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在广柴、锡柴、宁波中策早期所生产的G320、G300等燃用重油的四冲程中速柴油机系列机型中，普遍存在排气阀、缸套等零部件的使用寿命短；机油消耗严重；容易出现排温高致使运行转速下降等问题。造成这些故障有多方面的原因，并且各种因素互相影响。本文对一些突出且带有共性的原因进行分析，并结合实际给出改进建议。水平所限难免存在瑕疵，希望各位同仁批评指正。 问题一：活塞头部结碳 危害一：加剧缸套和活塞环的磨损 造成缸套和活塞环的磨损有多种原因，但活塞头结碳是造成缸套和活塞环非正常磨损的普遍和主要原因。四冲程柴油机无法在管理过程中方便地观察缸套的磨损情况，下面通过二冲程柴油机的扫气口来观察和说明活塞头结碳对缸套磨损的影响。如下面照片所示，二冲程柴油机活塞头结碳最严重的位置，不是照片中显示的扫气口位置，而是在相邻的两个扫气口之间的缸套肋柱遮住的位置。这是因为：首先缸套的扫气口与外部相通，汽缸油清洁下来的碳渣容易通过扫气口排入扫气箱中；其次进入缸套的扫气会把部分处于扫气口位置的活塞头部的碳渣吹走；再者流动的扫气还有冷却的作用，被缸套遮住部分的活塞头部的温度要高于扫气口位置的温度，汽缸油更容易烧焦碳化。另一张照片是同一时间检查此缸套的表面时拍摄的，在照片的整个范围内，与两扫气口中间的肋柱对应的上部，发现一些有晶亮的纵向磨痕，一些没有看到磨痕，中间的一条已经显示出部分磨痕。这些缸套中纵向的磨痕表明，活塞头在此位置的结碳厚度已经和缸套的表面接触，已经磨到缸套的表面。这些沉积在活塞头部的碳渣磨料随着活塞的上下运动与缸套相摩擦，其所磨出的痕迹要比活塞环接触磨出的痕迹光亮，表明结碳对缸套的磨损要远高于活塞环对缸套的正常磨损。
在一段时间后，对这台柴油机的缸套磨损情况进行再次检查，下面是再次检查时所拍的照片，显示活塞头的结碳比前面检查时进一步加重。前面检查的活塞头部，活塞环三道和四道之间还没有结碳，这次检查时已经有了结碳。缸套的磨损情况也显示比前一次严重。在照片的整个范围内，与两扫气口中间的肋条对应的上部，都有一条晶亮的纵向磨痕。更清楚的表明活塞头结碳对缸套的磨损要快于活塞环对缸套的磨损。
下面再通过四冲程柴油机的检修照片来说明活塞头结碳对缸套磨损的影响。下图是广柴G8320柴油机吊缸修理时的照片，从照片上可以看到头部的结碳厚度已经挤满活塞和缸套之间的间隙，结碳的表面已经出现和缸套相摩擦的“光面”痕迹。从其表面布满坑状孔洞显示，在这些活塞头结碳与缸套的摩擦过程中，有些结碳以颗粒的形状脱落，并滞留在活塞环处形成“磨料”，随着活塞上下运动对缸套和活塞环造成磨损。第一道活塞环及其上止点处的缸套出现最大的磨损量，表明脱落的碳渣“磨料”是造成缸套和活塞环磨损的最大因素。
虽然造成四冲程柴油机机油异常消耗的原因很多，但活塞头结碳是造成机油大量消耗的普遍和主要原因。上图照片显示，活塞头脱落的结碳，首先滞留在第一道活塞环处，随着活塞的上下运动，造成缸套和活塞环磨损的同时，并逐步向下掉落，沉积停留在各道活塞环处。这些碳颗粒在造成磨损的同时还会逐步渗入到活塞环槽之中，造成活塞环与环槽的上下接触面关闭不密。当活塞环与环槽接触面不能密闭时，造成活塞环下行刮下的机油从活塞环的下部→进入活塞环背部→流向活塞环的上部，使活塞环失去刮油的功能，造成柴油机机油的消耗大量增加。这种情况如下面简图所示。
所以只要活塞头结碳严重，不管缸套是否磨损，都会造成机油急剧消耗。当活塞环在环槽中的天地间隙较大时，这种情况尤其严重。 避免结碳的对策 从前面的原因分析中可以看出，只要避免活塞头的结碳，就可以显著地减少缸套和活塞环的磨损，延长缸套和活塞环的使用寿命。并可以避免柴油机在运转中出现机油异常大量消耗的现象。广柴、锡柴、宁波中策早期所生产的G320、G300燃用重油的系列机型，除了在运营管理中通过改善燃油燃烧状况来减慢活塞头结碳外，没有更好的办法阻止活塞头结碳的形成。因此在检修后运转时间不长就会出现机油消耗大的现象，多数柴油机在经过检修后很难把良好的工况保持3000小时以上。而且缸套的使用寿命很短，有些柴油机每年检修时都要换新缸套。这些机型装船的数量众多，造成的能效浪费巨大。现在国内一些柴油机配件的生产厂家，针对活塞头结碳问题，开发出的缸套保护环（或者叫刮碳环），能够有效地避免活塞头结碳的形成。柴油机换用这些新型部件后节能效果明显，且所需投入的费用不高，建议配置这类机型的船舶换用这些改进型配件。新型的缸套保护环是怎样达到避免活塞头结碳的，从而避免了缸套异常磨损和机油异常消耗的： 下面是改进后的广柴320机型配有保护环缸套的三张照片。
缸套装配保护环处的结构
缸套保护环（刮碳环）
缸套保护环的放置 图文转载自 船舶机务之家 |
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