也易导致活塞烧顶。机油冷却喷嘴故障导致拉缸或活塞烧顶具有规律性。即如果某缸总是拉缸或烧顶，在排除了其它原因之后，则该缸机油冷却喷嘴一定有问题（堵塞或损坏）。 排除方法：

更换机油冷却喷嘴或使用专用工具校对喷孔位置。 （１３）其它调整原因

进气温度太高－进气温度太高，导致进入气缸的空气温度增加，柴油机将出现过热现象，长时间工作后将可能导致拉缸或活塞烧顶故障。

活塞顶部积炭严重。活塞顶部的积炭使活塞顶局部过热并产生高温，当局部高温超过材料的熔点时，就会将活塞顶部烧熔形成熔洞。 活塞环胶结或断裂。活塞环胶结或断裂会导致活塞环不能与缸壁紧密贴合，活塞顶的热量不能及时传走，同时还会引导高温气体下窜，结果使活塞顶及活塞环槽部位因过热而烧蚀。

发动机产生爆震。发动机工作中，活塞顶部要承受燃烧爆发力的周期性机械冲击，其瞬时冲击力可达7MPa，直接作用于活塞顶上的冲击力可达100kN以上。 如果发动机产生爆震，其冲击力将会成

倍上升。 活塞顶在热应力和周期性燃烧爆发力的作用下，产生热疲劳和机械疲劳，最终导致烧熔和开裂。而发动机产生爆震的原因主要是供油时间或点火时间过早、汽缸内积炭过多、压缩比过高、活塞顶上形成炽热点引起早燃、所用汽油辛烷值过低等。

根据上述这些导致活塞烧顶的原因分析可以知道，预防柴油机拉缸或活塞烧顶的关键是加强对发动机的维护保养，使发动机始终保持良好的技术状态，避免发动机产生过热、积炭、爆燃爆震现象；正确装配和使用，避免发动机长期超负荷工作。

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