發(fā)動機拉缸的原因分析

黃玉春

發(fā)動機拉缸就是指氣缸內(nèi)壁在活塞環(huán)的運動范圍內(nèi)出現(xiàn)明顯的縱向機械劃痕和刮傷，嚴重時發(fā)生熔著性磨損，造成發(fā)動機啟動困難或者自行熄火的故障。拉缸是發(fā)動機的一種重大事故。拉缸的根本原因是氣缸內(nèi)壁與活塞環(huán)、活塞之間難以形成油膜，因而造成潤滑不良，甚至出現(xiàn)干磨擦的現(xiàn)象。

發(fā)動機在工作時，活塞及活塞環(huán)在汽缸內(nèi)做高速往復運動。受混合氣燃燒產(chǎn)生的巨大膨脹推力，活塞及活塞環(huán)通過機油所形成的油膜與汽缸內(nèi)壁緊密接觸。在正常情況下，由于油膜的隔離和緩沖作用，活塞及活塞環(huán)并不與汽缸直接接觸，但是，在某些特定的情況下，兩者會直接接觸，發(fā)生滑動摩擦，并產(chǎn)生大量的熱量，若散熱條件得不到有效改善，可能會融化活塞、活塞環(huán)或汽缸內(nèi)壁金屬表面，使滑動摩擦面融合在一起，在活塞的高速運動中產(chǎn)生縱向拉痕，嚴重時兩者抱死，即發(fā)生所謂的拉缸現(xiàn)象。其主要原因有以下幾個方面。

1、發(fā)動機初期磨合不足，高速運行引起的拉缸

對于剛剛組裝的新發(fā)動機，看似光滑的汽缸內(nèi)表面和活塞、活塞環(huán)的外周表面，實際上是由無數(shù)微米級的高低不平的突起組成的，在發(fā)動機真正可以隨心所欲地運轉(zhuǎn)之前，必須對配合表面進行初期磨合，削去突起的尖峰，使表面光滑，受力均勻，滑動時不相互咬合，運轉(zhuǎn)才能滑暢。因此，新發(fā)動機在組裝后必須進行一定程度的磨合。否則，在活塞、活塞環(huán)與汽缸配合面上的較高的突起上，將承受集中載荷，其單位面積的壓力非常之大，摩擦后溫度上升，突起軟化、融化、以致拉缸。

2、活塞過熱引起的拉缸

當活塞過熱時會發(fā)生局部的異常膨脹。由于活塞變形，活塞環(huán)槽扭曲成波浪狀，活塞環(huán)與活塞環(huán)槽短暫地甚至長時間咬合在一起，造成活塞環(huán)無法正常工作。這時，活塞環(huán)的棱緣部以極高的單位面積壓力與汽缸內(nèi)壁直接接觸摩擦，使活塞環(huán)不但喪失了密封燃燒氣體的功能，并且破壞了汽缸內(nèi)壁上的機油油膜，從而引起拉缸。

造成活塞過熱的原因主要有：

①汽油油質(zhì)差，造成混合氣異常燃燒而產(chǎn)生高溫；

②供油系統(tǒng)、點火設定或調(diào)整不良，造成混合氣異常燃燒而產(chǎn)生高溫；

③活塞本體設計不良或活塞鋁件致密度差，使從活塞向汽缸的熱傳遞不充分而造成的活塞過熱；

④發(fā)動機外部冷卻不充分而造成的過熱。

3、活塞環(huán)游隙不當引起的拉缸

發(fā)動機在運轉(zhuǎn)時，其燃燒室內(nèi)往往不可避免地產(chǎn)生積碳。雖然機油和活塞環(huán)具有清除積碳的功能，但是，對于堆積在活塞環(huán)槽內(nèi)，特別是第一道氣環(huán)槽內(nèi)的積碳的清除是非常困難的。當活塞環(huán)槽內(nèi)的積碳逐漸增加時，就會給活塞環(huán)帶來不當?shù)膫?cè)隙和背隙，妨礙活塞環(huán)的活動，給活塞環(huán)施加異常的壓力，使活塞環(huán)與汽缸內(nèi)壁直接接觸摩擦，從而引起拉缸。

燃燒室產(chǎn)生積碳的原因主要有以下幾種情況：

①使用的汽油油質(zhì)較差；

②混合氣異常燃燒；

③供油系統(tǒng)的混合氣過濃；

④點火系統(tǒng)特別是火花塞點火故障；

⑤汽缸內(nèi)壁上的機油殘留過多；

⑥從汽缸蓋向燃燒室內(nèi)滲漏機油。

4、活塞與汽缸的間隙不當引起的拉缸

由于汽缸內(nèi)徑和活塞、活塞環(huán)外徑尺寸加工精度不良等原因，使得活塞與汽缸之間的間隙不當引起拉缸。間隙過小時，活塞與汽缸接觸壓力增加乃至抱死；間隙過大時，則活塞頭部的擺動量加大，活塞頭部及裙部與汽缸部分接觸，或者活塞環(huán)棱緣部與汽缸部分接觸，單位面積壓力非常高，從而引起拉缸。

5、活塞和汽缸的表面形狀不良引起的拉缸

在發(fā)動機工作時，活塞、汽缸兩者的接觸表面的理想形狀應是圓柱形，使兩者各處均勻接觸，防止產(chǎn)生大面的壓力。由于熱脹冷縮的作用，在常溫下，活塞裙部的形狀在縱向上呈酒桶狀，而在橫向上則呈橢圓狀。這種復雜的幾何形狀有著很高的精度要求。但是，由于設計、制造加工或材料等方面的原因，有可能引起形狀不理想而造成拉缸。

其主要原因有：

①活塞裙部加工精度不足造成形狀變形；

②汽缸內(nèi)表面形狀加工不良（圓度、圓柱度超差）；

③活塞銷外徑或者活塞銷孔內(nèi)徑加工精度不足，導致兩者之間的間隙太小，或兩者之間夾有異物，使得發(fā)動機運轉(zhuǎn)后活塞銷膨脹而與銷孔抱死，妨礙活塞裙部在銷孔方向上的膨脹，從而致使裙部無法達到理想形狀；

④活塞裙部結(jié)構(gòu)設計不良導致剛性不足時，裙部前后受力面受壓變形凹陷，使得裙部側(cè)面45°方向上局部受力增加而拉缸；

⑤汽缸缸套結(jié)構(gòu)設計不良或材料不良引起汽缸變形，使得活塞與汽缸在上止點附近配合過緊，摩擦力增大，從而引起拉缸。

6、表面處理不良引起的拉缸

從材料的角度看，活塞、活塞環(huán)在汽缸內(nèi)高速運動，摩擦生熱，嚴重時會使金屬表面融化而粘接在一起，因此，一般要對活塞、活塞環(huán)甚至汽缸內(nèi)表面進行各種表面處理，如鍍鉻、鍍鎳、噴鉬、氮化、磷化、PVD（物理氣相淀積）等，使其表面覆蓋一層高熔點材料，從而達到不易產(chǎn)生高溫融合的目的。但是，如果表面處理不良，如鍍層厚度不足、附著性差等，則活塞及環(huán)與汽缸發(fā)生高溫融合，便不可避免。

7、機油潤滑失效引起的拉缸

發(fā)動機工作時，機油在汽缸和活塞、活塞環(huán)之間形成一層油膜，可有效避免兩者的直接接觸摩擦。但是，以下幾種情況會使機油不能充分發(fā)揮其潤滑的作用，從而導致拉缸：

①機油量不足。顯而易見，當機油量加入不足，發(fā)動機在運行過程中機油不斷消耗而得不到及時補充時，無法建立其足夠厚度的油膜而拉缸。

②機油乳化。特別是在冬季，當發(fā)動機熄火后溫度降低，汽缸筒下部和曲軸箱內(nèi)（從通氣管吸入）的空氣中的水分凝結(jié)成水混入機油中，就會逐漸導致機油的乳化。同時，從燃燒室中泄漏的混合氣也在不斷地融入機油，促進機油的乳化。乳化后的機油濃度變稀，使機油變質(zhì)，不易在汽缸和活塞、活塞環(huán)之間建立起有效的油膜。

③機油牌號選擇不當。根據(jù)地域、季節(jié)的不同應選擇適當牌號的機油，如果選擇不當，在冬季機油過粘，流動性差，或者在夏季機油過稀，都會導致潤滑不良。

8、異物、雜質(zhì)引起的拉缸

當汽缸與活塞、活塞環(huán)之間有硬質(zhì)異物時，異物起到研料的作用，使兩者表面加速磨損，嚴重時拉缸。

異物來源主要有以下幾個方面：

①發(fā)動機部品清洗不干凈而帶入的灰塵等異物；

②發(fā)動機部品上殘留的毛刺；

③發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中研磨下來的鐵屑、鋁屑；

④空濾器過濾不良而隨空氣進入的灰塵；

⑤機油、混合氣燃燒不充分所產(chǎn)生的積碳；

⑥消聲器噴砂處理時殘留在消聲器內(nèi)的鐵砂被倒吸入燃燒室。