發動機拉缸的原因分析

黃玉春

發動機拉缸就是指氣缸內壁在活塞環的運動范圍內出現明顯的縱向機械劃痕和刮傷，嚴重時發生熔著性磨損，造成發動機啟動困難或者自行熄火的故障。拉缸是發動機的一種重大事故。拉缸的根本原因是氣缸內壁與活塞環、活塞之間難以形成油膜，因而造成潤滑不良，甚至出現干磨擦的現象。

發動機在工作時，活塞及活塞環在汽缸內做高速往復運動。受混合氣燃燒產生的巨大膨脹推力，活塞及活塞環通過機油所形成的油膜與汽缸內壁緊密接觸。在正常情況下，由于油膜的隔離和緩沖作用，活塞及活塞環并不與汽缸直接接觸，但是，在某些特定的情況下，兩者會直接接觸，發生滑動摩擦，并產生大量的熱量，若散熱條件得不到有效改善，可能會融化活塞、活塞環或汽缸內壁金屬表面，使滑動摩擦面融合在一起，在活塞的高速運動中產生縱向拉痕，嚴重時兩者抱死，即發生所謂的拉缸現象。其主要原因有以下幾個方面。

1、發動機初期磨合不足，高速運行引起的拉缸

對于剛剛組裝的新發動機，看似光滑的汽缸內表面和活塞、活塞環的外周表面，實際上是由無數微米級的高低不平的突起組成的，在發動機真正可以隨心所欲地運轉之前，必須對配合表面進行初期磨合，削去突起的尖峰，使表面光滑，受力均勻，滑動時不相互咬合，運轉才能滑暢。因此，新發動機在組裝后必須進行一定程度的磨合。否則，在活塞、活塞環與汽缸配合面上的較高的突起上，將承受集中載荷，其單位面積的壓力非常之大，摩擦后溫度上升，突起軟化、融化、以致拉缸。

2、活塞過熱引起的拉缸

當活塞過熱時會發生局部的異常膨脹。由于活塞變形，活塞環槽扭曲成波浪狀，活塞環與活塞環槽短暫地甚至長時間咬合在一起，造成活塞環無法正常工作。這時，活塞環的棱緣部以極高的單位面積壓力與汽缸內壁直接接觸摩擦，使活塞環不但喪失了密封燃燒氣體的功能，并且破壞了汽缸內壁上的機油油膜，從而引起拉缸。

造成活塞過熱的原因主要有：

①汽油油質差，造成混合氣異常燃燒而產生高溫；

②供油系統、點火設定或調整不良，造成混合氣異常燃燒而產生高溫；

③活塞本體設計不良或活塞鋁件致密度差，使從活塞向汽缸的熱傳遞不充分而造成的活塞過熱；

④發動機外部冷卻不充分而造成的過熱。

3、活塞環游隙不當引起的拉缸

發動機在運轉時，其燃燒室內往往不可避免地產生積碳。雖然機油和活塞環具有清除積碳的功能，但是，對于堆積在活塞環槽內，特別是第一道氣環槽內的積碳的清除是非常困難的。當活塞環槽內的積碳逐漸增加時，就會給活塞環帶來不當的側隙和背隙，妨礙活塞環的活動，給活塞環施加異常的壓力，使活塞環與汽缸內壁直接接觸摩擦，從而引起拉缸。

燃燒室產生積碳的原因主要有以下幾種情況：

①使用的汽油油質較差；

②混合氣異常燃燒；

③供油系統的混合氣過濃；

④點火系統特別是火花塞點火故障；

⑤汽缸內壁上的機油殘留過多；

⑥從汽缸蓋向燃燒室內滲漏機油。

4、活塞與汽缸的間隙不當引起的拉缸

由于汽缸內徑和活塞、活塞環外徑尺寸加工精度不良等原因，使得活塞與汽缸之間的間隙不當引起拉缸。間隙過小時，活塞與汽缸接觸壓力增加乃至抱死；間隙過大時，則活塞頭部的擺動量加大，活塞頭部及裙部與汽缸部分接觸，或者活塞環棱緣部與汽缸部分接觸，單位面積壓力非常高，從而引起拉缸。

5、活塞和汽缸的表面形狀不良引起的拉缸

在發動機工作時，活塞、汽缸兩者的接觸表面的理想形狀應是圓柱形，使兩者各處均勻接觸，防止產生大面的壓力。由于熱脹冷縮的作用，在常溫下，活塞裙部的形狀在縱向上呈酒桶狀，而在橫向上則呈橢圓狀。這種復雜的幾何形狀有著很高的精度要求。但是，由于設計、制造加工或材料等方面的原因，有可能引起形狀不理想而造成拉缸。

其主要原因有：

①活塞裙部加工精度不足造成形狀變形；

②汽缸內表面形狀加工不良（圓度、圓柱度超差）；

③活塞銷外徑或者活塞銷孔內徑加工精度不足，導致兩者之間的間隙太小，或兩者之間夾有異物，使得發動機運轉后活塞銷膨脹而與銷孔抱死，妨礙活塞裙部在銷孔方向上的膨脹，從而致使裙部無法達到理想形狀；

④活塞裙部結構設計不良導致剛性不足時，裙部前后受力面受壓變形凹陷，使得裙部側面45°方向上局部受力增加而拉缸；

⑤汽缸缸套結構設計不良或材料不良引起汽缸變形，使得活塞與汽缸在上止點附近配合過緊，摩擦力增大，從而引起拉缸。

6、表面處理不良引起的拉缸

從材料的角度看，活塞、活塞環在汽缸內高速運動，摩擦生熱，嚴重時會使金屬表面融化而粘接在一起，因此，一般要對活塞、活塞環甚至汽缸內表面進行各種表面處理，如鍍鉻、鍍鎳、噴鉬、氮化、磷化、PVD（物理氣相淀積）等，使其表面覆蓋一層高熔點材料，從而達到不易產生高溫融合的目的。但是，如果表面處理不良，如鍍層厚度不足、附著性差等，則活塞及環與汽缸發生高溫融合，便不可避免。

7、機油潤滑失效引起的拉缸

發動機工作時，機油在汽缸和活塞、活塞環之間形成一層油膜，可有效避免兩者的直接接觸摩擦。但是，以下幾種情況會使機油不能充分發揮其潤滑的作用，從而導致拉缸：

①機油量不足。顯而易見，當機油量加入不足，發動機在運行過程中機油不斷消耗而得不到及時補充時，無法建立其足夠厚度的油膜而拉缸。

②機油乳化。特別是在冬季，當發動機熄火后溫度降低，汽缸筒下部和曲軸箱內（從通氣管吸入）的空氣中的水分凝結成水混入機油中，就會逐漸導致機油的乳化。同時，從燃燒室中泄漏的混合氣也在不斷地融入機油，促進機油的乳化。乳化后的機油濃度變稀，使機油變質，不易在汽缸和活塞、活塞環之間建立起有效的油膜。

③機油牌號選擇不當。根據地域、季節的不同應選擇適當牌號的機油，如果選擇不當，在冬季機油過粘，流動性差，或者在夏季機油過稀，都會導致潤滑不良。

8、異物、雜質引起的拉缸

當汽缸與活塞、活塞環之間有硬質異物時，異物起到研料的作用，使兩者表面加速磨損，嚴重時拉缸。

異物來源主要有以下幾個方面：

①發動機部品清洗不干凈而帶入的灰塵等異物；

②發動機部品上殘留的毛刺；

③發動機運轉過程中研磨下來的鐵屑、鋁屑；

④空濾器過濾不良而隨空氣進入的灰塵；

⑤機油、混合氣燃燒不充分所產生的積碳；

⑥消聲器噴砂處理時殘留在消聲器內的鐵砂被倒吸入燃燒室。