內(nèi)燃機氣缸磨損原因和預(yù)防分析

高尚

摘要：只要氣缸在工作過程中，活塞發(fā)生運動，磨損現(xiàn)象就會發(fā)生。內(nèi)燃機氣缸在高溫、高壓、腐蝕和各種負荷下工作，要延長其使用壽命，就要系統(tǒng)總結(jié)其磨損規(guī)律，分析其磨損原因，提出相應(yīng)的預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機;缸磨損原因;預(yù)防措施

1氣缸磨損規(guī)律的探析

1.1氣缸磨損的原理分析

內(nèi)燃機活塞并不與氣缸壁直接接觸，通過多道活塞環(huán)與氣缸壁密封，摩擦面積減少，磨損的幾率就大大降低。同樣，活塞環(huán)也不與氣缸壁直接接觸，通過潤滑油實現(xiàn)減少摩擦的作用。因為在現(xiàn)實中，氣缸壁和活塞環(huán)都不能絕對光滑，所以在摩擦過程中，一部分不光滑的部分率先磨平。

發(fā)動機在工作的過程中，氣缸上部的潤滑條件較差（飛濺到氣缸壁上的經(jīng)活塞環(huán)帶到氣缸上部的機油較少），同時，由于氣缸壁上部與燃燒室相鄰，在高溫的影響下，進入缸壁的機油變稀，機油的黏度下降，在缸筒的表面不能形成良好的油膜，甚至機油可能會被燒蝕。這種潤滑不良，使活塞環(huán)與缸壁形成干摩擦或半干摩擦，加劇了磨損。

目前圍繞缸壁進行的處理主要是涂層處理，通過這些方式確保潤滑油的使用效率，如果這些措施還不行，那么就需要檢驗活塞環(huán)，氣門油封等，這屬于內(nèi)燃機大修的范圍，在拆除和處理的過程中也容易出現(xiàn)問題，如果處理不當(dāng)磨損同樣會增加。需要注意的是燃燒控制是一個不確定的過程，無論搭配進氣提前角和延后角或者點火提前角等方式，實質(zhì)上都不能實現(xiàn)最優(yōu)控制。盡管燃燒過程是循環(huán)的，其波動周期有規(guī)律可循，但是在循環(huán)過程中有諸多因素需要考慮，比如燃控當(dāng)量比、EGR、循環(huán)質(zhì)量產(chǎn)生的因素等。

1.2氣缸磨損的規(guī)律分析

盡管燃燒過程是不確定的，但是汽車發(fā)動機氣缸磨損存在規(guī)律，正常磨損是不均勻的，如果出現(xiàn)均勻磨損或者固定位置磨損，那么可能是出現(xiàn)某一部件的故障。一般來說，在活塞環(huán)區(qū)域會出現(xiàn)一個錐形磨損軌跡。氣缸磨損最嚴重的位置在上止點第一道活塞環(huán)的氣缸壁。在氣缸徑向截面內(nèi)，呈現(xiàn)不規(guī)則橢圓形的磨損，一般來說，進氣門對面的磨損最嚴重。如圖1所示，發(fā)動機的前后兩缸磨損最大，這是因為其冷卻強度大，長期在低溫下工作造成的。總體來說，氣缸軸向截面的磨損呈現(xiàn)出圓錐形，形成缸肩，徑向界面呈不規(guī)則的橢圓形，增大氣缸的圓度偏差。對于水冷內(nèi)燃機來說，第一缸前壁和最后一缸的后壁磨損作為嚴重。

圖1發(fā)動機磨損規(guī)律圖

2內(nèi)燃機磨損的原因分析

2.1基于氣缸工作原理帶來的機械磨損

機械磨損是不可避免的，其磨損程度和背壓力、側(cè)壓力、活塞環(huán)自身的彈力、材質(zhì)、加工精度和配合間隙等因素有關(guān)。典型代表包括背壓力給氣缸造成的錐形磨損，導(dǎo)致潤滑條件變差，形成干摩擦，隨著背壓力的逐漸減小，呈現(xiàn)出錐形模型。在側(cè)壓力下，高壓氣體通過活塞向量測產(chǎn)生壓力，氣缸壁左右兩側(cè)磨損較大，產(chǎn)生偏磨現(xiàn)象，因此產(chǎn)生橢圓形的磨損。由于精度、材質(zhì)和配合間隙等問題，氣缸磨損間隙增加，導(dǎo)致上部磨損較大。同樣，這也和內(nèi)燃機的設(shè)計尺寸有關(guān)，內(nèi)燃機在設(shè)計過程中會考慮熱變形，這是一種復(fù)雜的非線性作業(yè)狀態(tài)，因為氣缸在工作過程中不同的材料、機油、冷卻液在不確定條件下相互作用，缸套、缸體、活塞會產(chǎn)生各自的變形，設(shè)計上不能完善的考慮這些尺寸，因為由于這些機械原因而產(chǎn)生的變形是不確定的。因此，如果在設(shè)計中伸縮性過小，那么由于熱變形等應(yīng)力變化就容易磨損現(xiàn)象。

2.2操作不當(dāng)帶來的腐蝕和磨料磨損

冷啟動時，由于潤滑油的粘度高，在啟動過程中由于油多在底殼，因此會產(chǎn)生干磨，天氣越冷或者駕駛越激烈就會導(dǎo)致摩擦越為嚴重。對于有啟停技術(shù)的車輛，熱車機油變稀，熄火后機油流到底殼，再次發(fā)動時就會造成較大的磨損。如果在燃油中有雜質(zhì)或者空氣中有顆粒同樣會造成磨損現(xiàn)象，因此越是使用高標(biāo)號的燃油發(fā)動機的壽命越長。任何臟東西都會造成缸壁的磨損，尤其是我國一些小加油站，燃油品質(zhì)不過關(guān)，發(fā)生磨損的幾率就很大。另一個問題是發(fā)動機積碳，積碳的發(fā)動機不但燃燒質(zhì)量下降從而引起磨損，而且活塞環(huán)位移、失圓、卡滯等問題也會產(chǎn)生摩擦。一般情況下，在熱車過程中暴力駕駛，潤滑油沒有充分發(fā)揮作用，就會造成磨損現(xiàn)象。但是在冬季極低溫度下，如果熱車時間過長，又會造成積碳現(xiàn)象。短途駕車也會導(dǎo)致磨損現(xiàn)象的發(fā)生，比如非常短的距離，水溫還沒上來，在冷車狀態(tài)下運行，金屬間隙存在差異，機油粘度分布也不均勻，長期這樣開車對缸體損傷較大。

3減少氣缸磨損的措施

要減少缸磨損，首先要正確啟動車輛，避免因為機油粘度大導(dǎo)致啟動瞬間不能良好潤滑的缺點，因此在啟動車輛時，應(yīng)該讓發(fā)動機空轉(zhuǎn)幾圈，這樣其表面能夠充分潤滑。在啟動之后，發(fā)動機應(yīng)該緩慢怠速，機油溫度逐漸上升到40℃以后再起步，低檔起步，逐漸正常升檔，直到油溫升高之后，再進行正常行駛。同時確保發(fā)動機正常工作溫度在80℃到90℃左右，在溫度過低的情況下，氣缸壁的磨損會加劇。當(dāng)水溫降低到50℃時，氣缸壁的磨損會增加4倍，因此，平時要看住水溫，避免因為節(jié)溫器等器件損害造成大循環(huán)導(dǎo)致水溫降低，造成發(fā)動機氣缸磨損。當(dāng)溫度升高時，氣缸的抗磨損能力會明顯降低，在溫度極度升高時，甚至?xí)a(chǎn)生“脹缸”現(xiàn)象，因此水溫不宜過高。平時開車要減少暴力駕駛，結(jié)合操作的特點平穩(wěn)駕駛，減少因為駕駛帶來的損耗。

嚴格按照技術(shù)流程維修內(nèi)燃機，強化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，采用在線診斷和智能檢測等技術(shù)，多采用傳感器監(jiān)控內(nèi)燃機的狀態(tài)。在對內(nèi)燃機進行維修時，需要測量圓度誤差和圓柱度誤差來計算磨損量，使用設(shè)備為量缸表，以曲軸為坐標(biāo)，平行和垂直兩個方向進行測量，取上中下三個點位，上下第一個點位離氣缸上下段大約都在10mm左右。減少零件的裝配誤差，各種配件符合技術(shù)要求，連桿不能彎曲變形，避免發(fā)生偏磨現(xiàn)象。

要在設(shè)計上進一步創(chuàng)新，使用新工藝、新材料和新技術(shù)，結(jié)合新的算法進一步把握其故障特征。以材料方面為例采用鋁合金等材料比傳統(tǒng)鑄鐵材料熱脹冷縮效應(yīng)更加明顯，因此在可以設(shè)計上進行創(chuàng)新，在活塞塔頂做隔熱，在活塞裙邊做涂層耐磨，提升其耐磨性。

重視內(nèi)燃機的保養(yǎng)，要定期對燃油系統(tǒng)進行清洗，避免積碳現(xiàn)象，采用高效清洗劑等進行清洗，保證內(nèi)燃機最佳工作狀態(tài)。對水箱進行保養(yǎng)，清理水垢和銹跡，提升氣缸的散熱能力，減少因為散熱不好帶來的磨損。要加強對零部件的表面強化處理，提升其抗磨能力，保留交互交叉的細微網(wǎng)紋，對鑄鐵氣缸表明進行激光強化處理，提升表面硬度值，延長氣缸的使命壽命。在配缸過程中，嚴格按照技術(shù)要求，第一缸的間歇略大，最后一缸的間隙略小，保證各缸的磨損均勻。活塞環(huán)要保證其方向正確，“三隙”正常，特別要防止機油竄入燃燒室燃燒。

結(jié)束語

內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)高度復(fù)雜，這使之能夠在高溫、高速、摩擦、受力、震動等惡劣環(huán)境下持續(xù)作業(yè)。一般的發(fā)動機即使在大修之前也能跑50萬公里，這說明其磨損非常之小，甚至可以忽略不計，但是只要有摩擦就會產(chǎn)生損耗，為了進一步降低損耗，延長發(fā)動機壽命，就要對發(fā)動機磨損的原因進行分析。當(dāng)前內(nèi)燃機模塊化還沒有發(fā)展到一定水平，內(nèi)燃機的拆解可能面臨著更多的隱患，因此其大保養(yǎng)還存在很大的技術(shù)難題，所以在目前，改善設(shè)計的水平，提高加工的精度和改善機油的品質(zhì)。

參考文獻

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