淺談奔馳OM441發動機機缸套空氣穴蝕故障分析及預防

李斌

摘 要：文章以奔馳OM441柴油發動機缸筒空氣穴蝕實例論述了的該類故障現象，同時分析造成柴油發動機缸套穴蝕損壞的機理及成因預防措施，以及對此類故障的預防措施。

關鍵詞：缸筒；穴蝕；故障分析

柴油發動機缸套穴蝕因其安裝位置在發動機缸體內，日常的檢查手段不能有效及時發現其問題。但等發現問題時，可能已造成了嚴重損失，因此分析其成因、科學的使用和維護是解決此類問題的關鍵。

1 故障現象和排除故障過程

一型奔馳卡車發動機型號為OM441，發動機排列形式為V型，發動機缸數6缸，缸套為濕式缸套。在例行檢查時發現水箱缺少冷卻液，但發動機外部無滲漏，于是停機檢查，檢查該車冷卻系統及有關管路，無滲漏點，同時機油未見異常。但在檢查過程中，發現1、3、5缸的排氣管中后部伸縮節下有類似黑色液體滲出，滲漏液體蒸發后，判定滲液為水分及少量積碳，說明有異常數量水分在排氣管內，結合冷卻液非正常減少，于是初步判斷為發動機缸床墊沖壞，缸筒進水。于是對該發動機1、2、3缸缸床墊進行更換，檢查更換下來缸床墊，未見水道密封有明顯損壞，安裝維修調試發動機，但隨后觀察中發現故障依舊，而且水箱中發現有白色油狀乳化物及發動機機油出現乳化現象。于是立即停機，對該發動機進行分解檢查，通過分解下來零部件，明顯可看出發動機1-3缸套明顯被穴蝕（見圖），且穴蝕下位置基本位于缸套中下。其中2，3缸缸套穴蝕蝕嚴重，其中二缸穴蝕深度可測量部位最深度能達到7mm以上。而缸筒壁厚約8毫米左右。

2 穴蝕的產生的機理

通常認為，穴蝕是震動表面上氣泡爆裂而產生的一種 潤現象。發動機在工作時，活塞往復運動過程中由于敲擊缸筒壁面生產振動，在缸套表面形成低壓區使冷卻液蒸發而產生氣泡；當氣缸壁向冷卻液靠貼時，缸壁表面上的壓力顯著增加，引起氣泡爆裂。當氣泡在震動中因不斷地受到擠壓而頻繁快速地破裂，形成了較大的沖擊波，在金屬表面局部區域產生極大的壓力，使金屬產生疲勞而逐漸脫落。這個過程反復進行，使從氣缸套金屬外壁一粒一粒地剝落下來，在相對固定區域內出現麻點或針孔狀，嚴重時表現為蜂窩狀空穴群（見圖二缸穴蝕），集中時類似海綿狀。

3 缸套穴蝕的危害

（1）導致冷卻液不足，嚴重不足時，影響發動機冷卻導致，發動機溫度過高。（2）少量水分入機油導致乳化，機油性能下降，造成抱瓦，曲軸可能需要更換，包括連桿瓦及曲軸軸瓦。（3）當水進入缸筒較多時，由于水的不可壓縮性，活塞運動行程將會變短從而導致發動機連桿彎曲或斷裂，極端條件下會造成斷裂連桿飛出擊穿缸體，導致缸體損壞的。（4）存在機油進入冷卻液污染冷卻液的危害。實例中的缸套，雖然侵蝕點還未銹透，但侵蝕點除冷卻水的壓力和水分自身 潤性，以及活塞下行產生的吸力，導致少量水分進入氣缸內，同時活塞上行時，缸筒壁上油膜內的機油及水份，可能壓入水道中，這也就是水箱內為什么存在機油成分。

4 缸套穴蝕的主要原因

由于產生穴蝕的機理很復雜，但缸套穴蝕是主要有物理因素：振動引起的穴泡穴蝕；化學因素：冷卻液化學成分引起的電化學腐蝕；其他因素：使用因素；綜合作用而引起形成。

4.1 物理因素：發動機的高頻振動

通過穴蝕形成的機理，發動機高頻振動是缸套穴蝕的主要原因，加之氣缸套與活塞的間隙及缸筒自身的物理缺陷，進一步強化了這種振動。柴油機運轉中，活塞燃燒壓力及慣性驅動從缸套內上、下止點運動，過程中產生了活塞向缸壁的側向壓力，導致由于活塞側傾擺動撞擊氣缸套壁，就會引起氣缸套壁振動和變形。進而產生穴蝕，且多發于發動機缸套中下、下部。

4.2 化學因素：電化學腐蝕

冷卻液選擇不當，對金屬的腐蝕作用，及經常更換冷卻水因冷卻水中含有大量的空氣而加快穴蝕破壞。氣缸套的外壁受到電化學腐蝕和化學腐蝕。電化學腐蝕是由于缸套與缸體材料合金組織的差異而引起局部電解現象，電化學腐蝕后仍存留氧化鐵、碳化鐵等多相氧化層，腐蝕后的氣缸套壁面多呈蜂窩形狀。通過查閱該車使用檔案，該車使用過去質量不高的防凍液及夏季有時補水使用自來水，一步增加了電化學腐蝕。

4.3 其他因素：使用因素

發動機使用過程中，冷卻液溫度經常處于低溫狀態下，不僅增加缸套的電化學腐蝕，同時使活塞與缸套間隙增大，活塞敲擊和增加缸套振動。該車由于屬于內場特種車輛，短途頻繁啟動，運行速度慢，負荷小，發動機溫度不高，可能增加穴蝕因素。此外發動機轉速的提高使慣性力增加，并增加了在單位工作時間內活塞撞擊缸壁的次數，所以增加了穴蝕破壞。

5 防范措施

由于穴蝕的機理非常復雜，因此需要從生產制造、正確使用、科學維護三個方面進行預防。

5.1 生產環節的預防

減振是防止穴蝕的主要手段，因此在設計加工中，盡可能減少活塞和缸筒間隙，提高活塞的加工精度，提高缸套的剛度，缸套與缸體的配合尺寸合理。選擇適合的材料加工相關部件，以及通過特殊工藝處理增加缸套外表的抗腐蝕性。

5.2 采用正確的操作方式

柴油發動機正常運轉應保持冷卻液的溫度處于80-90度之間。同時發動機工作過程粗暴，單位曲軸轉角爆發壓力升高率增加，都容易產生穴蝕，因此要避免急速提升轉速，正常使用車輛。

5.3 科學維護

正確選擇合適的長效防凍液，嚴禁使用自來水替代冷卻液，在使用過程按標準及時更換添加，同時避免冷卻系統進入空氣和雜質。

6 結束語

通過以上分析，說明車輛發動機缸套穴蝕故障排除時，要注意觀察，仔細分析，才能準確的排除故障。同時在柴油發動機從制造裝配、使用、維護各環節，充分考慮防止穴蝕產生因素，正確的設計制造，科學的使用維護，才能更好的預防穴蝕的產生。

參考文獻

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