柴油机活塞烧蚀失效分析.pdf

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1、贺园玲：柴油机活塞烧蚀失效分析41柴油机活塞烧蚀失效分析AnalysisandImprovementoftheMeltedPistonsofDieselEngine贺园玲(潍柴动力扬州柴油机有限责任公司)[摘要]我公司某款新开发的柴油机，在台架耐久试验过程中，出现功率突降，曲轴箱窜气量突增的异常现象，拆机检查后发现活塞顶部出现了烧蚀开裂现象。本文采用故障树，同时借助理化和试验两种手段对失效件进行分析，最终找出失效产生原因并提出相应改进措施。[关键词]活塞烧蚀分析试验Abstract：Thenewd

2、ieselenginedevelopedbyourcompanyappearspowerfellingsharplyandcrankcaseblow—bygasincreasingsuddenlyduringthebenchdurabilitytest，andWefoundtheablationcrackingphenomenonatthetopofpistonaftertheteardowninspection．ThispaperUSeSthefaulttreewiththephysicoche

3、micalandtestmeanssimultaneouslytoanalyzethefailureparts，andfinallyfindsoutthecauseofthefailurethenputsforwardtheappropriatemeasurementstoimprove．Keywords：PistonMeltedonthetopAnalysisExperiment0引言柴油机作为一种动力强劲、燃油经济性优良的动力装置，被广泛应用在汽车、工程机械等领域。作为其心脏部件的活塞，由于它

4、在气缸内以高速做往复运动，且又承受高温、高机械负荷的条件下进行工作，其环境相对比较复杂，一旦失效，可能会引起气缸套和活塞环的开裂破碎，从而造成柴油机在工作过程中出现重大故障。活塞烧蚀是柴油机活塞损坏较多的形式之一，其大多发生在活塞顶部和一、二环槽处，一般表现为活塞顶部的熔化和穿孔。活塞的烧蚀将导致柴油机工作异常，使大量高温燃气进入机体的曲轴箱，加速润滑油的裂化变质，降低柴油机的动力性和经济性。1故障现象我公司某型号的4缸柴油机在热冲击试验运行至120小时左右时出现功率突降，曲轴箱窜气量突增的异常现

5、象。拆机检查发现活塞头部延伸到销座处出现开裂穿孔，裙部也出现了拉缸痕迹(见图1)。图1活塞失效照片}设计不当：燃烧室设计不合理，J过渡圆角过小：销座比压设计过卢刻善兰@G每惘车薹k呵／／H_—塑L一豳业塑

6、_、、＼jh_1—丽磊菊■瓦禾i]图2故障树2失效原因分析2．1综述42内燃机与配件2014年第11期引起活塞烧蚀有多方面的原因，既有活塞本身的设计和质量问题，也有发动机自身的机械负荷过高和冷却方面的问题。为保证新品开发的顺利进行，有必要找出活塞烧蚀失效的原因，从而采取相应的预防措施。失效件原因

7、分析按图2所列故障树进行。2．2活塞烧蚀原因分析线交点为疲劳源，位于燃烧室圆弧底此处已烧蚀放大图I(旋转180度)裂纹面靠燃烧室穿孔部位图4活塞断面放大图I销孔内侧未见疲劳源放大崮II(旋转180度)裂纹面靠销7L内侧部位图5活塞断面放大图Ⅱ按照图2所列对相关零部件：活塞冷却喷嘴、活塞环、喷油器和喷油泵进行测量或试验分析，其结果如下：a)活塞冷却喷嘴经流量、扩散率等相关性能试验和零部件的质量检测，证实其空间尺寸、流量、开启和关闭压力点满足设计要求；b)活塞环外圆面磨损未见异常，其磨损值在允许的公差

8、范围内；c)喷油器雾化良好，未见滴油现象。经试验测试，气缸内最大爆压为124bar，小于140bar的设计值。从以上的分析结果来看，相关零部件活塞冷却喷嘴、活塞环和喷油器未见异常，非失效源头，因而分析的重点应从活塞自身出发，对材料、强度及所承受热负荷方面着手分析。2．2．1活塞理化检验与断口分析a)理化检验我公司质量部从仓库随机抽取与失效件同一批次的活塞进行金相、化学成分等方面的理化检验分析。从检验结果来看，活塞材料的化学成分和金相满足产品设计要求。b)断口分析从断面看，疲劳源在燃烧室底部击穿部位

9、。由于疲劳源在燃烧室，已被破坏，无需作进一步的扫描电镜分析。2．2．2活塞温度场测量在工作过程中，活塞由于承受燃烧产生的高温、高压气体使顶部乃至整个活塞温度很高，且温度分布很不均匀，因而易导致活塞产生热应力和热变形。而随着内燃机在强化程度和热负荷水平上的大幅度提高，使活塞的热负荷问题更加突出。为进一步评估项目机型活塞选用材料是否合理，有必要对典型工况下的活塞温度场进行试验测量。试验时活塞测温点布置如图6所示，所有测量点处装配硬度一致的温度塞。圈6活星温厦场测量点进行活塞表面温度场试