柴油機(jī)氣缸套穴蝕的預(yù)防措施

劉延春　畢子坤

氣缸套穴蝕是柴油機(jī)常見的失效形式之一,穴蝕的產(chǎn)生,導(dǎo)致氣缸套的使用壽命下降,嚴(yán)重時(shí)造成氣缸套穿孔或開裂,甚至造成發(fā)動機(jī)損壞和嚴(yán)重事故。

1 穴蝕現(xiàn)象

柴油機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中,缸套外表面和缸體內(nèi)表面浸水的某些部位會產(chǎn)生不同于一般腐蝕和機(jī)械磨損的呈蜂窩狀密集麻點(diǎn)或魚鱗狀剝落痕跡,這種現(xiàn)象稱為“穴蝕”。穴蝕產(chǎn)生的主要區(qū)域分布于水套壁中上部,連桿擺動平面內(nèi)活塞產(chǎn)生最大交變側(cè)壓力部位,有的出現(xiàn)在水套與缸體間最窄處、水流進(jìn)口處或液流轉(zhuǎn)彎處以及相應(yīng)的缸體部位。

穴蝕程度有三種形式:其一為輕微穴蝕,在穴孔處不存在腐蝕痕跡與產(chǎn)物,表面較為潔凈,呈擦亮狀,與周圍其它部位相比顯露出較少的鐵銹和雜質(zhì),呈現(xiàn)類似于高溫氧化的紅褐色;其二為劇烈穴蝕,表現(xiàn)為損壞層較深;形成不規(guī)則形狀坑穴,形態(tài)類似于強(qiáng)酸靜態(tài)腐蝕;另一類穴蝕為損毀性穴蝕,坑穴可能穿透氣缸套,使冷卻液進(jìn)入氣缸,或冷卻水進(jìn)入機(jī)油箱底殼,對柴油機(jī)造成災(zāi)難性損壞。

2 影響穴蝕的因素

2.1 冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)對濕式氣缸套的穴蝕也會產(chǎn)生很大的影響,具體表現(xiàn)為以下兩個(gè)方面

1)水套進(jìn)水轉(zhuǎn)向處存在渦流區(qū)和死水區(qū),即冷卻水流進(jìn)水套,在進(jìn)口和出口與水流轉(zhuǎn)向處形成渦流區(qū)和死水區(qū)?o渦流區(qū)的存在使水沖擊缸套,死水區(qū)的存在使該處形成高濕和產(chǎn)生氣泡,加速穴蝕。

2)水套狹窄。水套太狹窄,使冷卻水可壓縮性變小,則氣泡破裂產(chǎn)生的沖擊波不易被冷卻水吸收,這些沖擊波不斷傳遞,加速了缸套穴蝕。

2.2 高頻振動

缸套高頻振動是引起穴蝕的最主要原因,產(chǎn)生高頻振動的原因有以下幾個(gè)方面。

1)燃燒爆發(fā)產(chǎn)生側(cè)壓力。燃料燃燒爆發(fā)會使活塞承受較高的壓力,而缸套又承受一個(gè)側(cè)壓力(活塞撞擊缸壁),并且這個(gè)力的方向隨著柴油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)不斷的從缸套一側(cè)轉(zhuǎn)移到另一側(cè)。由于缸套與活塞間存在間隙,再加活塞的傾斜,則不可避免地產(chǎn)生沖擊,所以使缸套產(chǎn)生振動。

2)缸套與活塞的配合間隙不合理。活塞在往復(fù)運(yùn)動的轉(zhuǎn)向瞬間,使活塞在其間隙中振動,則產(chǎn)生了對缸套的沖擊。

3)缸套壁較薄。缸套壁越薄,振動越劇烈,當(dāng)振動速度大于某一數(shù)值時(shí),將對缸套產(chǎn)生穴蝕。

4)活塞的長徑比偏小。即活塞長度與直徑之比為1.4較為合理,若比值偏小,易使活塞產(chǎn)生側(cè)傾,使活塞棱邊與缸套壁接觸,造成對缸套的撞擊。

5)缸套支承形式不盡合理。缸套是靠上止口臺肩與缸體配合支撐,下止口用橡膠密封圈密封,但下止口有間隙0.1mm左右,這樣的支承可看成是懸臂支承,所以當(dāng)活塞往復(fù)運(yùn)動撞擊缸套時(shí),缸套中下部的振幅大,穴蝕較嚴(yán)重。

2.3 使用因素

柴油機(jī)工作粗暴及經(jīng)常處于低溫下工作,也會加速穴蝕。

3 穴蝕的預(yù)防措施

3.1 改進(jìn)冷卻系統(tǒng)

1)改進(jìn)冷卻水的特性。為減小冷卻水的表面張力使其不易產(chǎn)生氣泡及減輕沖擊力,應(yīng)添加一定量的防蝕劑,如乳化劑可降低水的導(dǎo)電性,即可減少電化學(xué)腐蝕。

2)改進(jìn)結(jié)構(gòu)。為消除冷卻水流程中的渦流區(qū)和死水區(qū),水流應(yīng)沿缸套外壁的切線方向流進(jìn)水套,并沿缸套外壁成螺旋上升,另外水套應(yīng)加寬,可減小氣泡破裂時(shí)的沖擊力,以減輕穴蝕。

3.2 采用抗穴蝕的材料

一般金相組織均勻、表面硬度高、且熱穩(wěn)定性和抗腐蝕性好的缸套材料,其抗穴蝕性較好,如球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵,以及氧化鋁、氧化硅、碳化硅等陶瓷材料。另外,在缸套外壁涂敷人造樹脂等涂料,可以其塑性吸收沖擊波,減少缸套振動,減緩缸套穴蝕。

3.3 減輕缸套振動

為了減輕缸套振動,應(yīng)采用如下措施;即提高缸套的加工精度及裝配精度,如果缸套安裝傾斜,將使活塞對缸套的沖擊增加:活塞與缸套的配合間隙應(yīng)適宜,以及缸套上下定位部分與缸體的配合間隙應(yīng)盡量減少,以便減輕缸套的振動;增加缸套壁厚、下支承上移以及采用偏置活塞銷,以減輕缸套振動和對缸套的沖擊,另外選擇合理的噴油提前角以及柴油,改善柴油機(jī)工況,使其工作柔和,也可減輕缸套振動。

3.4 使用保養(yǎng)

1)應(yīng)堅(jiān)持使用軟水,以減輕電化學(xué)腐蝕,實(shí)驗(yàn)資料證明:使用軟水與使用含鹽、堿的硬水相比,穴蝕速度相差幾十倍。

2)及時(shí)消除燃燒室積碳,以免增高壓縮比,導(dǎo)致柴油機(jī)工作粗暴。

3)及時(shí)清除水套內(nèi)的水垢,保證冷卻水的清潔和正常溫度,避免水道變窄,使局部過熱產(chǎn)生氣泡。

4)選擇油品較好的柴油,改善柴油機(jī)工況,工作柔和,避免粗暴操作。

為使柴油機(jī)工作柔合,應(yīng)定期對其保養(yǎng)和維修。為防止柴油機(jī)長期在低溫下工作,應(yīng)采取一定的保溫措施等。

4 結(jié)束語

影響缸套穴蝕破壞的因素很多,要根據(jù)穴蝕破壞的具體情況,針對主要因素采取消除或預(yù)防措施。