内燃机气缸磨损原因和预防分析

高尚

摘要：只要气缸在工作过程中，活塞发生运动，磨损现象就会发生。内燃机气缸在高温、高压、腐蚀和各种负荷下工作，要延长其使用寿命，就要系统总结其磨损规律，分析其磨损原因，提出相应的预防措施。

关键词：内燃机;缸磨损原因;预防措施

1气缸磨损规律的探析

1.1气缸磨损的原理分析

内燃机活塞并不与气缸壁直接接触，通过多道活塞环与气缸壁密封，摩擦面积减少，磨损的几率就大大降低。同样，活塞环也不与气缸壁直接接触，通过润滑油实现减少摩擦的作用。因为在现实中，气缸壁和活塞环都不能绝对光滑，所以在摩擦过程中，一部分不光滑的部分率先磨平。

发动机在工作的过程中，气缸上部的润滑条件较差（飞溅到气缸壁上的经活塞环带到气缸上部的机油较少），同时，由于气缸壁上部与燃烧室相邻，在高温的影响下，进入缸壁的机油变稀，机油的黏度下降，在缸筒的表面不能形成良好的油膜，甚至机油可能会被烧蚀。这种润滑不良，使活塞环与缸壁形成干摩擦或半干摩擦，加剧了磨损。

目前围绕缸壁进行的处理主要是涂层处理，通过这些方式确保润滑油的使用效率，如果这些措施还不行，那么就需要检验活塞环，气门油封等，这属于内燃机大修的范围，在拆除和处理的过程中也容易出现问题，如果处理不当磨损同样会增加。需要注意的是燃烧控制是一个不确定的过程，无论搭配进气提前角和延后角或者点火提前角等方式，实质上都不能实现最优控制。尽管燃烧过程是循环的，其波动周期有规律可循，但是在循环过程中有诸多因素需要考虑，比如燃控当量比、EGR、循环质量产生的因素等。

1.2氣缸磨损的规律分析

尽管燃烧过程是不确定的，但是汽车发动机气缸磨损存在规律，正常磨损是不均匀的，如果出现均匀磨损或者固定位置磨损，那么可能是出现某一部件的故障。一般来说，在活塞环区域会出现一个锥形磨损轨迹。气缸磨损最严重的位置在上止点第一道活塞环的气缸壁。在气缸径向截面内，呈现不规则椭圆形的磨损，一般来说，进气门对面的磨损最严重。如图1所示，发动机的前后两缸磨损最大，这是因为其冷却强度大，长期在低温下工作造成的。总体来说，气缸轴向截面的磨损呈现出圆锥形，形成缸肩，径向界面呈不规则的椭圆形，增大气缸的圆度偏差。对于水冷内燃机来说，第一缸前壁和最后一缸的后壁磨损作为严重。

图1发动机磨损规律图

2内燃机磨损的原因分析

2.1基于气缸工作原理带来的机械磨损

机械磨损是不可避免的，其磨损程度和背压力、侧压力、活塞环自身的弹力、材质、加工精度和配合间隙等因素有关。典型代表包括背压力给气缸造成的锥形磨损，导致润滑条件变差，形成干摩擦，随着背压力的逐渐减小，呈现出锥形模型。在侧压力下，高压气体通过活塞向量测产生压力，气缸壁左右两侧磨损较大，产生偏磨现象，因此产生椭圆形的磨损。由于精度、材质和配合间隙等问题，气缸磨损间隙增加，导致上部磨损较大。同样，这也和内燃机的设计尺寸有关，内燃机在设计过程中会考虑热变形，这是一种复杂的非线性作业状态，因为气缸在工作过程中不同的材料、机油、冷却液在不确定条件下相互作用，缸套、缸体、活塞会产生各自的变形，设计上不能完善的考虑这些尺寸，因为由于这些机械原因而产生的变形是不确定的。因此，如果在设计中伸缩性过小，那么由于热变形等应力变化就容易磨损现象。

2.2操作不当带来的腐蚀和磨料磨损

冷启动时，由于润滑油的粘度高，在启动过程中由于油多在底壳，因此会产生干磨，天气越冷或者驾驶越激烈就会导致摩擦越为严重。对于有启停技术的车辆，热车机油变稀，熄火后机油流到底壳，再次发动时就会造成较大的磨损。如果在燃油中有杂质或者空气中有颗粒同样会造成磨损现象，因此越是使用高标号的燃油发动机的寿命越长。任何脏东西都会造成缸壁的磨损，尤其是我国一些小加油站，燃油品质不过关，发生磨损的几率就很大。另一个问题是发动机积碳，积碳的发动机不但燃烧质量下降从而引起磨损，而且活塞环位移、失圆、卡滞等问题也会产生摩擦。一般情况下，在热车过程中暴力驾驶，润滑油没有充分发挥作用，就会造成磨损现象。但是在冬季极低温度下，如果热车时间过长，又会造成积碳现象。短途驾车也会导致磨损现象的发生，比如非常短的距离，水温还没上来，在冷车状态下运行，金属间隙存在差异，机油粘度分布也不均匀，长期这样开车对缸体损伤较大。

3减少气缸磨损的措施

要减少缸磨损，首先要正确启动车辆，避免因为机油粘度大导致启动瞬间不能良好润滑的缺点，因此在启动车辆时，应该让发动机空转几圈，这样其表面能够充分润滑。在启动之后，发动机应该缓慢怠速，机油温度逐渐上升到40℃以后再起步，低档起步，逐渐正常升档，直到油温升高之后，再进行正常行驶。同时确保发动机正常工作温度在80℃到90℃左右，在温度过低的情况下，气缸壁的磨损会加剧。当水温降低到50℃时，气缸壁的磨损会增加4倍，因此，平时要看住水温，避免因为节温器等器件损害造成大循环导致水温降低，造成发动机气缸磨损。当温度升高时，气缸的抗磨损能力会明显降低，在温度极度升高时，甚至会产生“胀缸”现象，因此水温不宜过高。平时开车要减少暴力驾驶，结合操作的特点平稳驾驶，减少因为驾驶带来的损耗。

严格按照技术流程维修内燃机，强化技术标准，采用在线诊断和智能检测等技术，多采用传感器监控内燃机的状态。在对内燃机进行维修时，需要测量圆度误差和圆柱度误差来计算磨损量，使用设备为量缸表，以曲轴为坐标，平行和垂直两个方向进行测量，取上中下三个点位，上下第一个点位离气缸上下段大约都在10mm左右。减少零件的装配误差，各种配件符合技术要求，连杆不能弯曲变形，避免发生偏磨现象。

要在设计上进一步创新，使用新工艺、新材料和新技术，结合新的算法进一步把握其故障特征。以材料方面为例采用铝合金等材料比传统铸铁材料热胀冷缩效应更加明显，因此在可以设计上进行创新，在活塞塔顶做隔热，在活塞裙边做涂层耐磨，提升其耐磨性。

重视内燃机的保养，要定期对燃油系统进行清洗，避免积碳现象，采用高效清洗剂等进行清洗，保证内燃机最佳工作状态。对水箱进行保养，清理水垢和锈迹，提升气缸的散热能力，减少因为散热不好带来的磨损。要加强对零部件的表面强化处理，提升其抗磨能力，保留交互交叉的细微网纹，对铸铁气缸表明进行激光强化处理，提升表面硬度值，延长气缸的使命寿命。在配缸过程中，严格按照技术要求，第一缸的间歇略大，最后一缸的间隙略小，保证各缸的磨损均匀。活塞环要保证其方向正确，“三隙”正常，特别要防止机油窜入燃烧室燃烧。

结束语

内燃机结构高度复杂，这使之能够在高温、高速、摩擦、受力、震动等恶劣环境下持续作业。一般的发动机即使在大修之前也能跑50万公里，这说明其磨损非常之小，甚至可以忽略不计，但是只要有摩擦就会产生损耗，为了进一步降低损耗，延长发动机寿命，就要对发动机磨损的原因进行分析。当前内燃机模块化还没有发展到一定水平，内燃机的拆解可能面临着更多的隐患，因此其大保养还存在很大的技术难题，所以在目前，改善设计的水平，提高加工的精度和改善机油的品质。

参考文献

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