發動機拉缸淺析

金 寧

(南京飛燕活塞環股份有限公司)

0 前言

發動機動力不足，拆機后往往發現活塞環在缸套內閉口間隙變大 (見圖1)，拆下活塞環后也能觀察到活塞環的上下平面及外圓明顯磨損，嚴重的時候，活塞環外圓表面的鍍層也被磨損掉，更為嚴重的磨損是活塞環被磨損的只剩下很薄的一點(見圖2)，同時，缸套在第一道氣環運行的上止點，通過觀察和觸摸，可以感覺到有明顯的磨損后出現的臺階 (見圖3)，使用者及維修人員便認為故障的原因是活塞環不耐磨。其實，出現這種早期磨損的非正常狀況，絕大多數是發動機前期就出現了拉缸，而使用者感覺到一些異常 (發動機無力、下竄氣量增大、機油耗增加、機油溫度升高等)卻不及時去維修，到了狀況非常明顯不得不維修時，看到的只是活塞、活塞環和缸套的磨損。

圖1

圖2

這里，有必要先把發動機拉缸再次說明一下:發動機拉缸，是指氣缸內壁在活塞、活塞環的運動范圍內出現明顯的縱向或團狀機械劃痕和蹭傷(見圖4)，嚴重時發生熔著性磨損，造成發動機動力不足、燒機油、啟動困難或自行熄火的故障。

圖3

圖4

拉缸是發動機的一種重大事故。絕大多數拉缸的原因是發動機運行狀況異常造成拉缸，當然，也有發動機零部件產品質量問題、使用者人為因素等原因造成的拉缸。總之，無論什么原因，通常的拉缸，是氣缸內壁與活塞環、活塞之間難以形成均勻有效的油膜，因而造成氣缸壁潤滑不良，甚至出現干磨擦，最終導致拉缸直至磨損。

1 發動機拉缸原因

發動機制造廠在發動機出廠前，要進行出廠前的性能測試，發現異常后會及時拆機檢測，常常會發現這樣的前期輕微拉缸現象 (見圖5)，如果繼續運行下去，大多數的輕微拉缸會變成嚴重拉缸和磨損。

圖5

當然，拉缸的因素很多，也很復雜，難以判斷，我長期從事發動機領域的工作，現場參與了大量的發動機的拆機、維修、分析和研討，我個人以為，造成發動機拉缸的原因歸納起來，大致歸類為三個大的方面:

1.摩擦副 (活塞、活塞環、缸套)零件設計和質量問題 (崩缺，斷裂，開裂，卡死，變形、干涉等等)造成拉缸;

2.操作、使用、維護維修不當造成拉缸;

3.發動機自身故障及其他零部件質量問題造成拉缸。

2 發動機拉缸原因拆解說明

2.1 摩擦副零件設計和質量問題造成拉缸

1)活塞頭部偏擺嚴重或活塞裙部變形不正常，出現非正常接觸或刮蹭，破壞油膜，造成拉缸(見圖6):

圖6

2)活塞環彈力 (尤其是油環)設計偏大，形成的油膜過薄;造成拉缸;

3)活塞、活塞環和缸套出現了崩缺、破損、開裂、斷裂、卡死，干涉，從而造成拉缸 (見圖7);

4)活塞環表面處理結合強度不好，如鉻層剝落造成拉缸;

5)活塞裙部表面粗糙度差、活塞環外圓面粗紋 (珩磨不徹底)、缸套網紋質量差造成拉缸

6)摩擦副三隙 (活塞環閉口間隙、活塞環與活塞的環槽形成的背隙、側隙)過小，造成活塞環開口閉死、和活塞環槽相互干涉、活塞環卡死在環槽造成拉缸;

圖7

7)缸套失圓，橢圓度大，下竄氣過大破壞油膜造成拉缸。

8)活塞裙部中凸變橢圓設計不合理，受熱后變形不好，造成拉缸 (見圖8):

9)活塞銷孔位置偏移度過大，偏擺嚴重造成拉缸 (見圖9);

圖8

圖9

2.2 因操作、使用、維護、維修不當造成的拉缸

1)安裝錯誤，活塞或活塞環方向裝反:活塞銷孔中心線通常是偏離活塞中心線平面的，這種活塞銷偏置的方向不能裝反，否則換向敲擊力會增大，使裙部拉缸受損 (見圖10)。同樣，一些活塞環也有方向性，這與活塞環的表面處理及外圓表面形狀有關，尤其目前第一道活塞環很多情況下均為半鑲嵌度，如果裝反，會影響到油膜或直接造成拉缸 (見圖11);

圖10

圖11

2)長時間超負荷，發動機高溫度場破壞油膜造成拉缸，或高溫使活塞變形，活塞環卡死在活塞的環槽內造成拉缸 (見圖12);

圖12

3)不及時清理空濾器，使過濾效果變差，空氣中的塵埃、砂子等雜質吸入氣缸內，形成磨料拉缸或磨損;

4)潤滑油缺失，使用劣質或變質機油，形成不了有效油膜造成拉缸;

5)磨合不良。新機或大修后的發動機，在氣缸套、活塞和活塞環等零件表面存在許多微觀凹凸不平，潤滑油膜較難形成。如果未經磨合立即投入大負荷運轉，則容易引起拉缸等事故;

6)經常低溫啟動、轟油門，非正常操作造成爆燃爆震，都會使油膜破壞造成拉缸;

7)修配摩擦副，材料、表面處理、硬度等在裝配中出現匹配性錯誤造成拉缸。如鍍鉻缸套選用了鍍鉻活塞環 (最合理是用噴鉬活塞環);

8)維修鏜缸后，摩擦副零件配缸間隙過小或過大。均會造成拉缸。活塞與氣缸的配合間隙過小，活塞受熱膨脹后刮蹭氣缸，配缸間隙過大下竄氣大破壞油膜造成拉缸;

9)氣缸在裝配過程中變形，或者在維修時，不更換已經磨損的氣缸，只換活塞環和活塞，使得下竄氣過大破壞油膜造成拉缸;

10)冷卻系統維護不善，使得發動機冷卻水溫高，發動機溫度場長期過熱造成拉缸。

2.3 因發動機故障或其他零部件質量問題造成拉缸

1)發動機點火或噴油提前角不正時，燃燒惡化，產生積碳結焦，活塞環卡死在環槽內造成拉缸(見圖13);

2)機體變形造成拉缸 (見圖14);

3)氣門撞擊活塞，使得活塞頭部變形造成活塞刮蹭缸套造成拉缸 (見圖15);

4)油泵壞或供油不足，無法形成有效厚度的油膜，干摩擦造成拉缸 (見圖16);

圖13

圖14

圖15

圖16

5)冷卻系統故障，水溫高，發動機溫度場過高，稀釋了油膜粘度，油膜變薄或破壞;

6)油泵壞或供油不足，無法形成有效的油膜造成拉缸;

7)進氣管漏氣或氣門導管松曠等原因，燃燒不完全，積碳、結焦、卡死造成拉缸;

8)活塞銷竄出、磨損;連桿拉瓦、開裂;曲軸、連桿位置度超差或變形等，均會造成敲缸和拉缸。

3 發動機拉缸預防措施

1、按照使用說明書的規定正確合理的維修，關注配缸間隙、活塞環的與缸套的閉口間隙、活塞環和活塞的側隙、背隙;預防裝錯零件或裝反;

2、按照要求進行初期磨合;

3、保持冷卻水正常溫度70℃ ～95℃，避免發動機過熱。冬季啟動前應采取預熱措施。

4、合理操作使用發動機，不要超負荷作業，不要亂轟油門，不要缺水啟動。

5、加強空氣濾清器的維護保養，嚴防灰塵吸入氣缸內。

6、維護好潤滑系統，不要使用劣質機油，保持機油油面高度避免缺油;

7、避免超速超負荷;

8、注意發動機出現異常狀況，及時維護維修。