发动机气缸异常磨损的成因与预防

关键词： 摩擦 磨损 使用 维修 检测
１ 摩擦、磨损的概念及成因
1.1 摩擦及分类
摩擦是相互接触的零件表面，在有相对运动或相对运动趋势时所产生的阻碍这种运动或运动趋势的作用。摩擦是磨损的起因，磨损是摩擦的结果。依照摩擦副的运动形式分为：滑动摩擦、滚动摩擦、复合摩擦。按润滑状况分为：固体摩擦、流体摩擦、边界摩擦、混合摩擦。
发动机气缸异常磨损的成因与预防(2006-06-09 11:30:38)转载▼标签： 汽车管理发动机
〖摘要〗气缸磨损能改变气缸壁的尺寸、形状、和表面质量，改变活塞与气缸壁的配合特性，从而决定发动机的性能和寿命。本文从摩擦、磨损机理和气缸异常磨损的实际现象入手，研究气缸磨损的成因及规律。提出如何延缓气缸磨损、特别是防止气缸异常磨损的相关措施。
混合摩擦即固体、流体、边界摩擦同时存在。气缸在实际工作中大多处于这三种摩擦共存状态，而且随着负荷、温度、转速的变化三种状态可以相互转化。
1.2 磨损及分类
１ 气缸磨损分类及成因。
磨损是两个相对运动的零件摩擦表面互相作用的结果，是摩擦表面金属不断损失的现象按零件破坏的机理分粘着磨损、磨料磨损、腐蚀磨损、接触疲劳磨损。气缸磨损大多由前三者的复合形式造成，其各自作用大小由汽车工作环境、使用、维修因素决定。
不规则早期磨损主要有腰鼓形磨损、气缸严重偏磨等。混合长期气过浓、气缸进水、燃料雾化不良、长期断火等会导致润滑不良，造成气缸工作面全程磨损。连杆弯扭变形、气缸体变形、曲轴轴向窜动会造成气缸偏磨。
３ 预防措施
研究气缸异常磨损的成因及规律的目的是为寻找延缓气缸磨损、延长发动机使用寿命的途径和手段。在汽车的使用、维护、检测、修理四个环节中我们应着重注意以下问题：
（４）严格遵守驾驶操作规程，提高驾驶水平，尽量避免不必要的急加速、急减速，避免超载和长时间大负荷工作。在运行过程中要密切注意发动机的工作状况，及时排除故障，不能带故障行车。气缸进水、断火、点火不正时、混合气过浓会破坏油膜，导致快速磨损。对于柴油机应注意避免长时间怠速运转，防止因发动机低速抖震过大和机油压力过低引起的磨损。
气缸异物也会造成拉缸，但与上者有明显不同。其损伤多为局部拉伤，没有金属粘着转移现象，气缸磨损较为规则。
（２）断环，缸壁内形成双“缸肩”。多发生于发动机一个大修间隔中后期。第一道压缩环失去弹力折断，第二气环上止点处会形成第二缸肩，其深度与第一环断裂后车辆运行里程成正比。因折断的第一环在活塞上行时对第二缸肩仍然存在较轻的摩擦，所以第二缸肩比第一缸肩要平缓，为光滑的波纹状环形突起。CA6102型发动机运行10万公里以上即有发生。此现象发生后较难修复，只能
（５）防止发动机骤冷骤热造成的缸体变形。不能先起动预热后加冷却水。散热器“开锅”后应停车怠速运转数分钟，待温度下降后再补充冷却水。
3.2 检测、维护方面。
（１）对发动机必须进行定期检测。发动机综合性能检测是车辆定期检测的重要内容，可以监测气缸磨损情况、及早发现故障，为维护、修理提供科学的依据。发动机综合检测仪可以方便准确得检测发动机功率、点火系技术状况、气缸密封性能等参数，与工业纤维内窥镜、曲轴箱窜气量仪、真空表等仪器配合使用可以推断或直接观察发动机气缸磨损情况，对断环、拉缸等异常磨损能够早期发现，避免故障恶化。
（２）正确选择和适时更换润滑油。对于不同车型要根据其使用要求选择不同等级的润滑油。在选油时可以用高等级替代低等级油，例如SF油可用于使用SE、SD、SC级油的车辆、而绝不能以SC级替代SE、SF级油。另外，同一车型也要根据季节、气温变化以及车辆运行条件的不同选择最佳粘度和具有良好粘温性的润滑油。粘度过大则流动性差，冷起动时机油到达摩擦面的时间长，会增大磨损。粘度过小则难以形成可靠的油膜，同样增大磨损。对于柴油机，要求使用具有较好的高温清净性和抗腐蚀、抗氧
镗磨气缸。单纯更换新环后，第二缸肩势必对第一气环上行造成阻碍和冲击，使新环在短期内折断。
除活塞环本身材质因素外，引发断环原因主是活塞环侧隙、端隙、背隙不当。侧隙和端隙过大时，环的泵油作用使润滑油上窜，在高温作用下形成积炭并粘附于环槽中，破坏了环的密封性，同时阻碍热的传导，使活塞头部温度上升，造成活塞环失去弹力、强度下降，在冲击作用下折断。端隙过小则缺少膨胀余地，造成发动机高温和断环。
滑动摩擦是接触表面有相对运动或相对运动趋势的摩擦。汽车气缸壁与活塞、活塞环之间的摩擦属滑动摩擦。
固体摩擦即干摩擦，是指摩擦副表面间没有润滑油或其它润滑界质的摩擦。
流体摩擦是指两工作表面完全被润滑油隔开的摩擦。其摩擦只发生在润滑油流体分子之间，从理论上说，流体摩擦不发生磨损。
边界摩擦是在流体摩擦的润滑油膜形成的条件不断恶化后形成的，是指相对运动的工作表面间被极薄的一层具有特殊界质的润滑油边界膜所隔开的摩擦。边界膜主要由吸附在零件工作表面上的润滑介质的物理吸附膜构成。边界膜能起到较好的润滑作用，边界膜的形成与存在都有一定的临界温度，工作温度过高油膜将被破坏，形成干摩擦。
（２）要严格控制曲轴、连杆、活塞的尺寸、形状、位置公差，防止因气缸偏磨。
（３）优化总装工艺，严格控制装配清洁度，彻底清除积炭、结胶，防止灰尘等磨料进入气缸。
（４）采用先进加工工艺，对缸孔表面进行特殊处理，提高其硬度、耐磨性和抗腐蚀能力。
（５）选用有贮油作用的多孔镀铬气环，可改善润滑，降低初期磨损。另需注意检测活塞环的弹力，弹力过大、刮油能力过强会造成功率损失、高温和早期磨损，过小又难以保证密封性。
化能力的柴油机润滑油。
在润滑油中加入减摩剂可以有效降低磨损，其作用是在缸壁内形成基于物理吸附或化学反应的保护膜，防止腐蚀磨损，同时减少磨料吸附、减轻磨料对摩擦面的犁削作用。此类产品在市场上品种繁多良莠不齐，缺乏满足于大面积推广的使用经验。
（４）保持曲轴箱通风装置正常工作能减轻废气对润滑油氧化污染，延长润滑油使用寿命，提高润滑质量。
3.3 修理方面
（１）发动机大修时，应认真检测并控制缸体变形引起的形状、位置误差。例如，CA6
102汽油机气缸轴线对曲轴轴承承孔轴线的垂直度误差在200mm长度内达到0.18mm时，气缸磨损将比该项误差为0.05mm时增大约30% 。
3.1 正确使用方面
（１）新机走合期应严格依照车辆使用说明书规定进行操作。这一阶段活塞环与气缸壁工作表面存在着微观不平及几何尺寸的偏差，摩擦面的接触面积小且配合较紧，油膜易被破坏，磨损最快，且容易产生粘着磨损。另外，磨损时产生大量金属磨屑，形成磨料磨损。在新车初驶的1000-1500Km内，应选择良好路面并减少20%-25%负荷；严禁拖挂和拆除限速装置。走合结束后应及时进行走合维护。
（６）大修机应严格依照工艺规程进行冷磨、热试。注意对冷磨转速及时间的控制，冷磨过度会造成没必要的磨损，转速过低使油压过低难以保证润滑油的正常飞溅。热试时可交替变换转速，使配合面有冷却时间并逐渐得到锻炼和适应。另外，冷热磨应选用较稀的润滑油，以突出润滑油的冷却和清洗作用。
预防气缸异常磨损是一项长期系统的综合性工作，贯穿于车辆的使用、维护、检测、修理各个环节。在研究和掌握气缸磨损规律的基础上，认真贯彻执行交通部《汽车运输业车辆技术管理规定》的各项制度是从根本上防止气缸非正常磨损发生的关键。
特殊介质磨损指摩擦副表面与酸等特殊介质发生作用引起腐蚀而形成的磨损。特殊介质指酸、碱、盐等。在有腐蚀性的气体或液体介质中，零件表面会发生化学反应，其产物在摩擦副表面相对运动中被剥离造成磨损，其速度较快。气缸中的腐蚀成分主要成分来自燃料燃烧后废气中的ＳO、ＣO、ＮO。实践证明，在起动初期，水温在80－85℃以下时（相当于气缸温度140℃），气缸温度低于“露点”，酸性氧化物溶于废气中的水蒸气凝结的水中形成HＳ0、HＣO及其它有机酸，对缸壁造成强烈腐蚀。发动机冷却水温对气缸磨损的影响非常明显，如当冷却水温在40－50℃时，气缸磨损是正常磨损的六倍。水温正常以后，酸性物质和水蒸气可随废气排出，危害害变小。
机械性能有关。
（３）腐蚀磨损，摩擦时由于材料表面与周围介质发生化学、电化学作用而产生的磨损。包括氧化磨损、特殊介质磨损两类。在气缸正常磨损中腐蚀磨损所占比例较大。
氧化磨损是摩擦表面与氧化介质作用形成氧化膜，在摩擦过程中脱落、形成、再脱落的反复作用过程。其大小与摩擦表面间的润滑条件、运动速度、接触载荷、氧化膜的硬度及韧性、介质的含氧量、润滑材料的性能等因素有关。相对而言，气缸上部第一环上止点处润滑条件最差，高温高压最易发生氧化腐蚀。
（３）保证发动机正常工作温度。首先，应防止低温腐蚀磨损，保证节温器和风扇离合器的正常工作，保证大小循环的正常进行，绝不能随意拆除节温器。北方冬季应对发动机实施保温，如使用保温被。冷起动后应进行充分的暧机，水温达到60℃以上方可行驶。另外，对于长期低速运行、发动机后置的公交车辆及山区或高温环境中运行的车辆，还要防止发动机过热导致的爆燃、润滑油过稀，油膜质量下降。可适当提高冷却风扇及水泵转速，以增加冷却强度，防止高温。
（２）二级维护中进行润滑油油质分析并适时更换润滑油，能降低气缸磨损，同时防止过早换油造成浪费。
（３）二级维护作业前，应根据检测结果结合人工分析灵活决定附加修理作业项目。经验证明：取消高级保养后，在二级维护中适时更换活塞环能有效防止断环等早期异常磨损，同时还可大幅度提高发动机动力性、经济性，延长使用寿命。
（３）早期磨损。依照磨损后气缸的形状不同可分规则型与不规则型两类。
规则型早期磨损表现为缸壁磨损符合气缸正常磨损规律曲线，即气缸内壁沿高度方向呈上大下小的不则锥形，最大磨损发生在第一气环的上止点处，并形成明显的“缸肩”，但磨损形成的周期较正常磨损要短得多。空滤器及进气道短路致使大量磨料进入气缸、发动机长期低温状态下运转、活塞环弹力过大刮油能力强、未按走合期的有关规定进行操作和保养、选择燃润料不当，润滑油品质不良都会形成气规则型早期磨损。
２ 气缸异常磨损现象分类及成因
通过长期维修实践发现，气缸异常磨损根据其发生条件及状态的不同可分为以下几个类型：