汽车发动机拉缸的故障分析和预防措施
发动机汽缸在正常情况下使用,应是逐渐磨损的。往复式压缩机或内燃机的曲轴和连杆轴颈等运动部件将润滑油飞溅出来,落到汽缸壁上。由于活塞和活塞环的“泵油”作用,使活塞环、活塞及缸套表面形成一层极薄的油膜。这层油膜一方面可使运动部件之间的摩擦系数降低,另一方面可使相对运动的零件间建立起流体压力,以支承活塞环和活塞。如果油膜形成良好,便可以保证发动机正常运转和减少磨损,否则会产生拉缸现象。
一、汽车发动机拉缸的故障机理
汽车发动机拉缸指汽缸内壁在活塞环的运动范围内出现明显的纵向机械划痕和刮伤,严重时发生熔着性磨损,造成发动机启动困难或者自行熄火的故障。拉缸是发动机的一种重大事故。拉缸的根本原因是汽缸内壁与活塞环,活塞之间难以形成油膜,从而造成润滑不良,甚至出现干摩擦的现象。
引起拉缸的原因比较多,但从拉缸的现象和机理分析,通常是由于活塞与汽缸壁局部区域的油膜破坏所造成的。摩擦副表面产生的热量与其相对运动速度、作用压力和摩擦系数的乘积(摩擦力)有关。摩擦产生的热量使局部区域温度升高,导致局部点状膨胀凸起。若这时能及时得到润滑与冷却,就能将刚出现膨胀凸起的部分磨合掉;此时若不能得到良好的润滑与冷却,摩擦热会继续增长,热量又不能及时传出,会造成汽缸与活塞过热,油膜完全破坏,使温度上升到高于金属粘附的临界温度时,凸起由点状发展成块状,硬质金属颗粒磨落成为磨料,加剧磨损的恶性循环,最终导致拉缸故障的发生。
拉缸可分为轻度拉缸和严重拉缸。轻度拉缸时,通常在汽缸壁上有几条深约10μm左右的条状贯通拉伤痕迹,在燃烧室附近有较大面积的拉伤痕迹,活塞环外表面只有局部拉伤条纹,在活塞裙部外表面无拉伤痕迹。严重拉缸时,在缸套工作表面会出现较大面积的拉伤痕迹,有非常明显的手触感,在活塞裙外表面有严重的较大面积的拉伤,甚至有明显的咬合痕迹,在这种情况下,很有可能发生抱缸故障,造成严重事故。
二、汽车发动机拉缸的故障分析
产生拉缸的根本原因是汽缸内壁与活塞环、活塞之间难以形成油膜,从而造成润滑不良,甚至
出现干磨擦的现象。引起这种状况的具体原因有多种,归结起来大致有以下三个方面。
1.汽缸套方面的原因
(1)汽缸套的圆度、圆柱度公差超出允许的范围。使活塞与汽缸套的密封性大大降低,汽缸内的高温汽体下窜,使活塞裙部温度升高,破坏了润滑油膜,造成缸壁的微观凸起并与活塞、活塞环相接触,破坏活塞与汽缸壁之间的油膜,产生干摩擦而引起拉缸。
(2)汽缸套在装配过程中产生变形。例如:缸套上端面凸出量过大,安装汽缸盖后将缸套下压变形;缸套阻水圈太粗,压入机体后造成缸套变形,都容易引起拉缸。
(3)汽缸工作表面变形。汽缸盖螺栓对拧得不均匀;冷却不均匀;镗缸时超过允许尺寸而导致汽缸壁厚太薄;使用的密封垫不合适等,都会造成汽缸工作表面变形而引起拉缸。
2.活塞组方面的原因
(1)活塞环间隙过小。如果活塞环的开口间隙,边间隙或背间隙过小,发动机工作时活塞环受热膨胀卡死,与汽缸壁压得很紧,或者活塞环折断,很容易在汽缸壁上拉出沟槽。
(2)活塞销窜出。由于活塞销卡簧未装或脱落、折断,活塞销在运动中窜出,很容易拉伤汽缸内壁,造成汽缸窜汽至曲轴箱。
(3)活塞的配缸间隙过大或过小。如果活塞的材质不良,制造尺寸误差过大,或者装配活塞销后活塞产生变形,造成活塞与汽缸的配合间隙过小,活塞受热膨胀后被卡住,进而拉伤汽缸壁。
(4)活塞环严重积炭。过多的积炭造成活塞环粘结或咬死在活塞环槽内,同时积炭也是一种硬质磨料,会在汽缸壁上磨出纵向沟槽。
(5)活塞严重偏缸。由于连杆弯曲和扭曲变形,连杆轴颈、活塞销座的平行度和同轴度偏差过大,引起活塞明显偏缸,会加速活塞环、活塞及汽缸壁的磨损,破坏油膜的形成。
3.使用方面的原因
(1)进气系统不密封。空气过滤效果变差,空气中的尘埃、砂子等杂物吸入汽缸内,形成磨料磨损。试验表明,假如每天吸进几克灰尘,汽缸套的磨损量将增大10倍以上。
(2)磨合不良。新机或大修后的发动机,在汽缸套、活塞和活塞环等零件表面存在许多微观凹凸不平,润滑油膜较难形成。如果未经磨合立即投入大负荷运转汽车汽缸,则容易引起拉缸和早期磨损等事故。
(3)经常低温启动。发电机低温启动时,润滑油黏 度大,流动性差,在汽缸内壁难以形成有效的油膜。据研究部门测试,柴油机在冷却水温30℃以下负荷作业时,汽缸套等机件的磨损量是正常水温时的5～7倍。
(4)发动机过热。当冷却系统维护不善,或超负荷作业时,过高的机温不仅会使零件的机械强度降低,而且会使汽缸内壁的润滑油膜无法形成;活塞等零件受热膨胀后,容易卡死在缸套内,其后果往往是活塞部分熔化,缸套内壁被拉坏,迫使发动机熄火。
在实际使用中,拉缸往往是由几种因素共同影响的结果。例如,未经磨合的发动机冷机启动后立即投入满负荷运转,此时就更容易发生拉缸事故。
三、发动机拉缸故障诊断
轻微拉缸时诊断故障,可在加机油口处听到曲轴箱内发出喘汽声。
严重拉缸时诊断故障,怠速时可明显听见敲缸声和喘汽声,同时能观察到水温上升,油压降低,加机油口冒烟,机器抖动,动力减退,火花塞上有油湿等现象,且响声集中在汽缸体上半部。
四、发动机拉缸的预防措施
一是对新机和大修后的发动机,必须要先经过磨合,即在保持良好润滑的条件下,按转速由低到高,负荷从小到大的原则,认真执行磨合规程操作后才能投入正式的负荷运转。
二是按照使用说明书的规定,正确选配活塞裙部与汽缸套之间的间隙、活塞环的开口间隙和端间。在修理上严格控制活塞的偏缸,同时要保证汽缸套的尺寸精度。
三是保持冷却水正常温度80℃～95℃,避免发动机过热。冬季冷启动前应采取必要的预热措施。
四是合理操作使用发动机:不要超负荷作业;不要乱轰油门;不要缺水启动。
五是加强空汽滤清器的定期维护保养,严防灰尘吸进汽缸内。
六是保持正确的点火时间,避免把点火时间调得过早,使发动机产生爆燃和过热。
七是维护好润滑系统,防止机械杂质和积炭混入机油内而加剧汽缸套的磨损。
八是保证足够的符合原厂规定牌号的机油,经常检查机油压力,按汽车保养的规定更换机油。
九是加足冷却水,并经常检查冷却水量和水温。
总之,防止拉缸问题是一个复杂而细致的工作,首先要抓住温度过高这一关键;其次是配合件的材质和配合尺寸间隙的选择;最后以装配试车工艺来保证。这样,我们就能减少或不发生拉缸的故障。
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