典型案例 WD615(E2-3A)四配套失效分析

2008年12月12日，我单位受理济南一客户销售WD615.E2-3A四配套早期损坏的事故。发动机在更换四配套不久出现烧机油现象。我们根据客户提供的活塞环、活塞、气缸套，组织有关技术人员进行事故原因分析： 
    一、事故现象：
    1、损坏的气缸套：

    因装配时间不长而且气缸套外表面没有高温迹象，气缸套内表面在活塞上止点位置，第一道气环和第二道气环与气缸套内壁接触处存在较大磨损，两道气环之间存在过火区域。个别气缸套内壁出现行程方向的拉伤。
    2、活塞：


    活塞顶部有较多混合气和机油混合燃烧后的产物，燃烧室内没有较为严重的因喷油正时错误导致的外燃现象；在活塞侧压力较大的一侧，气环槽内存在较多的硬质混合型结胶物
    3、活塞环：

    第二道气环在没有用工具只用细铁丝操作的情况下，轻易从活塞上取下。

    第一道气环基本都出现镀层脱落现象，个别的缸付镀层脱落严重。
    二、事故分析：
    发动机是一有机整体，其零部件间相互关联、紧密配合，共同完成整机能量转换。由于发动机零部件问关联是如此之密切，其发生故障的原因十分复杂，有时甚至隐藏很深，如果不进行深入调查研究，往往会将故障的原因张冠李戴，或以果当因，而问题得不到最终解决。
    下面我们对这起事故进行较为详细的分析：
    1、活塞：
    此发动机大部分活塞顶部存在因机油参与燃烧后行程的混合型结胶物，个别活塞顶部存在少量的因进气不干净形成的尘土烧结物。
 

    此发动机6只活塞内腔没有高温迹象。
    2、气缸套：


    3、活塞环：



三、原因分析： 
    1、结构分析：

    目前WD615系列发动机曲轴旋向为顺时针旋向，从左图可以看出，不管是活塞在做功行程里，还是在压缩行程里面向上做压缩空气过程，在活塞顶部都存在一个正压力，同时曲柄连杆机构对活塞产生一个较大的侧压力欲使活塞偏摆时，装在活塞上的活塞环因其自身的弹力作用及正压力作用对活塞施加一个反作用摩擦力，从而对活塞起到支撑作用。
    发动机的活塞环同时最重要的作用是密封及导热作用。其第一道气环基本可以密封80-90％的气体及50-70％的热量，第二道气环可以密封10-20％的气体及20-30％的热量，但是这些作用的前提是活塞环必须要达到技术要求状态下的弹力及刚性等要求。
    2、实际工作状态：

    上图的燃烧形态图结合（事故分析1中）的活塞分析图，我们可以得知，在发动机正常工作状态下；因喷油器喷油布置位置及进气道螺旋进气布置的原因，实际上针对WD615发动机来讲，在活塞侧压力大的一侧，混合气燃烧是相对不够充分的。这种现象尤其在长时间怠速及冷车重负荷的情况下尤为突出。所以WD615发动机在对发动机的供油时间及活塞环的技术要求是非常严格的，如果供油时间不当或活塞环弹力不足，那将直接导致未完全燃烧的混合气泄漏过多，易在缸壁上存在未完全燃烧的柴油，同时如果活塞环弹力不足还将直接导致较高的机油消耗量（泵油效应）。
    当第一道气环及第二道气环之间存在较多油气混合物时，在温度达到一定程度后，出现爆燃现象（也就导致（图分析2-1）中缸套内壁存在过火区域）。同时还引起第一道气环和第二道气环在润滑油膜被稀释的情况下，瞬时过大的爆燃爆发压力及背压导致活塞环与缸壁出现冲击性滑移磨损（事故分析2）。当情况严重时有可能存在瞬时粘接区，气环的镀铬层如果因为与气环本体结合不紧密或因热膨胀系数不同都会引起活塞环镀铬层脱落（图分析3-3）
    此发动机活塞基本在侧压力大的一侧活塞环槽内都存在较多的结胶物，并且在拆检的时候发现部分第二道气环已经卡死在环槽内，但是气环的径向厚度（宽度）没有太大变化，而气环的径高（厚度）却因磨损而降低（图分析3-2）。
    在正常工作状态下，活塞环在环槽内的工作状态是：
    1）、跟随活塞的往复运动。
    2）、由于缸壁的锥度和不圆度，以及燃气作用于环内面的背压等，活塞环作一张一缩的交变运动。
    3）、环在环槽内旋转运动。
    4）、由于环槽间隙，在气体压力惯性力和摩擦力的作用下，活塞环有轴向振动。
    5）、由于活塞侧压力和气缸的变形等，环还有径向振动。
    6）、由于活塞的摆动等，环还有扭曲振动。
    7）、在机油浮力下，环还可能在环槽内发生所谓“颤振”。
    如果因活塞环弹力不足，导致泵油效应加剧，在活塞侧压力大的一面，泵上来的机油参与混合气的燃烧就会形成让活塞环自洁作用降低的硬质结胶物，这也就是为什么第二道气环在气缸内的旋转运动被阻断（图分析3-1），部分第二道气环卡死在环槽内的主要原因。
    经查证，此发动机更换的活塞环为福建南坪活塞环厂出品的欧Ⅱ活塞环，这种活塞环并不属于潍柴、重汽、杭发的装机产品。

    综上所述，此事故属于选装弹性及技术处理不符合装机标准的活塞环导致