發動機水垢的成因及其防治

連慶勇

南昌鐵路局龍巖工務段　福建龍巖　364001

發動機水垢的成因及其防治

連慶勇

南昌鐵路局龍巖工務段福建龍巖364001

冷卻水在保持發動機正常運轉起很大作用，但是水處理不好，會形成水垢，若不及時清除會造成發動機高溫、零部件損壞、油耗增加、功率下降等。基于此，本文總結出以下幾種水垢的預防和清洗方法。

發動機；水垢；成因；防治

一、問題的提出

發動機工作時，汽缸內燃氣的溫度可高達2200～2800K，循環的平均溫度也有970～1300K，與高溫氣體接觸的零部件將劇烈受熱。冷卻系添加冷卻水的作用就是將零件所吸收的熱量及時散出，以使它們的溫度保持在適當范圍內，保證發動機正常工作，延長其使用壽命。對多數水冷式發動機而言，穩定工作狀態下，其最適宜的冷卻水溫度應保持在80～90oC 。

鐵路工務機械（軌道車、隨車吊機等）在使用過程中，由于受現場環境限制，冷卻水長期未更換或者補充不及時，且添加的水一般是富含鈣、鎂離子的硬水，致使發動機工作一段時間后，冷卻系內壁就會產生大量的水垢。

判定發動機是否積垢的方法是打開散熱器加水口蓋，若發現其上水室較臟或加水口處有水垢粘結，以及機械行駛中遇上坡時容易開鍋、下坡或停車后降溫較快的現象，便可診斷為發動機冷卻系中有嚴重的水垢。

二、水垢的危害

水垢一般為積聚在金屬表面呈灰白色的碳酸鈣、硫酸鈣等物質。水垢使冷卻系金屬內壁涂上一層隔熱材料，導致散熱條件惡化，降低了零部件的傳熱效率，引起水溫過高，造成發動機冷卻不足，引發如下的故障：①進入汽缸的充氣量因空氣受熱膨脹而減少，充氣系數下降，混合氣燃燒不正常，引起敲缸、早燃或爆燃現象，造成發動機功率下降。②使機油因高溫加速氧化、粘度下降，更早地劣化變質、燒損，造成潤滑不良，容易燒瓦。③發動機過熱后，其各部機件潤滑條件惡化，破壞了零件間的配合間隙，加劇磨損或因受熱膨脹卡滯，損壞機件（如常見的活塞環拉缸、活塞裙部燒結咬死等）。④燒壞缸蓋上的水道與油道的膠圈，燒壞缸套的防水膠圈；⑤受熱零件的熱應力增大，氣門座易變形引起氣門燒損，使缸蓋在氣門座之間的鼻部產生熱裂。⑥使水道不同程度變窄、流水不暢直至堵塞，造成局部機件溫度升高，造成傳動帶打滑、散熱器芯子脹裂而漏水等。

三、水垢產生的原因

水垢的形成原因有兩種：物理變化和化學變化。物理變化主要是指隨著發動機的溫度升高，硬水中的大量礦物質諸如硫酸鈣之類呈過飽和狀態析出，粘附在冷卻系統內壁上形成水垢的；化學變化主要是指硬水中某些礦物鹽和雜質隨溫度的升高而發生化學反應，形成難溶解物質而沉積于冷卻系統內壁上，形成水垢。其化學方程式有：

碳酸鎂微溶于水，可繼續與水反應，生成更難溶的氫氧化鎂。

四、水垢的預防及除垢對策

（一）預防水垢的方法

水垢形成的根源在于水質問題，所產生的水垢主要成分是硫酸鈣和碳酸鈣等。因此減少水源中的礦物質金屬離子，軟化水質，是防止和減少水垢形成的關鍵。

1、煮沸法。硬水燒開后，礦物質會沉積下來，取上面的清潔水用作冷卻水加注，這樣就減少水垢的形成數量。此方法雖簡單，卻不能徹底軟化水。

2、物理法。常用物理法是在管路中安裝磁水器和高頻改水器，以改變冷卻水本身及所含雜質的物理特性，從而減少和防止水垢的形成。

安裝磁水器：其防止結垢的原理，是利用在磁場作用下水被磁化，改變水分子，即改變水中離子和由這些離子所形成的化合物的晶格結構，從而改變水中鈣、鎂離子的析出條件，使其不易結垢并形成松散水渣隨循環水排出。按磁場產生的方式可分為永磁式和電磁式。磁水器的特點是結構簡單、安裝和使用方便，但應定期測磁檢修。

安裝高頻改水器：其防止結垢的原理，是讓冷卻水以一定的速度通過由高頻振蕩器所產生的高頻電場，以改變水中結垢物質的性質，使其生成粘結性及附著力都很低的松散水渣，便于排污來達到防垢的目的。高頻改水器的特點是結構簡單、體積小、耗電少，使用方便。

3、加入軟化劑法。在須處理的硬水中，按每升水加0.5～1.5g碳酸氫鈉或每升水加0.6～0.7g氫氧化鈉的比例，添加軟化劑，攪拌沉淀后，用上面的清潔水注入冷卻系統中。其離子方程式為：

4、常年使用防腐劑（重鉻酸鉀K2Cr2O7）法。在冷卻液中經常加注重鉻酸鉀，既能起到防止水的腐蝕，也能減少水垢的產生。另外如康明斯發動機規定使用DCA冷卻液、卡特彼勒發動機規定使用加有防銹劑及防凍液的冷卻液，都能起到防止穴蝕、銹蝕、水垢及防凍作用。

終上所述，為使發動機冷卻系功能正常，控溫有效，水道不被堵塞，機件不被腐蝕，要求所用冷卻水應是經過軟化處理的干凈水。若不得已加注自來水、井水或河水等硬水時，水質一定要好：水中所含的鈣、鎂類化合物要少，且無泥沙和其它沉淀物。除了要把住加注冷卻水這一關外，還須采取其它預防措施，如：不使冷卻系缺水、漏水，保持冷卻系的良好密封性，定期清洗發動機冷卻系等。為了除垢除銹，也可在冷卻水中加入適量的除銹除垢劑。以上這些措施都可預防或減緩產生水垢。

（二）水垢的清洗方法

1、機械法除垢

對使用中的發動機，清洗水垢前，可先拆去節溫器，將水從正常水循環相反的方向壓入（即從出水管壓入）冷卻系，直到放出的水清潔為止。此種機械方法極簡單，卻很難把水垢清洗干凈。

2、化學清洗法除垢

鑒于發動機水套的形狀比較復雜，一般不宜用機械方法清除水垢，只能采用化學方法除垢。水垢的主要成分是碳酸鈣和硫酸鈣，碳酸鎂和氫氧化鎂含量極少，它們可用化學反應來予以消除。下面就介紹一些實用的化學清洗方法：

（1）蘇打（Na2CO3）和水玻璃（Na2SiO3）混合清洗法

按每升水中加入40g蘇打和10g水玻璃配好清洗液。然后把清洗液灌入冷卻系，開車運轉到出水溫度60oC以上，繼續運轉兩小時左右停車，然后放出清洗液。待發動機冷卻后，用清潔水清洗兩次，排凈后再灌入冷卻水開車運轉，使出水溫度達到75oC以上，停車放掉污水，最后灌入新的冷卻水使用即可。

（2）磷酸三鈉（Na3PO4）清洗法

先起下節溫器保護，再向水箱加入事先配好的磷酸三鈉溶液（按每升冷卻水加10%的磷酸三鈉溶液50～80ml比例），然后起動發動機運轉十幾分鐘后，停機不用；經過一晚上后，放掉冷卻液；再加同樣用量磷酸三鈉溶液，做法同前。如此重復幾次，最后將冷卻系溶液放出，并用清水沖洗兩次，水垢即可消除。其化學方程式如下：

注：以上生成物中鈉鹽易溶于水，磷酸鈣疏松易沖洗掉，磷酸鎂則像泥渣一樣極易沖去。這種方法對缸體不會有腐蝕，因此適用于一切發動機，且清洗效果較理想。

（3）磷酸（H3PO4）清洗法

在每升水中加入100g磷酸和50g鉻酐，攪拌后注入水箱中，浸泡1h后，起動發動機運轉20min，放凈清洗液并用清水沖洗幾次即可。

（4）硅酸鈉（Na2SiO3）清洗法

按每升水加15g硅酸鈉（俗名：水玻璃）和洗衣粉2g的比例配好溶液，然后將它加入冷卻系，使發動機正常運轉1h左右，最后放凈清洗液并用清水沖洗幾次即可。

（5）鹽酸（HCl）清洗

取下節溫器，將冷卻水配成5%-8%的鹽酸溶液，再加入3～4g/L的LD緩蝕劑，加熱至 60oC 后加入冷卻系。然后起動發動機，怠速運轉1h左右，放出清洗液后，再用清水沖洗3-4次即可。其化學方程式如下：

注：鹽酸本身具有去油垢能力，可使冷卻系清洗很干凈。加入一定量的緩蝕劑，是使其吸附在金屬表面形成一層薄膜，保護金屬免受腐蝕，并可分解鐵銹，起到清除鐵銹的作用。

（6）氫氧化鈉（NaOH）清洗法

清除時可按 10L水加 750g燒堿、150g煤油的比例配制清洗液，注入水箱并讓發動機運轉 8～10h后放凈，另加清水運轉20min，一般情況下水垢便可除去。其化學方程式如下：

注：以上生成物中，碳酸鈉、硫酸鈉易溶于水，氫氧化鈣渾濁而不沉淀，用水可沖掉。

（7）碳酸鈉（Na2CO3）清洗法

按10L水中加入純堿1kg、煤油0.5kg的比例配好清洗液，加入冷卻系中浸泡10h左右，讓發動機怠速運轉0.5h，直至溶液沸騰時放出，再用清水沖洗3-4次即可。

（8）鹽酸（HCl）和氫氧化鈉（NaOH）交替清洗法

先用8%的鹽酸與水攪拌均勻后加入水箱，啟動發動機，溫度保持在70℃，運轉40min后放出清洗物；然后關閉水閥，加入8%的苛性鈉溶液，重新啟動發動機，運轉40min后放出全部清洗物；最后用清水進行沖洗，直至放出的水變清后，再將汽缸水套檔板拆下，清除沉淀的污垢。

（9）除垢劑清洗法

根據不同車型，向冷卻液中加入一定數量的除垢劑，然后起動發動機運轉8h后將溶液放出；再用清水反復沖洗至從機體放水閥中流出的沖洗水不發滑為止，最后換上新的冷卻液。

（10）被膜劑清洗法

被膜藥劑溶于水后，便形成了一種膠態負離子，這種膠態負離子與水垢層內鈣、鎂化合物進行離子交換，使垢層中的一部分不溶物變成了可溶物進入水中，然后水垢層就不斷減薄和疏松，形成中空的多孔狀物質，在金屬表面的附著力就會明顯下降，很容易脫落下來，再通過外界水的強力沖刷，來達到除垢的目的。

此方法是把容水量6%的被膜劑直接倒入水箱內，然后蓋上水箱蓋，讓機械正常運行300h以后，將水箱內的冷卻水全部放出，用清水沖洗冷卻系水道。原水垢通過被膜劑的作用會松脫下來或在內部溶解，然后在內壁上形成一層保護膜，把金屬與水隔開，起到防止結垢及腐蝕的作用。因此采用被膜劑清洗法既能除垢又能防垢。

使用上述10種清洗方法需要補充的是：①在給發動機除垢時，應注意所選的溶液一定要適合水垢的性質，且不會對缸體產生腐蝕。因此鋁合金缸體、缸蓋不能采用鹽酸、碳酸鈉、氫氧化鈉清洗法，以免其表面遭受腐蝕。應采取磷酸三鈉、磷酸、硅酸鈉清洗法才行。②水套和散熱器水垢的清洗最好分開進行，以免缸體水套內的鐵銹或水垢堵塞散熱器水管、芯子。因此在不解體發動機清洗水垢時，要時刻注意儀表盤的水溫表變化，若水溫超過 95oC 時應停止清洗，檢查散熱器是否被堵塞，并采取一些補救措施。③發動機大修時，不可忽略清洗水垢，應把解體后的發動機冷卻系零件放在蒸煮池內高溫蒸煮或用清洗機噴洗法除垢。也可用化學方法，即將散熱器置于較稀的氫氧化鈉溶液（2～3%濃度）；鑄鐵缸體、缸蓋在較濃的氫氧化鈉溶液（15%濃度，溫度60～70oC）中浸泡一晚，以清除水垢；鋁合金缸體、缸蓋，應置于磷酸三鈉、硅酸鈉或磷酸清洗液中清洗。④一般發動機在使用三個月或累計工作 500h以后，應清洗冷卻系內的水垢。

連慶勇（1971-），男，福建龍巖人，學歷：本科，研究方向：工程機械。