沃尔沃客车发动机“捣缸”故障浅析 [转帖]

小工123

我公司是经营高速客运的企业，主要车型是西沃产VOLVOB10M客车，通过长期使用，认为此型客车综合性能较优秀，能够满足运营要求。然而在使用中也发生过几例发动机捣缸故障，给公司造成了经济损失。因此对故障的分析总结，尤为重要，在此从以下几方面对故障进行分析，以求与同行共讨。

    一、发动机技术特点
    1．技术参数
    型号 THD102KB    六缸  四冲程  直喷  顶置气门  废气涡轮增压  中冷  柴油机
    缸径  120.65 mm
    排气量   9.6L
    最大功率  210KW/2200r/min
    最大转矩  1040N·m/1400r/min

    2．沃尔沃客车的发动机为中置、卧式，这种布置方式在国内现有客车中是独有的。中置卧式发动机的优点是：降低发动机的高度，利于车厢的隔音和隔热，提高乘座的舒适性。由于前、后轴的载荷趋于平均，使车辆具有较好的制动性和操作的稳定性。但良好的隔音效果也使驾驶员在行驶过程中不易听清发动机的声音，较难了解发动机的工作情况。

    3．沃尔沃客车发动机冷却系统设置了独立式液压冷却风扇，可以根据水温自动调节风扇转速。这种冷却风扇与液压元件、控制系统的共同工作，保证了发动机的冷却效果。

    二、故障现象
    1．机件损坏情况
    （1）活塞从活塞销孔以下部分破损。销孔以上至活塞顶部残存，这部分形状基本保持圆形，断口处被活塞撞击变形。活塞圆周可见严重的纵向拉伤，并有烧融和粘结痕迹。残存活塞滞死于上止点位置，活塞环被积碳卡死在环槽内。
    （2）气缸套与活塞配合部分基本完好，其余部分破损，气缸套内有压严重的纵向拉伤，并有因过热引起的色变。
    （3）气缸体的外壁被打破，气缸套下水封槽凸缘被连杆小头及活塞销撞击破坏。
    （4）连杆变形。
    （5）曲轴无损坏。
    （6）其余气缸和部分均正常，相邻的气缸套内壁有色变。

    三．车辆工作条件
    （1）行驶道路大部为高速公路，少数为山路。
    （2）故障均发生在高速行驶的平直路段，及发动机重负的爬坡路段。
    （3）故障车辆的行驶里程不一，无规律。

    四、使用维护情况
    （1）使用的机油为Mobil1300，规格为APICG－4，SAE15W－40，更换周期约为2500Km。
    （2）防冻液为Mobil（夏季未使用防冻液，均以自来水替代）。
    （3）故障发生前工作正常，无明显征兆。

    五、故障原因分析
    根据发动机损坏程度及驾驶者反馈信息的综合分析，试对故障过程做出模拟：
    1．发动机运行中温度过高，超过工作允许温度；
    2．未能及时排除故障，使发动机长期处于高温条件下工作，导致某一缸发生拉缸；
    3．发生拉缸后，活塞与气缸的摩擦力增大，加剧温度升高，致使活塞机械性能下降，润滑条件恶化；
    4．由于发动机的运动惯性克服拉缸的摩擦力，迫使故障活塞继续运行，故障加剧，活塞开始从薄弱处破损，至连杆小头由活塞销孔处拉断；
    5．连杆与活塞销在气缸内自由运动，当残存活塞撞击到上止点位置时，气缸套破碎；
    6．故障初期驾驶者不易察觉发动机异响，连杆小头继续撞击气缸，当驾驶者发现撞击气缸的振动和发动机异常时，捣缸故障已形成。
    综上所述，产生故障主要原因是发动机温度过高，导致活塞损坏。发动机高转速，重负荷运行、驾驶者操作不当、维修不及时都会引起发动机温度过高。

    六、事故分析
    １．发动机温度影响活塞损坏的机理
    活塞是发动机中一个处于十分严酷的工作条件下的重要零件，它受瞬时温度1600℃~1800℃的燃气周期性加热。高温燃气通过对流和幅射的方式，将燃料总发热量的2%~4％传给活塞。特别是柴油机，由于其燃烧过程的持续高温、高压、强紊流和强幅射的特点，使活塞的热负荷远高于汽油机。
    首先了解活塞的最高温度，一般在活塞顶部。沃尔沃发动机活塞顶为ω型，最高温度为300℃~350℃沿凹坑边缘分布。活塞直径增大，其最高温度趋向最大值，直径大的活塞壁较厚，内外壁的温差较大，因而产生的热应力较高。
    其次是第一道活塞环槽的温度（不超过200℃），这是很重要的温度指标，它将直接影响活塞环工作的可靠性。
    活塞强度在高温下将明显降低，如铝合金受热在200℃以上时，强度开始迅速下降；温度超过300℃时，强度下降50％；达到380℃~400℃时，不能保证活塞可靠性。
    在高温作用下，材料的抗弹性变形和抗塑性变形能力也随之下降。局部高温时，活塞会产生塑性变形、膨裂甚至烧损，因与相邻部位的温差大，产生的热应力破坏活塞的润滑条件，并引起活塞疲劳破坏。
    温度过高将严重破坏活塞的润滑条件。第一道活塞环槽保持在200℃以内时，发动机长时间运行润滑油不会碳化，当温度超过200℃时，每升高10℃碳化强度增大一倍，超过240℃~250℃时，短时间运行也会产生严重碳化，导致活塞在环槽内结胶卡死，失去弹性和密封作用。
    在活塞环失效，润滑条件被破坏后，活塞高速运动产生的摩擦力，使活塞温度增高，磨损增大直至拉伤。
    综上所述，高温对活塞损坏的影响因素主要有：
    （1）活塞材料的强度．抗弹性变形．抗塑性变形等机械性能下降；
    （2）热应力引起活塞材料疲劳；
    （3）高温引起活塞塑性变形；
    （4）破坏了活塞的润滑条件。
   
    2、发动机温度过高的原因
    沃尔沃客车发动机是强制循环式水冷却方式，并采用独立的液压驱动冷却风扇，使其具有良好的冷却效果。
    由于沃尔沃发动机冷却系的特殊构造，因而温度过高的原因也具有特殊性，根据我们的使用维修经验，水温过高的故障极少因冷却系元件损坏引发，主要是使用和维修不慎导致水温过高。
    水温过高的原因主要有：
    （1）冷却液使用不当，致水箱内水垢沉积过多，造成堵塞，影响冷却效果；
    （2）冷却风扇液压泵皮带打滑或断裂，使液压泵工作不良；
    （3）空气压缩机、涡轮增压器水道泄漏，致冷却系缺少冷却液；
    （4）发动机长时间高轴转速超负荷工作；
    （5）发动机技术性能下降，功率不足，未及时维修。

    七、发动机工况的影响
    发生捣缸故障的事故多在平直路段或爬坡路段，此时发动机正处于高转速大负荷的工作状态。
    根据掌握的车辆信息，多数故障车在平直路段时速≥120 km/h，发动机转速为2200 r/min以上。车辆爬坡时，为保持行驶速度，发动机转速超过1400 r/min。两种路况时，发动机都处于最大功率和最大转矩的工况。
    发动机理论认为，发动机的高转速和超负荷工况是影响发动机温度的重要因素。
    转速对于发动机温度的影响，主要是通过燃料量和表面传热量作用的。一般说来，转速加快，燃料量会增加，放热量也随之增大，发动机温度上升。
    发动机超负荷时，为保持功率输出，发动机每循环供油量会增加，气缸内平均有效压力随着增大，在供油提前角一定时，供油量增大，燃烧室中总的燃烧量增加，燃烧期延长，发动机温度增高。
    发动机高转速大负荷的工况，使发动机温度增高，甚至超过允许温度范围，造成发动机温度过高的故障，使受热机件工作条件恶化。长期的恶劣工作条件，首先造成活塞损坏，继而损坏其他机件。

    八、汽车动力性对捣缸故障的影响
     在汽车使用中，沃尔沃发动机的捣缸故障比较多于其他车型，与发动机的功力性能关系极大。
    汽车的动力性评价指标有最大功率和最大转矩外，还可以用汽车的比功率（发动机最大功率对整车总质量比）和比转矩（发动机最大转矩对整车总质量比）进行评价。这两项指标可以对各种车型的速度性能加速性能．牵引性能和爬坡性能进行量化对比评价，是汽车动力性能综合评价指标。

    汽车设计时，大型客车的动力性参数推荐值为：
    比功率    7.3~15.0 KW/t
    比转矩    20~41 N·m/t
   
    由参数可知，国产客车由于发动机技术性能的制约，使其动力性参数值较小。沃尔沃客车的动力性参数值趋向较大值，尤其是比转矩超过推荐值41％，使其具有优越的动力性能。
    由于国产客车比功率值较小，车辆动力性能较差，如发动机产生拉缸故障时，极易“抱缸”，使发动机熄火，从而避免捣缸事故。
    沃尔沃客车发动机良好的动力性能，保证了车辆的动力性，也有产生捣缸事故的隐患。

    九、使用、维修对捣缸故障的影响
    沃尔沃发动机的捣缸事故，除上述技术因素外，笔者认为，使用及维修的人为因素是引起发动机温度过高的重要因素。
    （1）由于沃尔沃客车的动力性能和行驶路况良好，部分驾驶者长期高速（超速）行驶。本公司规定最高时速为100 km/h，有驾驶者常以120 km/h行驶，这给发动机损坏带来隐患。
    （2）部分驾驶者发现温度过高并不及时报修，长期带病运行，容易造成捣缸。
   
    故障例一   笔者公司某车，长期存在大负荷工作时，温度高的故障，100 km/h时速时水温接近100℃，爬坡时为100℃，主班驾驶者未维护，一直采用控制车速的办法来控制水温。代班司机因不了解此车车况，高速行驶途中造成捣缸事故。

    故障例二   代班司机责任心不强，发现异常情况不报修，不处理，心存侥幸，强行运行。2002年5月，代班驾驶者晚班运营返回武汉，行至武汉80 km时，发现水温超过100℃。驾驶者检查后未找出原因，后又行驶30 km时，发生捣缸故障。修理时发现故障原因为冷却液压泵皮带断裂所致。

    （3）对车辆技术性能不熟悉，没有掌握故障特性。
    故障例三   驾驶者反映其车在行驶中水温高，有时开锅。由于当时未能查出水温过高的原因，采取了边探讨边摸索的方法进行修理，延误了修理时机，造成故障。

    十、预防措施
    笔者公司通过对故障原因的分析，提出系列预防措施，并取得一定的成效。
    1．加强技术管理，认真总结经验。发生故障后，及时组织人员进行分析，提出解决方案，从管理方面保障车况良好。
    2．密切注意车辆行驶和维修信息（重点防范发动机温度高的故障），发现故障及时处理，不使故障恶化。
    3．强化驾驶者责任心，每个驾驶者都应熟悉所保管车辆的性能，严格执行报修规定，严禁故障车运行。
    4．安装行驶记录仪器，杜绝超速行驶。制定相关处罚规定，制约驾驶者不负责任的行为。

兄弟连

好专业阿，看不太懂。

kblu

就是发动机缸套破损！

sime.l

以前在广深高速经常见到B10抛锚。我估计是散热问题，但不晓得会这么严重！中置发动机的技术要求太高。目前我认为国产玉柴6112动力可以。可能你们会认为这和VOLVO完全是两码事，可真的不错，我自己就用玉柴6112，300马力我的是厦门金旅客车。春运时有时连续一周都没熄过火，跑深圳上海宁波，超长距离的高速一跑就是几千公里，也没出过问题。只是有时长时运转机油压力有些底！这似乎是国产机的顽症！我以前开的日野在持续高速运转它的水温和油压没任何不正常。

安徽凯斯鲍尔

虽然我看不懂，但像这样专业的贴子应该多发几个！

ERIK

Originally posted by sime.l at 2005-11-8 22:39:
以前在广深高速经常见到B10抛锚。我估计是散热问题，但不晓得会这么严重！中置发动机的技术要求太高。目前我认为国产玉柴6112动力可以。可能你们会认为这和VOLVO完全是两码事，可真的不错，我自己就用玉柴6112，3 ...

国产柴油发动机的问题在与质量不稳定,玉柴如果真的象你说的这样一个礼拜不熄火都没有问题估计接队是你烧到了高香!同样型号的车型你可以问问别人有没有这样的情况吧.

我爱VOLVO

同意楼上的观点
玉柴和沃尔沃的发动机不是一个档次的
怎么能比较
国产柴油发动机最大特点就是不稳定

我喜欢MAN

这种故障是不是也和使用的机油品质有关系,机油在恶劣的发动机工况下不能保证应有的性能,导致冷却,润滑性能下降,造成这种故障的发生.

ERIK

也可能由于超速和换档不及时造成机器转速过快,柴油机长时间转速过快也会爆缸的