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发动机气缸早期磨损的原因分析

作者：庞应周 蔡乾博 来源：《硅谷》2010年第15期

摘要: 对发动机气缸的磨损机理、一般规律进行介绍,并对其产生原因进行分析,从而提出对发动机气缸早期磨损的预防措施。

关键词: 发动机气缸;磨损机理;原因;预防措施

中图分类号:TK4文献标识码:A文章编号:1671-7597(2010)0810109-01 0 引言

发动机气缸通常是在高温、高压、润滑不良和变化的载荷下工作,并且承受燃料燃烧时产生的酸性气体的腐蚀作用,这些因素对气缸的磨损都具有直接的影响。由于发动机工作而引起的气缸磨损也是不可避免的。但是在同样的工作条件下,相同的行驶路线上,气缸磨损的程度是不一样的,有些发动机是由于使用和维护不当,气缸磨损异常,出现早期磨损现象。因此,为了提高气缸的使用寿命,研究气缸的磨损规律,分析引起磨损的原因,以及采取延长寿命的对策措施是非常必要的。

1 气缸的磨损机理

1.1 磨料磨损。由于混合气体中大部分是空气,空气中吸入了尘埃、润滑油中的结焦以及金属磨屑等坚硬杂质颗粒是磨料的来源,它附着在缸壁表面引起的磨损叫磨料磨损。磨料粒子会在活塞往复运动方向造成划痕,在气缸工作表面上呈现不均匀分布的、粗细不等的及连续或断续的沟线,个别粗大的磨料会留下粗大的擦伤。

1.2 腐蚀磨损。燃料燃烧的产物CO2、CO、SO2等,在冷却水温较低和低温起动时极易与水份形成酸性物质,凝结在缸壁上。如果缸壁的油膜不够厚,酸性物质就会腐蚀气缸。进而在摩擦作用下造成缸壁金属脱落,这种磨损称作腐蚀磨损。

1.3 粘着磨损。气缸与活塞组在润滑不良情况下滑动时,两者有微小部分金属面直接接触,摩擦产生局部高温,使之融化粘着、撕脱,逐步扩展造成粘着磨损。如果油膜能及时恢复,可起到清洗和冷却作用,则温度下降,微小粘着部分脱落而不会扩展至较大范围异常磨损,缸壁、活塞及活塞环急速受到严重损伤,在缸壁表面上呈现熔化流动状态,显出不均匀、不规则边缘的沟痕。与腐蚀磨损和磨料磨损相比,这是一种破坏性更大的磨损,通常把这种磨损称为“拉缸”。 2 气缸磨损的一般规律

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2.1 正常磨损。正常磨损的特征是:在活塞环上下止点处的磨损量较大,形成了明显的台阶。这是因为活塞在上止点附近时,第一道气环受到燃气压力,并以很高的压力压向气缸,而摩擦面的相对滑动速度接近于零,难以形成油膜,致使气缸表面上形成的疏松腐蚀产物被第一道环刮去,形成台阶。气缸中部润滑条件较好,腐蚀作用很小,因此磨损量最小。气缸下部油环在下止点处的滑动速度也接近于零,油膜不易形成,磨损也大一些。正常磨损包括磨料磨损和腐蚀磨损,但磨损量较小。

2.2 一般磨损。由于进气时吸入大量尘埃或严重积碳的磨料所形成的磨损。尘埃是从上部吸入,积碳也是在上部形成,所以气缸上部磨损量大,而且最大值在上止点之下。但是如果润滑油中含有大量金属磨粒或尘埃等杂质时,气缸的下部磨损增大,这是由于飞溅润滑缸壁的润滑油,其中杂质在重力作用下,自下而上分布,所以气缸下部磨损严重。

2.3 严重磨损。在上止点第一环处的磨损量超过正常磨损许多倍,而且摩擦面呈现熔化流动状态,边缘有不规则、不均匀的沟痕。当公交车在冬季时,由于低温起动频繁;特别是现在我公司使用汽油、天然气两用燃料以来,由于天然气中的硫分燃料相当高,在上止点第一环处的磨损量超过正常磨损,且气缸中部的磨损量比正常磨损量大。这是因为气缸的腐蚀磨损较大,剥落下来的金属微粒在活塞运动速度较大的区域发生了严重的磨料磨损。

发动机工作时,气缸实际磨损情形比较复杂,上述各种磨损往往同时存在,又相互影响。例如,气缸上部腐蚀磨损产生的磨粒会引起气缸中部的磨料磨损,磨料磨损使气缸和活塞环磨损严重,造成大量漏气,破坏了气缸壁的正常润滑,又会引起粘着磨损。 3 气缸早期磨损的原因及预防措施

3.1 润滑油质量差。润滑油的品质,取决于它的粘度、油性和抗氧化性等。润滑油的粘度随着温度升高而下降的性质叫粘度温度特性。粘度过大,润滑油的流动性不好,特别是公交车停停开开比较平常,润滑油难以迅速到达摩擦表面,从而加速了发动机的磨损;润滑油粘度过低,又会使润滑系统的压力低,润滑油的供给不足,不能形成可靠的润滑油膜,同样也会加剧气缸的磨损。 3.2 燃料的品质差。燃料中含有的少量硫、硫醇或其他有害物质,都会影响发动机气缸壁的磨损。燃料油中的含硫量对发动机的影响很大,燃料油中的各种硫化物在燃烧后产生SO2等含硫化合物,当气缸壁温度低时,燃烧废气中的水蒸气在缸壁上凝结成水珠,与SO2反应生成亚硫酸,对气缸壁金属有强烈的腐蚀作用,加速缸壁的磨损。如果燃料中的硫含量尽可能的减少,则燃料方面可减少对气缸的磨损。

3.3 发动机工作温度不正常。发动机在正常工作温度(水温在80～90℃)下运转,不仅能节约燃料,更重要的是可以减少气缸的磨损,延长发动机的使用寿命。实际中,当其它条件相同,发动机温度为30℃时的气缸磨损要比温度为80℃时大得多。当温度高于一定温度时,由于润滑油粘度急剧下降,可能使缸壁与活塞环产生干摩擦,同时腐蚀性气体直接与缸壁表面氧化。温度越高,这

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种情况越严重。但是,如果发动机工作温度正常时,上述两种情况就可以避免。因此,在车辆使用中要特别注意保持发动机的正常工作温度。

3.4 电、油、气路调整不当。点火提前角不但影响发动机工况和最大动力性的发挥,还会影响发动机的工作温度。点火特性与发动机的良好匹配,是发动机正常工作的一个重要因素。如果点火提前角大,极容易引起发动机爆燃而造成气门烧蚀、活塞烧损、断环以及拉缸,导致缸体早期磨损。如果油、气路调整不当,混合气过浓,燃烧不完全,废气中含有未完全燃烧的油气,直接窜入曲轴箱,稀释润滑油,使气缸的磨损增加。

3.5 空气、燃料以及润滑油的滤清效果差。如果空气滤清器的工作好,可以把空气中的灰尘过滤掉,使较大的尘埃进不了气缸,从而减少了气缸的磨损。在空气滤清器的失效与有效相比,气缸磨损相差很大。 4 总结

通过对气缸磨损规律的分析可知,为了防止汽车发动机气缸壁的早期磨损,应该保证润滑油、燃料油的质量;加强对“三滤”的维护工作;做好空气、燃油和润滑油的净化;保持发动机的正常工作温度;尽量避免在低温和大负荷下工作;正确使用车辆;做好日常维护及发动机的调校工作。

参考文献:

[1]夏世成、王阳,气缸漏气原因及排除[J].农机使用与维修,2004,10(3):43-44. [2]陈安宇、陈涛,汽油发动机气缸早期磨损分析[J].汽车博士,2004,8(2):35-37.

作者简介:

庞应周(1968-),男,西安职业技术学院工程师,主要研究方向:汽车发动机维修技术研究及专机设计。