浅析发动机拉缸和判断经验

浅析发动机拉缸和判断经验

    发动机拉缸是一种常见的现象，由此酿成的事故也不少。因此研究发动机拉缸意义重大，了解水温过高、润滑系工作不良与燃油供给系工作不良的危害与成因，重视发动机的检查，是我们避免发动机事故，提高汽车使用寿命的根本。  
    发动机有些故障，如汽车行驶中发动机突然被抱死或活塞严重烧蚀，究竟是由水温过高引起，润滑系工作不良引起，还是燃油供给系工作不良引起，有时—下子不易界定清楚。
    下面本人根据实践经验，对发动机水温过高、润滑系工作不良与燃油供给系工作不良形成拉缸的原因分析和判断经验。
    一、问题的提出
    2003年2月某日，广州港某交管总站主管汽车维修工作的管理人员拿着四套上海495柴油发动机活塞及缸套零件来我校，要求我协助查找事故原因，分析事故责任，以便港口交管部门进行调解仲裁。港口交管部门向我提供的情况：
    1、该车在一次常规维护中，仅换了第一缸和第三缸的活塞环，没过几天便出现发动机动力不如维护前，同时有耗机油现象。
    2、驾驶员自报在使用中没有缺油、缺水，对发动机拉缸不能负责；但中途曾发现汽车机油警告灯亮 ，并加过机油。
    3、修理部门认为修理中没有镗缸、换活塞和活塞销，只进行了更换活塞环的作业．不会影响气缸与活塞间的配合间隙，至于拉缸，最可能的原因是活塞环的材质有问题；供应活塞环的材料配件部门认为。活塞环是从正宗厂家购进的活塞环，不存在品质问题；
    4、除拉缸外，连杆与曲轴轴承没有损伤。
    对四套活塞与缸套初步检查：气缸活塞顶部严重烧蚀，第1、2道活塞环被卡死在活塞环槽内，在气缸的上止口处粘结有活塞烧蚀后的金属残余物，缸壁有严重的蓝色拉缸拉痕，其余几缸活塞、缸套未见异常。从上述迹象，可以确定发动机是拉缸。  
    二、发动机拉缸原因分析
    拉缸是指气缸壁，活塞和活塞环三零件不正常粘熔痕迹，是对气缸故障的总称。气缸壁，活塞环及活塞的表面都有一定的硬度和表面粗糙度，三者在一定温度条件下相互配合工作，机油起着润滑、减摩冷却，清洗和密封的作用。若两个相对运动的表面由于滑动部位的润滑油膜受到局部的破坏，就会出现故障，形成拉缸。发动机拉缸的成因很多，主要是发动机冷却系的冷却效能、发动机机油的数量与质量、供给系的工作性能等，往往是造成发动机致命损伤。为缩小分析范围，我们主要从水温过高、润滑系工作不良与燃油供给系工作不良入手，分析事故原因。根据司机提供中途曾发现汽车机油警告灯亮，并加过机油这一情况来看，似乎拉缸是由润滑系工作不良引起的。但种种迹象表明，这种理由不成立，为慎重起见，我们细致讨论了发动机水温过高、润滑系工作不良与燃油供给系工作不良三个方面形成拉缸的原因。
    1、发动机水温过高的形成拉缸的原因分析
    柴油机工作时，冷却水的正常温度应保持在80℃~90℃，此时柴油机可发出最大功率，燃油消耗最经济，机件磨损也不大。如果冷却水的温度过高，柴油机的金属零件在长时间的高温作用下，强度、弹性和耐磨性会下降；同时，高温使零件膨胀变形，严重地影响配合零件的正常间隙，甚至卡死。冷却系水温过高形成拉缸的主要原因有：
    （1）发动机水量不足：冷却系缺水，使冷却水不能循环散热，造成发动机温度过高。冷却系缺水的原因有两种可能：一是冷却水在正常消耗中没有及时给予补充；二是冷却水严重渗漏。发动机正常工作时，冷却水温度应在80℃~90℃之间，此时会有部分冷却水被蒸发，若长时间不作补充，一旦水泵泵不上水，就会造成发动机因缺水而发生高温。如果冷却系密封性能遭受破坏，使冷却水严重漏失，造成缺水高温，如水泵水封处磨损过度、缸体出现裂纹。也能造成发动机高温。
    （2）水循环不良（节温器工作失灵）：节温器是自动调节冷却水的大小循环，使柴油机保持在最佳工作温度范围内。495柴油机采用蜡式节温器，安装在气缸盖右前端出水口处的节温器壳体内。节温器主阀开启温度为76±2℃，全开温度为86℃，阀门升程为8毫米。当柴油机走热后，水温达到76℃±2℃而大循环出水管无水流出时，说明节温器已发生故障，如果还处于小循环工作状态的话，水温会造成过高。
    （3）风量不足:风扇传动带过松或风扇裂损，使皮带打滑或断裂,造成风量不足而引起水温过高；
    （4）水质差：冷却水中若含有钙、镁和硫酸盐，容易在冷却系热传导的装置表面上沉积成水垢，若气缸水套内壁上沉积的水垢过多，就会变成水套的隔热层。此时，当柴油机转速提高、温度上升、负荷加重而需要迅速散热时，水垢不但不能迅速传热，反而起到保温的作用。因此，柴油机气缸的热量不能迅速传递到循环水中去，缸壁表面温度便会急剧上升，润滑油在高温下粘度下降使活塞环与气缸壁之间的摩擦系数增大，表面粗糙度受到破坏而拉缸。
    2、发动机润滑系工作不良形成拉缸的原因分析
    柴油机工作时，润滑系统是让活塞、活塞环与气缸套、活塞销与销座、各轴与轴承、正时齿轮等部位形成油膜，实现液体摩擦，达到减小摩擦阻力、清洗接触面、散热冷却、密封防腐等目的。如果发动机出现润滑系工作不良，加速机件表面得不到润滑，使机件处于高温状态而烧毁，烧了轴瓦抱了轴和形成拉缸等现象发生，因此，润滑油对发动机的运转至关重要，稍有不慎，会降低发动机的使用寿命。
    润滑系工作不良形成拉缸的主要原因有：
    （1）机油油量不足
    若机油油量不足，会使机油泵的泵油量减少而泵不上油，致使机油压力下降，曲轴与轴承会失去正常的润滑条件；另外，缸套与活塞也因飞溅的机油减小而造成干摩擦而拉缸。
    （2）机油变质
    由于高温与氧化的作用，即使在正常情况下，机油也会生成氧化物或氧化聚合物；机油若含有酸性化合物，不但使机油颜色变黑，粘度下降，而且对零件摩擦表面具有腐蚀作用，使各零件得不到正常的润滑而加大机件磨损。
    （3）机油粘度过低
    油膜容易破坏，在高温摩擦面上，不易形成足够厚度的油膜，机件得不到正常的润滑会增大磨损；同时密封作用不好，易使气缸漏气，降低功率，还易使废气窜入曲轴箱，机油受到稀释和污染。另外，加大了润滑油消耗量，粘度小的油密封不好，蒸发性又大，这样就容易使气缸壁上(特别是气缸壁上部的高温区)的机油窜入燃烧室造成烧机油，不但增大了润滑油的耗量，还造成燃烧不完全，排气冒黑烟的现象发生。
    （4）机油油温度过高
    当润滑油温度高于正常工作温度90℃以上时，润滑油温度升高而变得过稀、机油压力变低，使机油消耗加快，而且在机油上窜至燃烧室被烧掉的同时，还会产生大量的积炭和胶状混合物，窜入燃烧室的机油增多，使气环的开口处被胶结而张不开，从而导致机油上窜更加剧烈，机油消耗得更快，由于积炭而使燃烧室的有效工作容积减小；柴油机各润滑部位油膜易被破坏，运动副表面将出现半干摩擦甚至干摩擦；由于气缸的温度太高，缸壁上的润滑油容易烧焦、积炭，促使零件磨损加快，严重时会造成拉缸、抱轴和烧瓦等事故。
    3、发动机燃油供给系工作不良形成拉缸的原因分析
    柴油机燃料供给系的作用是根据柴油机的工况要求，燃料供给系应能定时、定量、定压地将柴油按一定的喷油规律喷入燃烧室且雾化质量良好并使其与燃烧室内的高温、高压空气迅速而良好地混合，边混合边燃烧膨胀，并且及时的把燃烧后的废气排出。如果发动机出现燃料供给系工作不良，会不易熄火、工作粗暴、冒黑烟、机件过热严重时形成拉缸等现象的发生。
    （1）喷油泵工作不良形成拉缸的原因
    1）供油时间过早：燃油几乎在压缩行程中全部喷入燃烧室，随着活塞上行，当气缸内的温度达到燃料的自燃温度时，燃料几乎同时发火燃烧，而部分燃油蒸气被废气包围着得不到氧气，在排气过程中遇到氧化而二次燃烧，过后燃烧容易使柴油机过热，严重时会造成拉缸等事故；
    2）供油时间过迟：燃油燃烧作功时间缩短，燃料在着火前，活塞己开始下行，又使气缸内的温度和压力下降，增加了着火延迟，燃烧在膨胀行程中进行，排气温度增高，冷却水热损失增加，引起功率下降，同时引起柴油机过热，严重时会造成拉缸等事故；
    3）供油量过大：喷油泵必须向喷油器供给相当高压力与燃油，以保证喷雾性能良好。如果喷油泵调节拉杆行程过大，会引起供油量过大而导致燃烧不完全，喷入气缸的柴油无法充分燃烧，并总有一部分柴油滞留至气缸的下一个压缩行程,油耗增大，冒黑烟，燃烧室内严重积炭，加速气缸、活塞和活塞环的磨损，发动机过热和出现敲击声响。
    （2）喷油器工作不良形成拉缸的原因
    ①喷油器压力过小：喷油器压力没有调试好（低于标准的压力9.8MPA—12MPA）、弹簧变软或折断、喷油器油嘴针阀卡死在不能停油的位置，喷的柴油无法雾化，喷油时间拖长。这样，喷入气缸的柴油无法充分燃烧，从而产生粗暴敲缸声并引起柴油机过热。          
    ②雾化不良：喷雾质量表示燃料喷散雾化的程度，一般是指喷散的细度和喷散的均匀度，喷散得越细，越均匀，说明喷雾质量越好。如果喷油嘴轴针和喷孔的磨损则引起油流截面积不规则扩大，导致喷油器的喷雾质量变坏。喷雾中夹有多条未雾化的细油流，将使燃油喷入气缸后不能在规定的时间内完全燃烧，形成过多的积炭，使柴油机启动性、动力性，经济性和排放指标都随之恶化。
    ③喷雾锥角不对：喷雾锥角过小时,由于燃油直接喷射到活塞顶面上，并仍保持液态流动，这样火焰扩展运动不活泼，火焰难以达到凹坑外面间隙区域，外围的空气利用率差，使性能下降；喷雾锥角过大时，油束喷到活塞顶隙部分，则凹坑里空气又不能充分利用，从而造成温度过高，所以应该有合适的喷雾锥角（495柴油机为4°）。
    三、发动机水温过高、润滑系工作不良与燃油供给系不良形成拉缸的特点比较
    为什么水温过高会拉缸呢？这主要原因是活塞直接与高温高压气体接触，工作条件十分恶劣，冷却高效能稍有变化，反应十分明显。2000多度的高温，常常把活塞头部烧熔；活塞的过度膨胀，润滑条件又变坏，是造成活塞拉缸的根本原因。
    至于润滑系工作不良，发动机一般有压力润滑和飞溅润滑两种润滑方式，一些要求润滑可靠性高的机件都采用压力润滑，如曲轴轴承和连杆轴承等。另一些要求润滑可靠性不十分高的机件，如活塞与气缸采用飞溅润滑的。一旦失油，首先先烧曲轴轴瓦和连杆轴瓦，再烧缸。
    那么燃油供给系工作不良呢? 一般对曲轴轴承和连杆轴承没有直接的影响,因为它们离热源远,又受到机油的冷却作用,实践证明只要机油足够, 燃油供给系工作不良不会引起烧瓦和烧轴的，而会造成工作粗暴、冒黑烟、机件过热严重时形成常常把活塞顶部烧熔。
    四、分析的结果与初步认定的责任
    从上述分析结合汽车“拉缸”和拆卸后的检查，我的诊断是；
    1、导致拉缸和气缸壁上止口粘结物是活塞顶部烧蚀后产生的；
    2、活塞顶部的烧蚀和缸壁有严重蓝色拉缸拉痕是高温造成的；
    3、如活塞环材质有问题，不会导致活塞顶部烧蚀，更不会造成气缸上止口处有金属物粘结；
    4、从其他气缸活塞环与环槽的配合间隙，检测出活塞环的开口均匀错开、侧隙、开口间隙、背隙、弹力等检测数据均在原厂技术标准范围内；
    5、如发动机水温过高形成拉缸的，4个气缸均应会不同程度地出现高温，由于其他气缸的气缸壁无受高温变色现象，所以第3缸活塞顶烧蚀不是缺冷却液所致。
    6、是否润滑系工作不良形成拉缸的，从曲轴主轴承、连杆轴承无拉伤及干磨和气缸壁上加工网纹清晰可见分析，拉缸与润滑油无关；
    7、喷油器没有校验调试，导致喷油雾化不良，是造成燃油供给系工作不良产生高温的主要原因。 我觉得一定要查找燃油供给系工作不良原因，为论证上述分析的正确性。
    许多有经验的专业人员和管理人员在现场观看了对第3缸喷油器在喷油器试验台上校试. 校试结果使大家一致同意第3缸喷油器是引起燃油供给系工作不良产生高温的原因以使活塞顶部烧蚀导致拉缸的分析.柴油机在压缩行程终了时由喷油器把来自高压油泵的高压柴油以雾状喷入气缸的。由于第三缸喷油器没有调试好压力，喷的柴油无法雾化，喷油时间拖长。这样，喷入气缸的柴油无法充分燃烧，并总有一部分柴油滞留至气缸的下一个压缩行程，导致柴油和进入气缸的空气一起压缩，柴油的自燃温度是200～300℃，此时气缸内的温度高达400℃，柴油能够自燃，活塞没有达到上止点在工作行程中就发生了工作粗暴，造成了的温度异常的高温，融化了活塞顶部粘缸，同时活塞环高温烧蚀卡死在活塞环槽上，造成拉伤缸壁，导致动力下降和烧机油现象的产生。高温拉缸他情况拉缸的不同之处在于气缸高温回火造成缸壁发蓝色，与拆检情况相一致。认同维修操作者违章操作是故障发生的主因，事故责任应由承修方承担。
    据后来了解，承修方承担了事故责任。


                                     （责任编辑：王囤）

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