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摩托车发动机汽缸异常磨损的分析及预防

放大字体  缩小字体 www.mopei8.com  2013-02-24  摩托车配件
核心提示:众所周知,摩托车发动机中主要用于作功的摩擦副为活塞、活塞环和汽缸等零件。它们之间的密封状态的好环、摩擦副之间的磨损正常与否对发动机功率的正常发挥起着极为重要的作用。其中汽缸的磨损尤为人们所关注。汽缸的磨损分为正常磨损和非正常磨损两种。本文拟对汽缸的非正常磨损(即异常磨损)的起因及预防作一探析,供大家参考。

(一)发动机在工作时,摩擦副的机件表面相互接触并作相对运动。尽管当今制造技术较高,零部件表面也非常精细,但在显微镜下观察,仍可看出其表面的“高坡”与“深谷”。当零部件作相对运动时,这些“高坡”、“深谷”将会阻碍和抵抗零件间的相对运动,这种阻抗就是我们平时所说的摩擦,摩擦的结果必然导致发动机相互运动的零部件的磨损。内燃机中的汽缸、活塞、活塞环的磨损现象是复杂的。一般来说,影响摩擦副磨损的主要因素有,摩擦速度和负荷大小,有无润滑剂、润滑剂的质和量,温度以及周围冷却介质的变化情况等。通常磨损的机理有以下几个方面。

1. 磨料磨损磨料磨损是由于摩擦面之间夹进了微小的坚硬异质颗粒而引起的。作为异质颗粒除了在内燃机运转时浮游于空气中的灰尘乘隙混入汽缸外,机油的变质、运动件表现摩擦剥落下来的金属末屑以及加铅汽油中四乙铅燃烧后产生的氧化铅等细粒异物也为数不少,还有一个容易使人忽视的是活塞环上存在残磁,在拆机维修时未能清洗干净,它会吸取磨屑而加速了汽缸缸壁的磨损。这些异质颗粒通常硬度较高,在摩擦面上总是嵌入在硬度较低的面上并固定下来,像锐利的刀口那样切削较硬的一面。从外观上识别磨料磨损时,可观察到汽缸内表面沿着活塞运动方向常有不均匀的平行的直线拉痕,个别大的磨料也可导致较大的拉痕。

2. 摩擦磨损摩擦磨损也叫微动磨损,它是在两个互相压紧在一起的表面之间作往复运动时产生的磨损。由内燃机原理可知,活塞及环在汽缸内作往复运动时,其速度从静止状态变化到最高速度达 30m/s 左右,而在工作循环的进气、压缩、作功、排气的行程中,汽缸内的压力变化很大,最高爆发压力达 4900kPa 。当发动机接近满负荷时,其燃烧室内瞬间燃烧温度高达 2000℃ ~ 2500℃ ,活塞顶部中心温度为 300℃ ~ 320℃ ,活塞裙部的温度也达 150℃ ~ 180℃ ,而汽缸的中上部温度则在 180 ~ 270℃ 之间。汽缸上部由于接近上止点,爆发压力最高,磨损也最大;汽缸下部处在工作行程的下止点,距燃烧室最远,温度也最低,所以磨损相对最小。基于这个原理,工厂在加工制造时特意将汽缸制成上小下大的正锥度(一般要求锥度为 ≤0.005mm )以抵消发动机工作的磨损形态。若气环开口间隙,活塞与汽缸的配合间隙过小和活塞环弹力过大或环与活塞的背隙过大都会增加摩擦副的接触压力。而机油粘度太低,又会使摩擦副之间油膜难以建立而引起窜气。这些不利因素都在不同程度上加大了摩擦磨损,严重时会产生大量的氧化磨屑,在摩擦面上出现轻微的氧化着色,有时还会呈现相当严重的被熔着的表面。

3. 腐蚀磨损腐蚀磨损是指油品中所含的侵蚀性物质和金属零部件发生电化学反应构成的酸性成分对其零件腐蚀而引起的磨损。其主要酸性物有一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、三氧化硫,它们分别由润滑油在使用过程中的氧化产物和燃油中的硫分以及氧化变质所引起的。倘若汽缸内表面没有形成完整的润滑油膜,机油内的酸性物在与汽缸内表面接触过程中,对汽缸表层金属进行腐蚀,在活塞及环的摩擦作用下,汽缸的表层金属脱落,即造成腐蚀性磨损。这种磨损一般发生在汽缸的上部,表面为较疏松的细小洞穴,特别是打光后更为明显。如果是镀铬汽缸就会出现所谓的“白斑”现象。

4. 熔着磨损熔着磨损俗称拉缸,也叫刮伤和咬合。当活塞环和汽缸之间发生烧结时,就是这种磨损。通常摩擦副的表现较为光滑,但微观看也呈凹凸不平的状态。所谓平滑面的接触,其实有效接触面积也不超过 0.01 %,在初期摩擦时负荷也只集中于凸起部分,单位接触压力很大,且因摩擦生热,温度不断上升。而汽缸壁、活塞及环的表面都具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,机油在其中起着润滑、冷却、清洗和密封作用。若因某种因素使活塞与缸壁之间的润滑油膜受到局部破坏,汽缸与活塞环组在润滑不良的情况下滑动时,两者就有微小部分金属面的直接接触,则两种金属由原来的液体摩擦变成固体间的干摩擦或半干摩擦。摩擦产生了局部高温,也就是人们常说的油膜破裂后产生的磨损。这种磨损在轻微时,摩擦面比较光亮且较平滑,而磨损严重时则在滑动面呈现划痕。倘若此时润滑状况得不到及时改善,则划痕增多并形成粗糙面,使之粘着、撕脱,逐步扩展在缸壁表面上,呈现熔融流动状态,显出不均匀不规则边缘的沟痕和皱褶,使活塞环和汽缸烧结在一起,最终导致拉缸。

(二)综上所述,几种磨损在发动机的实际使用中有时是同时存在且相互影响的,只是因使用条件和工作状态不同起主要作用的磨损方式不同罢了。不过有一点可以肯定,上面所述的异常磨损对汽缸、活塞、活塞环是极为有害的(尤其是汽缸)。据资料介绍并经实验证明,当磨损超过汽缸内径的 0.01 ~ 0.04 %或汽缸内径呈倒锥、腰鼓和椭圆形状时,燃烧室就会失去密封,从而引起大量的高温气体泄漏,这不仅影响发动机的动力性,也影响其经济性,并使润滑油在活塞与汽缸的壁部不完全燃烧而产生积碳,影响其散热,造成发动机过热而产生恶性循环:不正常的燃烧,活塞环失去了弹性以及摩擦副运动件加速磨损等一系列故障。因此对发动机汽缸的非正常磨损应引起人们足够的重视。为提高汽缸的耐磨性、延长其使用寿命,请切记以下几点注意事项。

1. 平稳度过磨合期每种型号车辆说明书都强调新车使用初期必须进行磨合(包括大修后的发动机),对车辆的车速及负荷均有所限制,以便在一种平和的环境中将不干点磨平,使接触面逐渐增大,慢慢承受由小到大的负荷。摩托车在磨合期内严禁超载,在任何挡位下发动机的转速不得超过该机最高转速的 60 %,还应视不同路况和不同季节合理调整车速并适时停车休息,以平稳地度过磨合期。

2. 正确使用油品一般来说,摩托车发动机热负荷和温度都较高,工作条件较汽车发动机要苛刻得多,因此对润滑油的质和量要求较高。如果不按使用说明书的规定合理选用润滑油,尤其是使用了低质和假冒伪劣油品将会引起发动机摩擦副的异常磨损,严重时将会导致拉缸。因为低质油品不是粘度过大就是粘度不足,粘度过大时,其流动性差,特别是低温启动时,机油不易快速到达摩擦表面,而形成干摩擦;粘度过低又会使机油压力难以建立,使润滑油供给不足,不能形成可靠的油膜。有的用户在保养车辆时误将两种牌号的机油混合使用,结果引起油品的氧化变质,从而失去润滑效果。还有的甚至不及时添加机油或机油变质后仍然继续使用,造成油位不足和机油老化,严重影响发动机的正常润滑。由于水分和酸性物对缸壁有腐蚀作用,因此在加注燃油时应选用硫分少、水分少的优质燃油,尽量使用无铅汽油,并注意对油品杂质过滤,以免细粒杂质进入汽缸,防止“病从口入”。

3. 改善运转条件摩托车在不同道路上行驶,因其路况有别,空气质量差异较大。实验表明,在路面干燥的一级公路上空气含尘率仅为 0.01g/cm 3 ,而在土路上的含尘率高达 0.45g/cm3 。模拟车辆在路上行驶的实际情况进行发动机台架试验,人为地让发动机吸入含尘率为 0.5g/m3 的空气,让其工作 25 ~ 100h 后,汽缸磨损极限值超过 0.3 ~ 0.5mm 。由此可见,改善发动机的进气质量、提高空气滤清器的滤清效果是防止汽缸异常磨损的一个重要方面,应引起人们的高度重视。在尘土较多地区行驶的摩托车要适时缩短保养周期。若滤心破损或堵塞严重无法清洁时,应及时更换,决不能勉强凑合使用,以免后患无穷。

4. 合理使用添加剂 20 世纪 80 年代末期,被誉为“零性磨损”的广谱金属膜修复型第四代添加剂产品,以其适用范围广、使用周期长、质量性能稳定等综合优势走向市场并得到广泛应用。此种添加剂内含银、钡、镁、镍、钠等十几种金属元素,被称为超级聚合物“ TM ”。www.mopei8.com 它在高温摩擦条件下以机油 1/30 的分子量渗进金属的微观表面,形成柔韧的金属化合物牢固吸附在金属摩擦表面,并在接触压力作用下,自动使凹陷部位得到填补,金属表面得到微抛光,形成一层具有自润滑性质的金属化合物保护膜,因此金属的实际摩擦面被分离,减小了摩擦系数,大大降低了宏观摩擦阻力和磨损量,摩擦温度也降低到一定程度,从而达到“零性磨损”延长机件使用寿命的目的。市场上的添加剂以“ JB 保护神”居多且效果甚佳。譬如:

a.ETU-4 引擎促进剂(用于 1000km 的初期磨合

b.HDV-23P 车神(用于磨合期后的正常行驶)

c.OTE-6A 引擎强力修复剂(用于摩擦副受损后的修复保护)

d.IEC-9 引擎内部清洁剂(不需解体,即可去除发动机内部及油道内的有害沉积物)以上品种的添加剂应按各型发动机曲轴箱机油容量的 5 %加注。使用方法为:加注前,先将曲轴箱内旧机油趁热机时放尽,注入选型优质摩托车专用机油,再将 JB 保护神按机油容量的 5 %注入曲轴箱内,启动发动机怠速运转约 5 ~ 10min (注意将中撑支起),再缓加油门,使发动机转速逐步提高。待机温升至约 50℃ 时,再挂入低挡,慢速行驶 1 ~ 2km 后即可投入正常使用。

注: 1EC-9 引擎内部清洁剂在使用时除按以上程序外,在正常行驶 1h 后(或累计运行)停车并趁热机状态时随脏油一起排放干净,最后再加入选型润滑油。

来源:摩托车杂志  作者:阮天林 
 
 
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