汽车柴油机气缸盖故障分析
学 生 姓 名：周宪录
专 业 班 级：汽车检测与维修2010级一班
指 导 教 师：、王可洲
完 成 日 期：2013年4月28日
目录
摘要 ...............................................................1
1.绪论.................................................................................................................................................1 1.1课题背景..............................................................................................................................1 2.气缸盖的工作环境及结构特征 ....................................................................................................2 2.1气缸盖的工作环境 ...............................................2 2.2气缸盖的结构特征 ...............................................2 3.气缸盖裂纹与腐蚀的原因分析 ...........................................4
3.1气缸盖裂纹及原因分析 ............................................4 3.2气缸盖腐蚀及原因分析 ............................................4 4.柴油机气缸盖裂纹与腐蚀的处理方法 ......................................5
4.1气缸盖裂纹的处理方法 ............................................5 4.2气缸盖腐蚀的处理方法 ............................................5 5.柴油机气缸盖的结构改进的若干意见 ......................................6 6.实例分析与总结 ......................................................7 7.结论.................................................................................................................................................9 8.参考文献.........................................................................................................................................10
摘要
近些年来，汽车柴油机上的气缸盖故障越来越令人关注。在气缸盖故障中，又以裂纹和腐蚀最容易发生也最为常见。作为气缸盖故障之一的裂纹直接影响着主机的整体性能。因此，对出现裂纹的原因进行分析了解，以便能在故障发生时迅速做出正确处理，避免不必要的损失。根据汽车柴油机的工作原理，有必要提出了一套专门用于分析裂纹原因的方法，以减少盲目查找所带来的不必要的工作，从而迅速解决故障。气缸盖是发动机系统中工作条件最恶劣的零部件之一，为了准确判断气缸盖的故障，需要获得气缸盖的强度、刚度、耐磨性和抗腐蚀性，以及是否有良好的润滑与冷却。
关键词：气缸盖故障；裂纹；腐蚀
1.绪论
1.1课题背景
气缸是柴油机的主要固定部件之一，是燃烧室部件中的主体。柴油机的工作循环是在气缸的工作空间里进行的，活塞在气缸内部往复运动。气缸盖是发动机系统中工作条件最恶劣的零部件之一，为了准确判断气缸盖的故障，需要获得气缸盖的强度、刚度、耐磨性和抗腐蚀性，以及是否有良好的润滑与冷却。
现代汽车柴油机一般采用整体式气缸盖，随着技术的不断改进，柴油机的强化指标不断提高，柴油机气缸盖的问题日益显露出来。
近些年来，汽车柴油机上的气缸盖故障越来越令人关注。在气缸盖故障中，又以裂纹和腐蚀最容易发生也最为常见。作为气缸盖故障之一的裂纹直接影响着主机的整体性能。因此，对出现裂纹的原因进行分析了解，以便能在故障发生时迅速做出正确处理，避免不必要的损失。根据汽车柴油机的工作原理，有必要提出了一套专门用于分析裂纹原因的方法，以减少盲目查找所带来的不必要的工作，从而迅速解决故障。
2.气缸盖的工作环境及结构特征
2.1气缸盖的工作环境
工作中，气缸盖的底面就是燃烧室的顶壁，承受高温高压燃气所施加的机械负荷和热负荷。同时受到紧固联接螺栓的安装预紧力以及冷却水和高温燃气的腐蚀作用。
气缸盖触火底面的工作温度随着柴油机的负荷增大和冷却条件变差而会升高。工作温度在喷油器孔与气阀座孔之间的鼻梁区最高。缸盖底的触火面与触水面之间以及缸盖中央与四周之间都存在着很大温差。据测量某柴油机在运行时排气阀座孔处温度达430℃，最大温差超过200℃。又由于各部分厚度不均、形状复杂以及螺栓紧固的束缚，使热胀冷缩受牵制严重而造成很大的热应力。热应力往往是缸盖裂纹的主要原因。
燃气向上对缸盖的总作用力的中心在气缸盖中央。缸盖螺栓从四周压紧缸盖，故使缸盖中央上拱弯曲。对缸盖底面板壁来讲，上拱变形使触火面受压、而触水面受拉。其作用效应与热应力一样。
缸盖螺栓施于气缸盖的预紧力约为缸盖底面气体最高爆发力的数倍，以确保紧固密封可靠。在预紧力及支承力作用下缸盖也有中央上拱弯曲的趋势，也使缸盖底壁触火侧受压应力，而冷却水侧受拉应力。
由上分析可见，气缸盖的工作条件是十分恶劣的。
2.2气缸盖的结构特征
大型低速柴油机气缸盖的构造：
（1）冷却水孔离燃烧室却很近，构成“薄壁强背”，可降低热负荷和机械负荷。 （2）气缸盖底面为倒锥形，利于换气和燃烧。
（3）两只喷油器对称布置，有利于油雾形状和燃烧室形状的配合，确保油、气良好混合。
（4）缸盖底最下部的内圆柱形壁面，使缸盖和缸套的接合面下移，以便接合处不受火焰的直接冲击，对接合面起到保护作用。
（5）冷却水由接合面的外部进入气缸盖，消除了冷却水通过接合面漏入气缸内部的可能。
（6）缸盖螺栓在圆周上均匀分布，保证缸盖、缸套受力均布。
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3.气缸盖裂纹与腐蚀的原因分析
3.1气缸盖裂纹及原因分析
缸盖产生裂纹的根本原因是热应力和机械应力周期作用引起的热疲劳； ①操作不当：起动、加速太快或超负荷运行；冷却、润滑液不足或中断；突加冷却水等。
②维护保养不当：未按规定上紧螺栓或各螺栓受力不均。
3.2气缸盖腐蚀及原因分析
气缸盖底面会受到高温腐蚀的作用，尤其是阀座附近较为严重。气缸盖的冷却水侧会受到冷却水的电化学腐蚀，腐蚀严重时缸盖会漏穿。
4.柴油机气缸盖裂纹与腐蚀的处理方法
4.1气缸盖裂纹的处理方法
① 检验气缸体、气缸盖是否有裂纹，或某个水堵盖的漏水部位，可用290~390kPa的水压，对冷却系进行加压试验，查出裂纹的部位。针对不同部位采取不同的修复方法。
② 裂纹处于温度较高、受力较大部位，如燃烧室及气门座附近时，可采用焊补修复。
③ 当裂纹处于温度不高、受力不大部位时，均可采用环氧树脂胶粘结修复。
④ 对于受力不大的部位，如果有很多细小裂纹集中在一起，或出现了小漏洞，可采用补板法修复。
⑤ 发现有一只水堵盖锈蚀漏水，最好将所有的水堵盖都更换。更换时应注意检查冲压的水堵盖折角处有无裂痕，若有裂痕不应装用。
进行以上任何一种修复后，应再次进行检验，确认不渗漏方可装机。倘若不具备修理条件和技术水平，应更换新件。
4.2气缸盖腐蚀的处理方法
①装配时应检查各冷却水孔是否畅通。定期用碱性溶液清洗冷却系，及时清除水垢油污。
②发动机正在工作而水箱偶尔缺水 ③水箱内应加软水，并尽可能少换水。 ④柴油机应避免长期在超负荷下工作。
⑤气缸盖螺栓要均匀上紧，并正确调整供油时间。
5.柴油机气缸盖的结构改进的若干意见
有关汽车柴油机气缸盖的结构改进众说纷纭，但改进的方向主要有几种： 1.应具有足够的强度和刚度，保证承受机械应力和热应力时能可靠工作，并保证良好的密封。
2.保证高温部分能得到较强的冷却，使气缸盖的温度分布均匀，尽可能减少热应力，避免出现热疲劳裂纹。
3.气道型式与布置，力求空气流动损失小，并根据需要设计适当的进气涡流。 4.清砂孔及工艺孔要合理布置，使整个气缸盖有良好的加工工艺性。
5.结构简单、对称，在拐弯处圆角过渡要平滑，而且要便于生产；对装在气缸盖上的机件要便于拆装和维修。
6.消除气缸盖的应力集中。
6.实例分析与总结
通常，气缸盖裂纹都有一个产生和发展的过程，因此，平时认真检查、仔细观察、及早发现，就能避免机损事故的发生。气缸盖裂纹检查主要有3种方法：直接观察法、着色探伤法、液压实验法。
1.直接观察法
可根据冷却水压力表指针的摆动和膨胀水箱中水位的上下波动及有无气泄、油渍等来判断气缸盖是否有裂纹，还可通过示功阀检查排气是否冒白烟或有然烧不良现象来判断裂纹发生在哪一缸。经常检查曲轴箱中滑油油位的变化，若油位升高，油中水分明显增加，则应怀疑内有裂纹。
2.着色探伤法
着色探伤法渗透液是含有红色颜料、溶剂和渗透剂等成分。具有渗透力强，渗透速度快，显像时清晰醒目，洗涤性好，化学稳定性好及无腐蚀，低毒等特点。显像剂为氧化锌、氧化镁或二氧化钛等白色粉末和有机溶剂组成。显像剂具有悬浮力好，与渗透液有明显的对比，显示缺陷清晰，易于辨别，无腐蚀性等特点。
3.液压实验法
对于内部微小的裂纹，如冷却水腔的微小裂纹，用着色法很难检查，通常做液压实现才能检验出来。
液压试验法实质上是在模拟使用条件下对轴承零件材料内部有无缺陷进行检验的一种无损检验发放。他不需要任何先进的仪器，只用一半的专用夹具和具有压力的气体或液体。
液压试验前，将待检验的零件上的孔、洞等全部堵塞，用专用夹具密封零件形成包括检验部位的密封空腔，注满液体或气体后完全封闭，按要求加压至规定的试验压力，保持一定时间后观察零件外表上有无液体渗出或气体溢出，从而判断零件有无裂纹。
实验用液体可用水和油，也可用空气，以有关要求而定。试验压力以零件工作条件而定。柴油机气缸盖冷却水腔试验压力为0.7MPa，保持5分钟。另外，运转中根据下列现象判断燃烧空气零件有无穿透性裂纹：
柴油机运转中，检测员可根据气缸盖或活塞冷却水表压力指针波动或膨胀水箱水位上下波动判断零件有穿透性裂纹。因为当气缸盖或汽缸套有穿透性裂纹时，燃烧室
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结论
气缸盖对于汽车柴油机是一个十分重要的部件，由于气缸盖的工作条件十分恶劣，在正常条件下气缸盖出现裂纹是不可避免的。气缸盖产生裂纹也是多方面的，只有认真对故障进行统计分析，在实际工作中遇到问题应从多方面因素进行综合考虑与判断。此文在分析探讨裂纹的原因的基础上，提出了在使用和保养中减少汽车柴油机气缸盖产生裂纹故障的处理及预防措施，有利于减少气缸盖的故障，保持柴油机良好的性能，对于提高汽车柴油机的整机寿命和机械设备的使用有十分重要的意义。而车辆在行驶期间，柴油机气缸盖产生裂纹主要是驾驶员管理不善所导致。因此，在减少气缸盖故障的工作中，提高驾驶人员的操作水平，科学的驾驶与维护是也是关键，严格按照柴油机的保养程序和使用注意事项执行，定期检查，及时维护，保障车辆的正常使用。
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