李斌

摘 要：文章以奔馳OM441柴油發(fā)動機缸筒空氣穴蝕實例論述了的該類故障現(xiàn)象，同時分析造成柴油發(fā)動機缸套穴蝕損壞的機理及成因預(yù)防措施，以及對此類故障的預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：缸筒；穴蝕；故障分析

柴油發(fā)動機缸套穴蝕因其安裝位置在發(fā)動機缸體內(nèi)，日常的檢查手段不能有效及時發(fā)現(xiàn)其問題。但等發(fā)現(xiàn)問題時，可能已造成了嚴重損失，因此分析其成因、科學(xué)的使用和維護是解決此類問題的關(guān)鍵。

1 故障現(xiàn)象和排除故障過程

一型奔馳卡車發(fā)動機型號為OM441，發(fā)動機排列形式為V型，發(fā)動機缸數(shù)6缸，缸套為濕式缸套。在例行檢查時發(fā)現(xiàn)水箱缺少冷卻液，但發(fā)動機外部無滲漏，于是停機檢查，檢查該車冷卻系統(tǒng)及有關(guān)管路，無滲漏點，同時機油未見異常。但在檢查過程中，發(fā)現(xiàn)1、3、5缸的排氣管中后部伸縮節(jié)下有類似黑色液體滲出，滲漏液體蒸發(fā)后，判定滲液為水分及少量積碳，說明有異常數(shù)量水分在排氣管內(nèi)，結(jié)合冷卻液非正常減少，于是初步判斷為發(fā)動機缸床墊沖壞，缸筒進水。于是對該發(fā)動機1、2、3缸缸床墊進行更換，檢查更換下來缸床墊，未見水道密封有明顯損壞，安裝維修調(diào)試發(fā)動機，但隨后觀察中發(fā)現(xiàn)故障依舊，而且水箱中發(fā)現(xiàn)有白色油狀乳化物及發(fā)動機機油出現(xiàn)乳化現(xiàn)象。于是立即停機，對該發(fā)動機進行分解檢查，通過分解下來零部件，明顯可看出發(fā)動機1-3缸套明顯被穴蝕（見圖），且穴蝕下位置基本位于缸套中下。其中2，3缸缸套穴蝕蝕嚴重，其中二缸穴蝕深度可測量部位最深度能達到7mm以上。而缸筒壁厚約8毫米左右。

2 穴蝕的產(chǎn)生的機理

通常認為，穴蝕是震動表面上氣泡爆裂而產(chǎn)生的一種 潤現(xiàn)象。發(fā)動機在工作時，活塞往復(fù)運動過程中由于敲擊缸筒壁面生產(chǎn)振動，在缸套表面形成低壓區(qū)使冷卻液蒸發(fā)而產(chǎn)生氣泡；當氣缸壁向冷卻液靠貼時，缸壁表面上的壓力顯著增加，引起氣泡爆裂。當氣泡在震動中因不斷地受到擠壓而頻繁快速地破裂，形成了較大的沖擊波，在金屬表面局部區(qū)域產(chǎn)生極大的壓力，使金屬產(chǎn)生疲勞而逐漸脫落。這個過程反復(fù)進行，使從氣缸套金屬外壁一粒一粒地剝落下來，在相對固定區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)麻點或針孔狀，嚴重時表現(xiàn)為蜂窩狀空穴群（見圖二缸穴蝕），集中時類似海綿狀。

3 缸套穴蝕的危害

（1）導(dǎo)致冷卻液不足，嚴重不足時，影響發(fā)動機冷卻導(dǎo)致，發(fā)動機溫度過高。（2）少量水分入機油導(dǎo)致乳化，機油性能下降，造成抱瓦，曲軸可能需要更換，包括連桿瓦及曲軸軸瓦。（3）當水進入缸筒較多時，由于水的不可壓縮性，活塞運動行程將會變短從而導(dǎo)致發(fā)動機連桿彎曲或斷裂，極端條件下會造成斷裂連桿飛出擊穿缸體，導(dǎo)致缸體損壞的。（4）存在機油進入冷卻液污染冷卻液的危害。實例中的缸套，雖然侵蝕點還未銹透，但侵蝕點除冷卻水的壓力和水分自身 潤性，以及活塞下行產(chǎn)生的吸力，導(dǎo)致少量水分進入氣缸內(nèi)，同時活塞上行時，缸筒壁上油膜內(nèi)的機油及水份，可能壓入水道中，這也就是水箱內(nèi)為什么存在機油成分。

4 缸套穴蝕的主要原因

由于產(chǎn)生穴蝕的機理很復(fù)雜，但缸套穴蝕是主要有物理因素：振動引起的穴泡穴蝕；化學(xué)因素：冷卻液化學(xué)成分引起的電化學(xué)腐蝕；其他因素：使用因素；綜合作用而引起形成。

4.1 物理因素：發(fā)動機的高頻振動

通過穴蝕形成的機理，發(fā)動機高頻振動是缸套穴蝕的主要原因，加之氣缸套與活塞的間隙及缸筒自身的物理缺陷，進一步強化了這種振動。柴油機運轉(zhuǎn)中，活塞燃燒壓力及慣性驅(qū)動從缸套內(nèi)上、下止點運動，過程中產(chǎn)生了活塞向缸壁的側(cè)向壓力，導(dǎo)致由于活塞側(cè)傾擺動撞擊氣缸套壁，就會引起氣缸套壁振動和變形。進而產(chǎn)生穴蝕，且多發(fā)于發(fā)動機缸套中下、下部。

4.2 化學(xué)因素：電化學(xué)腐蝕

冷卻液選擇不當，對金屬的腐蝕作用，及經(jīng)常更換冷卻水因冷卻水中含有大量的空氣而加快穴蝕破壞。氣缸套的外壁受到電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕是由于缸套與缸體材料合金組織的差異而引起局部電解現(xiàn)象，電化學(xué)腐蝕后仍存留氧化鐵、碳化鐵等多相氧化層，腐蝕后的氣缸套壁面多呈蜂窩形狀。通過查閱該車使用檔案，該車使用過去質(zhì)量不高的防凍液及夏季有時補水使用自來水，一步增加了電化學(xué)腐蝕。

4.3 其他因素：使用因素

發(fā)動機使用過程中，冷卻液溫度經(jīng)常處于低溫狀態(tài)下，不僅增加缸套的電化學(xué)腐蝕，同時使活塞與缸套間隙增大，活塞敲擊和增加缸套振動。該車由于屬于內(nèi)場特種車輛，短途頻繁啟動，運行速度慢，負荷小，發(fā)動機溫度不高，可能增加穴蝕因素。此外發(fā)動機轉(zhuǎn)速的提高使慣性力增加，并增加了在單位工作時間內(nèi)活塞撞擊缸壁的次數(shù)，所以增加了穴蝕破壞。

5 防范措施

由于穴蝕的機理非常復(fù)雜，因此需要從生產(chǎn)制造、正確使用、科學(xué)維護三個方面進行預(yù)防。

5.1 生產(chǎn)環(huán)節(jié)的預(yù)防

減振是防止穴蝕的主要手段，因此在設(shè)計加工中，盡可能減少活塞和缸筒間隙，提高活塞的加工精度，提高缸套的剛度，缸套與缸體的配合尺寸合理。選擇適合的材料加工相關(guān)部件，以及通過特殊工藝處理增加缸套外表的抗腐蝕性。

5.2 采用正確的操作方式

柴油發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)應(yīng)保持冷卻液的溫度處于80-90度之間。同時發(fā)動機工作過程粗暴，單位曲軸轉(zhuǎn)角爆發(fā)壓力升高率增加，都容易產(chǎn)生穴蝕，因此要避免急速提升轉(zhuǎn)速，正常使用車輛。

5.3 科學(xué)維護

正確選擇合適的長效防凍液，嚴禁使用自來水替代冷卻液，在使用過程按標準及時更換添加，同時避免冷卻系統(tǒng)進入空氣和雜質(zhì)。

6 結(jié)束語

通過以上分析，說明車輛發(fā)動機缸套穴蝕故障排除時，要注意觀察，仔細分析，才能準確的排除故障。同時在柴油發(fā)動機從制造裝配、使用、維護各環(huán)節(jié)，充分考慮防止穴蝕產(chǎn)生因素，正確的設(shè)計制造，科學(xué)的使用維護，才能更好的預(yù)防穴蝕的產(chǎn)生。

參考文獻

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