发动机拉缸浅析

金 宁

(南京飞燕活塞环股份有限公司)

0 前言

发动机动力不足，拆机后往往发现活塞环在缸套内闭口间隙变大 (见图1)，拆下活塞环后也能观察到活塞环的上下平面及外圆明显磨损，严重的时候，活塞环外圆表面的镀层也被磨损掉，更为严重的磨损是活塞环被磨损的只剩下很薄的一点(见图2)，同时，缸套在第一道气环运行的上止点，通过观察和触摸，可以感觉到有明显的磨损后出现的台阶 (见图3)，使用者及维修人员便认为故障的原因是活塞环不耐磨。其实，出现这种早期磨损的非正常状况，绝大多数是发动机前期就出现了拉缸，而使用者感觉到一些异常 (发动机无力、下窜气量增大、机油耗增加、机油温度升高等)却不及时去维修，到了状况非常明显不得不维修时，看到的只是活塞、活塞环和缸套的磨损。

图1

图2

这里，有必要先把发动机拉缸再次说明一下:发动机拉缸，是指气缸内壁在活塞、活塞环的运动范围内出现明显的纵向或团状机械划痕和蹭伤(见图4)，严重时发生熔着性磨损，造成发动机动力不足、烧机油、启动困难或自行熄火的故障。

图3

图4

拉缸是发动机的一种重大事故。绝大多数拉缸的原因是发动机运行状况异常造成拉缸，当然，也有发动机零部件产品质量问题、使用者人为因素等原因造成的拉缸。总之，无论什么原因，通常的拉缸，是气缸内壁与活塞环、活塞之间难以形成均匀有效的油膜，因而造成气缸壁润滑不良，甚至出现干磨擦，最终导致拉缸直至磨损。

1 发动机拉缸原因

发动机制造厂在发动机出厂前，要进行出厂前的性能测试，发现异常后会及时拆机检测，常常会发现这样的前期轻微拉缸现象 (见图5)，如果继续运行下去，大多数的轻微拉缸会变成严重拉缸和磨损。

图5

当然，拉缸的因素很多，也很复杂，难以判断，我长期从事发动机领域的工作，现场参与了大量的发动机的拆机、维修、分析和研讨，我个人以为，造成发动机拉缸的原因归纳起来，大致归类为三个大的方面:

1.摩擦副 (活塞、活塞环、缸套)零件设计和质量问题 (崩缺，断裂，开裂，卡死，变形、干涉等等)造成拉缸;

2.操作、使用、维护维修不当造成拉缸;

3.发动机自身故障及其他零部件质量问题造成拉缸。

2 发动机拉缸原因拆解说明

2.1 摩擦副零件设计和质量问题造成拉缸

1)活塞头部偏摆严重或活塞裙部变形不正常，出现非正常接触或刮蹭，破坏油膜，造成拉缸(见图6):

图6

2)活塞环弹力 (尤其是油环)设计偏大，形成的油膜过薄;造成拉缸;

3)活塞、活塞环和缸套出现了崩缺、破损、开裂、断裂、卡死，干涉，从而造成拉缸 (见图7);

4)活塞环表面处理结合强度不好，如铬层剥落造成拉缸;

5)活塞裙部表面粗糙度差、活塞环外圆面粗纹 (珩磨不彻底)、缸套网纹质量差造成拉缸

6)摩擦副三隙 (活塞环闭口间隙、活塞环与活塞的环槽形成的背隙、侧隙)过小，造成活塞环开口闭死、和活塞环槽相互干涉、活塞环卡死在环槽造成拉缸;

图7

7)缸套失圆，椭圆度大，下窜气过大破坏油膜造成拉缸。

8)活塞裙部中凸变椭圆设计不合理，受热后变形不好，造成拉缸 (见图8):

9)活塞销孔位置偏移度过大，偏摆严重造成拉缸 (见图9);

图8

图9

2.2 因操作、使用、维护、维修不当造成的拉缸

1)安装错误，活塞或活塞环方向装反:活塞销孔中心线通常是偏离活塞中心线平面的，这种活塞销偏置的方向不能装反，否则换向敲击力会增大，使裙部拉缸受损 (见图10)。同样，一些活塞环也有方向性，这与活塞环的表面处理及外圆表面形状有关，尤其目前第一道活塞环很多情况下均为半镶嵌度，如果装反，会影响到油膜或直接造成拉缸 (见图11);

图10

图11

2)长时间超负荷，发动机高温度场破坏油膜造成拉缸，或高温使活塞变形，活塞环卡死在活塞的环槽内造成拉缸 (见图12);

图12

3)不及时清理空滤器，使过滤效果变差，空气中的尘埃、砂子等杂质吸入气缸内，形成磨料拉缸或磨损;

4)润滑油缺失，使用劣质或变质机油，形成不了有效油膜造成拉缸;

5)磨合不良。新机或大修后的发动机，在气缸套、活塞和活塞环等零件表面存在许多微观凹凸不平，润滑油膜较难形成。如果未经磨合立即投入大负荷运转，则容易引起拉缸等事故;

6)经常低温启动、轰油门，非正常操作造成爆燃爆震，都会使油膜破坏造成拉缸;

7)修配摩擦副，材料、表面处理、硬度等在装配中出现匹配性错误造成拉缸。如镀铬缸套选用了镀铬活塞环 (最合理是用喷钼活塞环);

8)维修镗缸后，摩擦副零件配缸间隙过小或过大。均会造成拉缸。活塞与气缸的配合间隙过小，活塞受热膨胀后刮蹭气缸，配缸间隙过大下窜气大破坏油膜造成拉缸;

9)气缸在装配过程中变形，或者在维修时，不更换已经磨损的气缸，只换活塞环和活塞，使得下窜气过大破坏油膜造成拉缸;

10)冷却系统维护不善，使得发动机冷却水温高，发动机温度场长期过热造成拉缸。

2.3 因发动机故障或其他零部件质量问题造成拉缸

1)发动机点火或喷油提前角不正时，燃烧恶化，产生积碳结焦，活塞环卡死在环槽内造成拉缸(见图13);

2)机体变形造成拉缸 (见图14);

3)气门撞击活塞，使得活塞头部变形造成活塞刮蹭缸套造成拉缸 (见图15);

4)油泵坏或供油不足，无法形成有效厚度的油膜，干摩擦造成拉缸 (见图16);

图13

图14

图15

图16

5)冷却系统故障，水温高，发动机温度场过高，稀释了油膜粘度，油膜变薄或破坏;

6)油泵坏或供油不足，无法形成有效的油膜造成拉缸;

7)进气管漏气或气门导管松旷等原因，燃烧不完全，积碳、结焦、卡死造成拉缸;

8)活塞销窜出、磨损;连杆拉瓦、开裂;曲轴、连杆位置度超差或变形等，均会造成敲缸和拉缸。

3 发动机拉缸预防措施

1、按照使用说明书的规定正确合理的维修，关注配缸间隙、活塞环的与缸套的闭口间隙、活塞环和活塞的侧隙、背隙;预防装错零件或装反;

2、按照要求进行初期磨合;

3、保持冷却水正常温度70℃ ～95℃，避免发动机过热。冬季启动前应采取预热措施。

4、合理操作使用发动机，不要超负荷作业，不要乱轰油门，不要缺水启动。

5、加强空气滤清器的维护保养，严防灰尘吸入气缸内。

6、维护好润滑系统，不要使用劣质机油，保持机油油面高度避免缺油;

7、避免超速超负荷;

8、注意发动机出现异常状况，及时维护维修。