汽车发动机在工作过程中常遇到拉缸现象。所谓拉缸, 就是汽车发动机的活塞环或活塞与缸套的工作表面出现拉伤、拉毛、拉成沟槽的现象, 造成发动机出现故障。掌握拉缸形成的机理, 分析产生拉缸的原因, 研究预防措施, 避免发动机拉缸具有重大的现实和经济意义。
1 拉缸形成的机理及危害
拉缸的机理, 直观地说, 就是活塞或活塞环与缸套之间局部产生高温, 使活塞环与缸套导致高温熔蚀粘附。活塞与缸套之间的油膜中断是产生拉缸的直接原因, 活塞与缸套之间的油膜一旦中断, 则两种金属就产生干磨擦, 由于高速的相对运动产生的高温会超过金属的熔点, 引起活塞、活塞环与缸套表面产生熔蚀粘附, 活塞继续运动时, 两表面熔蚀粘附点又被扯断、剥落, 产生拉缸。
拉缸具有相当的危害。活塞、活塞环与气缸壁摩擦副丧失密封性, 从而导致气缸内燃烧压力降低, 发动机动力性明显下降;可燃混合气下窜使曲轴箱压力增大, 严重时会引起曲轴箱爆炸;润滑油上窜到气缸内引起燃烧机油现象, 排气管冒烟严重;汽车发动机噪声异常, 汽车发动机不能正常工作甚至熄火。拉缸时缸套的的磨损率很高, 最高可达正常的几百倍, 使活塞、活塞环及缸套的寿命大为降低, 造成汽车发动机损坏, 不能正常工作。
2 汽车发动机拉缸的原因分析
汽车发动机拉缸最主要的原因是汽车发动机过热。汽车发动机在工作过程中会产生大量热量, 燃气的最高温度可达2500K以上, 致使活塞承受很高的热负荷, 其顶部温度高达600K~700K。活塞60%的热量由活塞环传给缸壁和冷却液, 其余热量由润滑油带走或通过空气冷却。当汽车发动机冷却系缺水时, 发动机燃烧时产生的热量不能通过冷却液充分散发, 发动机温度会越来越高;汽车发动机长时间高速或超负荷运转, 也会使大量的燃烧热无法及时传导出去, 发动机会出现过热。过热导致气缸内壁与活塞环、活塞之间难以形成油膜, 造成润滑不良, 甚至出现干磨擦的现象, 导致拉缸。此外, 活塞环折断、活塞销卡圈脱落、异物掉入气缸也是拉缸常见的原因。进一步深入分析, 造成上述状况的具体原因有多种, 归结起来大致有如下三个方面。
2.1 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 (又称端隙) 、边隙 (又称侧隙) 或背隙 (合称为三隙) 过小, 发动机工作时活塞环受热膨胀卡死, 与气缸壁压得很紧, 或者活塞环折断, 很容易在气缸壁上拉出沟槽。
(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, 很容易拉伤气缸内壁。
(3) 活塞的配缸间隙过小或过大。如果活塞的材质不良、制造尺寸误差过大, 活塞与气缸产生冲击造成拉缸;如果装配活塞销后活塞产生变形, 造成活塞与气缸的配合间隙过小, 活塞受热膨胀后被卡住, 进而拉伤气缸壁。
(4) 活塞环严重积炭。过多的积炭造成活塞环粘结或咬死在环槽内, 同时积炭是一种硬质磨料, 会在气缸壁上磨成纵向沟槽。
(5) 活塞严重偏缸。由于连杆弯曲和扭曲变形, 引起活塞明显偏缸, 破坏油膜的形成, 会加速活塞环、活塞及气缸壁的磨损。
2.2 气缸套方面的原因
(1) 汽车发动机爆炸气体推动活塞运动时, 在横向上产生一个分力, 造成气缸在横向上磨损比纵向大, 会导致气缸套在上下止点之间出现椭圆, 使活塞与气缸套的密封性大大降低, 气缸套的圆度、圆柱度公差超出允许的范围, 气缸内的高温气体下窜, 破坏活塞与气缸壁之间的油膜。因此必须检验气缸套的圆度和圆柱度。按照技术要求, 气缸圆度公差:汽油机为0.050mm, 柴油机为0.065mm;气缸圆柱度公差:汽油机这0.20mm, 柴油机为0.25mm。如超出此范围, 则要进行大修。
(2) 气缸套在装配过程中产生变形。比如:缸套上端面凸出量过大, 安装气缸盖后将缸套压得变形;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。
2.3 使用方面的原因
(1) 使用和维护不当, 造成汽车发动机过热。当冷却系维护不善, 或者超负荷作业时, 汽车发动机温度过高。造成发动机温度过高的具体原因主要有以下几个方面。
(1) 冷却系漏水、缺水。气缸垫水道口冲坏或湿式缸套突出量不符合要求, 以及湿式缸套水封圈老化或损坏都会造成冷却液泄漏。散热器遭腐蚀或破损, 水管老化碰坏, 水管接头松动, 水泵水封损坏等, 同样会引起冷却液泄漏。此外, 气缸体和气缸盖本身铸造有缺陷或使用不当产生裂纹也会造成漏水, 也会引起汽车发动机温度过高。
(2) 长时间超负荷使用。汽车发动机长时间超负荷使用, 将使汽车发动机产生大量的热能, 冷却系统不能及时散去多余的热量, 这样就维持不了汽车发动机正常的工作温度, 使汽车发动机产生高温。
(3) 节温器失效, 无大循环。节温器的作用是控制水温在一定范围, 在水温较低时, 节温器关闭, 水从节温器直接经旁通管流回冷却液泵, 不经过散热器, 这就是冷却液的小循环过程。当水温升到一定程度时, 节温器自动打开, 水经过散热器循环, 这就是冷却液的大循环, 如果节温器失效, 冷却液无大循环, 汽车发动机工作产生大量的热量就不能通过散热器散发出去, 使汽车发动机温度过高。
(4) 冷却水泵损坏。冷却水泵损坏, 冷却液就不能循环, 汽车发动机产生产热量也就没法通过水循环散发到大气中去, 从而引起发动机温度过高。
(5) 水道或散热器通风受堵。水道受阻必将造成循环水量减少, 从而影响到散热量。散热器通风受堵, 影响散热器的有效散热面积, 有效散热面积减少, 散热能力就下降, 这些原因都会使汽车发动机的多余热量得不到散发而造成汽车发动机温度过高。
(6) 喷油提前角过小或喷油量过大。喷油提前角过小, 使燃烧推后, 造成补充燃烧量增加;喷油量过大使燃烧产生的热量增加。这两种情况都会使汽车发动机温度过高。
(2) 空气滤清器失效, 过滤效果变差。空气中的尘埃、砂子等杂质吸入气缸内, 形成磨料磨损。试验表明, 假如每天吸进几克灰尘, 气缸套的磨损量将增大10倍以上。
(3) 磨合不良。新机或大修后的汽车发动机, 在气缸套、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, 则容易引起拉缸等故障。
(4) 经常低温启动。汽车发动机低温启动时, 润滑油粘度大, 流动性差, 在气缸内壁难以形成有效的油膜。据研究部门测试, 发动机在冷却液温30℃以下负荷作业时, 气缸套等机件的磨损量是正常水温时的5~7倍。
在实际使用中, 拉缸可能是由几种因素共同影响的综合结果。
3 防止汽车发动机拉缸的措施
3.1 驾驶员必须严格遵守操作规程
(1) 起动前, 尤其长时间没有起动的发动机, 必须按规定检查润滑油和冷却液是否符合规定, 不足时需补足。正常行驶时保持冷却液温度70℃~95℃, 避免发动机过热。冬季启动前应采取预热措施。检查润滑油是否变质, 润滑油变质应及时更换。要严格执行保养制度, 按期进行例保、一级保养和二级保养。例如:汽车发动机正常行驶, 每8000公里应更换一次润滑油, 注意维护好润滑系统, 防止机械杂质和积炭混入机油内加剧气缸套的磨损;加强空气滤清器的维护保养, 严防灰尘吸入气缸内。
(2) 不超负荷作业, 起动后不要立即猛加油门, 尤其在寒冷的冬季, 需经怠速运转几分钟后再起步运行。
(3) 遇有异常情况, 如机油压力低, 水温高, 发动机有冒烟, 有异常响声等, 要停止使用, 查找原因, 不带病作业。
3.2 在修理装配方面, 必须严格遵守技术标准和工艺要求
(1) 对更换新的零配件必须逐个进行检测, 把不符合标准的零配件剔除出去, 不能认为新产品就是合格的产品。
(2) 安装缸套时, 缸套要放平, 压力要作用在缸套正中, 且慢慢加压, 勿用冲击力。安装完后进行检测, 检测缸套与活塞装配间隙是否符合规定的标准间隙。检查活塞环是否有裂缝以及环的弹力是否符合要求, 装好环后能自由活动, 不得有卡滞现象。
(3) 认真检查活塞、连杆与曲轴安装位置偏差情况, 要求校正到符合技术规范标准。
(4) 退应力处理。在市场上购买的活塞, 难辨优劣, 在装配前最好进行消除应力处理, 即将活塞放在60°~80°度的机油中加温6h, 消除应力, 使活塞稳定后再装配使用。
(5) 做好活塞环“三隙”的检查。活塞环三隙的检查是组装活塞连杆组的一个重点, 特别是端隙大小尤为重要。不同发动机的活塞环开口间隙, 边隙的大小不一样, 装配或检验时应严格按厂家规定的尺寸要求。以解放CA6102发动机为例, 第一道气环的开口间隙为0.5mm~0.7mm, 侧隙为0.055mm~0.087mm;第二道气环的开口间隙为0.4mm~0.6mm, 侧隙为0.055mm~0.087mm;第三道气环 (油环) 的开口间隙为0.3mm~0.5mm, 侧隙为0.04mm~0.08mm。背隙一般为0mm~0.35mm。装配时各气环有字母的一面应朝活塞顶部方向。在装入缸套时必须清洁和加一定的润滑油, 各道环口应按规定错开。如有三道环, 则各道环应沿圆周成120°夹角互相错开;如有四道环, 则第一、二道互错180°, 第二、三道互错90°;第三、四道互错180°。而且各环的开口不能在活塞销孔附近。
(6) 进行试车磨合。装配完毕, 必须经15 h左右的热磨合, 试车磨合时, 应先低速运转, 然后才中速运转, 应注意响声、机油压力、水温等情况, 在确定无异常后, 再投入生产。
综上所述, 只要我们掌握汽车发动机拉缸的机理和原因, 落实预防措施, 严格遵守操作规程, 就一定能减少甚至避免拉缸的发生。
摘要：文章首先简述汽车发动机拉缸的机理, 然后详细分析造成汽车发动机拉缸的原因, 最后提出了防止拉缸的措施。
关键词：汽车发动机,拉缸,原因,预防措施
参考文献
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