气缸盖裂纹的检修措施

柴油机气缸盖裂纹的产生及修复方法　

代　洪　

常州信息职业技术学院　

【摘　要】从柴油机气缸盖的结构、材料、工作状况、冷却能力、装配质量方面，分析了气缸盖产　生裂纹的部位和原因，论述了气缸盖裂纹的检查方法，并说明了修复气缸盖裂纹的方法。　【关键词】柴油机气缸盖裂纹原因　预防修复　

１　柴油机气缸盖裂纹产生的原因　

１．１热负荷和机械负荷的原因　

农用柴油机气缸盖的材料多为铸铁，气缸　

盖上装有进、排气门和喷油器等零件，其构造较　

复杂。进、排气门过桥处由于工作条件十分恶　

劣。很容易产生裂纹。若产生的局部高温超过材　

料所允许的耐热范围，将产生热疲劳裂纹；当温　

度超过铸件的临界温度时，产生塑性变形，还会　

产生残余拉伸应力，而残余拉伸应力的存在是　

缸盖产生热疲劳裂纹的症结所在。由此，发动机　

在使用过程中缸盖易产生热疲劳，造成进、排气　

门之间，或喷油器座孔和进、排气门座孔之间气　

缸漏气、漏水，烧坏缸垫，降低发动机的经济性、　

动力性，甚至发生重大事故。　

柴油机的燃烧室主要分为两大类．一种是　

直接喷射式燃烧室，即统一式燃烧室；另一种是　

分隔式燃烧室。包括预燃室式燃烧室和涡流室　

式燃烧室。对于分隔式燃烧室。部分燃烧室布置　

在气缸盖内，增加了缸盖的热负荷，而且使缸盖　

结构复杂，水套布置困难、狭窄，冷却条件差，缸　

盖产生裂纹的几率较大。直接喷射式燃烧室，由　

于是敞口燃烧室，而且这种燃烧室喷油嘴布置　

在正中间，利于４个气门布置。使中间高温区可　以布置宽敞的水道，获得良好的冷却条件，此种　

类型发动机缸盖产生裂纹几率很小。　

１．２柴油机冷却能力问题　柴油机由于冷却系性能不良或长期高速超　

负荷工作，致使水温长期偏高，气缸盖得不到良　

好冷却，处于高热负荷下工作。柴油机长期使用　

不经软化处理的硬水、自来水，形成水垢堆积在　

气缸盖水腔内壁上，随着水垢层的加厚，影响气　

缸盖的热交换，使气缸盖导热性能下降，缸盖内　

热量不能及时散发。　

１．３材料、工艺上的原因　

农　机　使　用　与　维　修　ｚｏｏｏ￣３　

柴油机气　缸盖裂纹的预防及修复　

河南职业技术学院万涛邵立新　摘要从柴油机气缸盖的结构、材料及工作状况，分析气缸盖产生裂纹的部位和原因，探讨预防裂纹的措施，从实　践中得出几种快速修复气缸盖裂纹的方法。　关键词柴油机气缸盖裂纹原因预防修复　０前言　柴油机气缸盖的材料多为铸铁，气缸盖上装有　进、排气门，喷油嘴等各种零部件，构造复杂，直接接　受高温燃烧气体的压力作用，产生高机械应力及热　应力，特别是正对燃烧室的缸盖中心部位，热负荷非　常大。由于在中心部位布置冷却水套的困难性，往　往使水道狭窄、水流不畅。如设计不妥或铸件质量　不好，在此鼻梁三角带有飞边、粘砂等的堵塞，致使　此处冷却条件很差。因此，使燃烧产生的高热不能　很快散出，造成局部温度急剧上升，超过材料所允许　的耐热范围而产生热疲劳裂纹。气缸盖发生裂纹的　原因大多由于缸盖处于不正常的高温下工作产生热　应力所致。当温度超过铸件的临界温度时，材料的　抗蠕变强度下降，产生塑性变形，这是产生残余拉伸　应力的主要原因，而残余拉伸应力的存在是缸盖产　生热疲劳裂纹的症结所在。因此，发动机在使用过　程中，缸盖鼻梁部位的金属不断地拉缩，最终造成疲　劳损坏，即热疲劳，导致大部分缸盖裂纹都产生在鼻　梁部位，即进、排气门之间，或喷油嘴座孔和进、排气　门座孔之间，造成气缸漏气、漏水，烧坏缸垫，降低发　动机的经济性、动力性，甚至发生重大事故。　１影响裂纹的因素　燃烧室型式直接影响到气缸盖裂纹的产生。对　于分隔式燃烧室，部分燃烧室布置在气缸盖内，增加　了缸盖的热负荷。而且使缸盖结构复杂，水套布置　困难，水道狭窄，冷却条件差，缸盖产生裂纹的几率　较大。半分开式燃烧室由于燃烧过程需要强烈的涡　流，空气和燃烧产物的旋流使热量集中在中央，又加　上收口的燃烧室将大量的高温燃烧气体喷在缸盖中　央鼻梁部位，使鼻梁部位的热负荷特别高。如果水　套布置不当，或铸造质量较差，就极易产生裂纹。直　接喷射式燃烧室一般空气涡流要求不高，并且是敞　口燃烧室，这样燃气不会集中喷刷在缸盖中央，使鼻　梁部位得到缓解，而且这种燃烧室喷油嘴布置在正　中间，利于４个气门布置，使中间高温区可以布置宽　敞的水道，获得良好的冷却条件，此种发动机缸盖产　生裂纹几率很小，强化潜力相对较大。　另外，材料导热率直接影响气缸盖热面所能达　到的温度。导热率差、传热慢、热面温度高、温度梯　度大，热应力就大，裂纹的几率随之加大。所以从降　低缸盖温度考虑，最好用导热率高的材料，但往往与　材料的强度是矛盾的，必须综合考虑。　２预防裂纹产生的措施　２．１　气缸盖水套的结构设计　缸盖水套结构设计好坏直接影响到缸盖的散　热，对产生裂纹的几率有重要的影响。水套结构设　计应尽可能宽敞，作到水流畅通，切忌死角，以免造　成蒸气泡滞留而引起局部过热。减薄气门之间（鼻　梁区）的壁厚，则气门之问的温度每减少单位厚度，　降温量约为ｌＯ￣Ｃ／ｍｍ，但减薄必须在保证承受缸盖　螺纹预紧力、最大爆发力等机械负荷强度的前提下　进行。如考虑铸造壁厚的偏差，气门之间的壁厚：大　型发动机为１５～２０ｍｍ，中型发动机为１２～１７ｍｍ，通　过鼻梁三角带的水流应有较大的流速（约为２～３ｍ／　Ｓ）。三角带热量是泡核沸腾的方式传热，此处有较　大的水流速，可以把产生的泡核不断带走，

２０１３年第７期　农　机　使　用　与　维　修　４５　

小型柴油机气缸盖故障排除　

黑龙江省泰来县农业机械安全监理站　曹会涛　

气缸盖用来密封汽缸的上面部分，它与活塞顶及　

汽缸套内壁共同组成燃烧空间，气缸盖与汽缸套之间　

的密封性能直接影响内燃机工作的可靠性。气缸盖　

是柴油机的重要组成部分，结构形式比较复杂，工作　中受热和受力情况严重，各摩擦表面运动速度高，因　

此气缸盖的裂纹和变形等是其主要的损坏形式。　

一、气缸盖损坏的信号　

气缸盖常见损坏形式有两种，一是气缸盖裂纹，　

二是气缸盖底平面翘曲变形。气缸盖的变形和裂纹　

在使用中不易被发觉，往往以其他损坏形式表现出　来，或在柴油机大修中对其进行检查和维修时才能发　

现。如果柴油机工况基本正常的情况下，突然发生漏　

水、漏气或漏机油等故障。从气缸体和气缸盖中向外　

漏渗表现比较明显，比较容易观察和感知得到；但是　

向内部漏水、漏气和漏机油则表现比较复杂和隐蔽。　

如油底壳内液面增高，可能是冷却水漏人，排气冒蓝　

烟可能是机油进入燃烧室中，排白烟排气管滴水说明　

冷却液参加了燃烧，发现这些现象一定要注意查找原　

因，及时发现缸盖故障。　

二、气缸盖故障　

（１）气缸盖裂纹　

气缸盖发生裂纹极少数是由于工厂制造缺陷，由　

于壁厚不均和铸造残余应力过大所致，新柴油机使用　

不久就会发生。而多数是由于使用维修不当造成的，　

例如长时间高负荷运转，热负荷和热应力过大；柴油　

机在热态下突然加入冷水；在严寒季节使用冷却液不　

当或柴油机水套中加注的是冷水，由于结冰体积变大　

将气缸体或气缸盖胀裂；拆装和搬运过程中人为损　

坏；受到意外事故发生损伤和裂纹等。　

气缸盖裂纹可根据裂纹所发生的部位和裂纹受　

力情况进行修理，修理方法主要有焊补修复法、环氧　

树脂粘接修复法和水套堵漏修复法，非金属胶粘剂近　

来应用效果很好。　

环氧树脂粘接法适用于水套部分裂纹的修理，对　

于裂纹较集中的部位可采用补板加环氧树脂胶的粘　

接方法，但粘接后要做水压试验。　

船海工程２００２年第３期（总第１４６期）　

文章编号：１６７１．７９５３（２００２）０３．３３．０２　

船舶柴油机气缸盖产生裂纹的分析与预防　

王德生王宏生　

（黑龙江省黑河市船检处，黑河１６４３００）　

摘要：分析了船舶柴油机气缸盖裂纹产生的原因，并提出了预防裂纹产生的措施及方法。　

关键词：气缸盖；裂纹；柴油机　

中图分类号：Ｕ６６４．１２１　文献标识码：Ａ　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｒｅａｓｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｒａｃｋ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｙｈｎｄｅｒ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｈｅａｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｒｉｎｅ　ｄｉｅｓｅｌ　ｅｎｇｉｎｅｓ，ａｎｄ　

ｐｒｏｐｏｓｅｓ　ｓｏｍｅ　ｐｒｅｃａｕｔｉｏｎａｒｙ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｙ￣ｎｄｅｒ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｈｅａｄ；ｃｒａｃｋ；ｄｉｅｓｅｌ　ｅｎｇｉｎｅ　

１　引言　

气缸盖的底面是燃烧室的一部分，直接与燃　

气接触，周期性地受到高温、高压的作用，由于各　

部分温度不均匀使其受到较大的热应力，裂纹是　

其主要损伤形式之。因此，防止气缸盖裂纹的产　

生是保障柴油机安全运行的一个重要方面。　

２缸盖裂纹原因分析　

２．１热疲劳的影响　

气缸盖底面裂纹的产生，从根本上讲是热负　

荷过高，产生过大的残余拉伸应力造成的。柴油　

机工作时，气缸盖底部局部受热，温度可达４００　

℃，在热膨胀变形受到限制的情况下会产生强烈　

的压缩应力，气缸盖材料在温度超过３５０　ｏＣ时，抗　

蠕变性能下降。随着柴油机运行时间的延长，压　

缩应力逐渐下降，停车后，受热面的温度降低，在　

达到室温状态前，压缩应力已完全消失。当温度　

继续下降至室温时，表面即出现残余拉伸应力，裂　

纹是否产生，即取决于此残余拉伸应力的大小，局　

部地区温度超过允许值越多，运行时间越长，残余　

拉伸应力也越大。　

如果柴油机刚启动不久就到达极高的温度，　

那么气缸盖在经历第一次“加热——冷却”循环