气缸套故障预防与分析

2023-09-23 理论教育版权反馈

【摘要】：空气滤清器长期得不到清洗保养，会使滤清效果差，将加速气缸套的磨损。使空气滤清器、机油滤清器和燃油滤清器保持良好的工作状态，对减轻气缸套的磨损至关重要。究其原因，多是对气缸套结构认识不清所造成的。

1.气缸套异常磨损的原因分析与预防

柴油机气缸套和活塞环是在高温、高压、交变载荷和腐蚀的情况下工作的一对摩擦副。长期在复杂多变的情况下工作，其结果是造成气缸套磨损变形，影响了柴油机的动力性、经济性和使用寿命。认真分析气缸套磨损变形的原因，对于提高柴油机的使用经济性有十分重要的意义。

（1）气缸套磨损的原因分析气缸套的工作环境十分恶劣，造成磨损的原因也很多。通常由于构造原因允许有正常的磨损，但使用和维修不当，就会造成非正常磨损。

1）构造原因引起的磨损。

①润滑条件不好，使气缸套上部磨损严重。气缸套上部邻近燃烧室，温度很高，润滑条件很差。新鲜空气和未蒸发的燃料冲刷和稀释，加剧了上部条件的恶化，使气缸上都处于干摩擦或半干摩擦状态，这是造成气缸上部磨损严重的原因。

②上部承受压力大，使气缸磨损呈上重下轻。活塞环在自身弹力和背压的作用下紧压在气缸壁上，正压力越大，润滑油膜形成和保持越困难，机械磨损加剧。在做功行程中，随着活塞下行，正压力逐渐降低，因而气缸磨损呈上重下轻。

③矿物酸和有机酸使气缸表面腐蚀剥落。气缸内可燃混合气燃烧后，产生水蒸气和酸性氧化物，它们溶于水中生成矿物酸，加上燃烧中生成的有机酸，对气缸表面产生腐蚀作用，腐蚀物在摩擦中逐步被活塞环刮掉，造成气缸套变形。

④进入机械杂质，使气缸中部磨损加剧。空气中的灰尘、润滑油中的杂质等，进入活塞和气缸壁间造成磨料磨损。灰尘或杂质随活塞在气缸中往复运动时，由于在气缸中部位置的运动速度最大，故加剧了气缸中部的磨损。

2）使用不当引起的磨损。

①机油滤清器滤清效果差。若机油滤清器工作不正常，机油得不到有效的过滤，含有大量硬质颗粒的机油必然使气缸套内壁磨损加剧。

②空气滤清器滤清效率低。空气滤清器的作用是清除进入气缸的空气中所含的尘土和沙粒，以减少气缸、活塞和活塞环等零件的磨损。试验表明，柴油机若不装空气滤清器，气缸的磨损将增加6～8倍。空气滤清器长期得不到清洗保养，会使滤清效果差，将加速气缸套的磨损。

③长时间低温运转。长时间低温运转，一是造成燃烧不良，积炭从气缸套上部开始蔓延，使气缸套上部产生严重的磨料磨损；二是引起电化学腐蚀。

④经常使用劣质机油。有的车主为图省事省钱，常在路边小店或向不法油贩购买劣质机油使用，结果造成气缸套上部强烈腐蚀，其磨损量比正常情况下大1～2倍。

3）维修不当引起的磨损。

①气缸套安装位置不当。在安装气缸套时，若存在安装误差，气缸中心线和曲轴轴线不垂直，会造成气缸套非正常磨损。

②连杆铜套孔偏斜。在修理中，铰削连杆小头铜套时，铰刀倾斜而造成连杆铜套孔偏斜，活塞销中心线与连杆小头中心线不平行，迫使活塞向气缸套的某一边倾斜，也会造成气缸套非正常磨损。

③连杆弯曲变形。由于飞车事故或其他原因，受撞击的连杆会产生弯曲变形，若不及时校正而继续使用，也会加速气缸套的磨损。

④曲轴连杆轴颈和主轴颈不平行。柴油机因烧瓦等原因，会使曲轴因受到剧烈的冲击而变形，若不及时校正而继续使用，同样会加速气缸套的磨损。

（2）减轻气缸套磨损的措施

①正确起动和起步。柴油机冷车起动时，由于温度低，机油粘度大，流动性差，使机油泵供油不足。同时，原气缸壁上的机油在停车后沿气缸壁下流，因此在起动的瞬间得不到正常工作时那样良好的润滑，致使起动时气缸壁磨损大大增加。因此，初次起动时，应先使柴油机空转几圈，待摩擦表面得到润滑后再起动。起动后应怠速运转升温，严禁猛轰油门，待机油温度达到40℃时再起步；起步应坚持挂低速档，并循序每一档位行驶一段里程，直到油温正常，方可转为正常行驶。

②正确选用机油。要严格按季节和柴油机性能要求选用最佳粘度值的机油，不可随意购用劣质机油，并经常检查和保持机油的数量与质量。

③加强滤清器的保养。使空气滤清器、机油滤清器和燃油滤清器保持良好的工作状态，对减轻气缸套的磨损至关重要。加强对“三滤”的保养，是防止机械杂质进入气缸，减轻气缸磨损，延长柴油机使用寿命的一项重要措施，在农村和多风沙地区尤为重要。有的驾驶人为了节约燃料而不装空气滤清器是绝对错误的。

④保持柴油机正常工作温度。柴油机的正常工作温度应处在80～90℃。温度过低，不能保持良好的润滑，会增大气缸壁的磨损，气缸内的水蒸气易凝结成水珠，溶解废气中的酸性气体分子，生成酸性物质，使气缸壁受到腐蚀磨损。试验表明，当气缸壁温度由90℃降到50℃时，气缸磨损量为90℃时的4倍。温度过高，会使气缸强度降低而加剧磨损，甚至可能使活塞过度膨胀而造成“胀缸”事故。

⑤提高保修质量。在使用过程中，及时发现问题及时予以排除，随时更换或维修损坏和变形的配件。安装气缸套时要严格按技术要求检验和装配。在维修更换活塞环时，要选用弹力适当的活塞环，弹力过小，使燃气窜入曲轴箱吹落气缸壁上的机油，增大气缸壁磨损；弹力过大，直接加剧气缸壁的磨损，或因气缸壁上的油膜遭到破坏而加剧其磨损。

2.气缸套断裂原因及预防

柴油机气缸套断裂事故屡有发生，不同程度地造成活塞断裂、连杆弯扭、气缸体损坏甚至报废等事故，经济损失较大。究其原因，多是对气缸套结构认识不清所造成的。

为了减少燃气对气缸垫的冲击和烧蚀，延长气缸垫的使用寿命，柴油机的气缸套一般在支承肩上端面加工有凸台（图8-12）。

气缸直径在110mm以下的气缸套，其凸台高度一般为0.6～1.5mm，外圆直径一般较气缸直径大4～12mm。

图8-12 气缸套的凸台

（1）造成气缸套断裂的原因

1）气缸套凸台高出机体上平面过大。柴油机气缸套有干气缸套和湿气缸套两种。为保证可靠地压紧，气缸套上端衬垫压紧部分一般要求突出机体顶面0.05～0.15mm。若此突出量太大会使气缸变形，甚至使凸台根部产生裂纹。为了可靠地承受弯矩，凸台一般有足够厚度。为减小凸台所受的弯曲应力，有的机型在气缸套顶面加工出很小的斜度，有的机型将气缸盖衬垫的气缸孔加大，使作用在凸缘上的弯矩减小，同时在凸台上设支承肩，以减小燃气对气缸盖衬垫的冲击。这种结构的气缸套应用较多，如日产PD6柴油机，国产6105柴油机等。正常使用维修情况下，柴油机气缸套不会出现断裂现象。

2）气缸垫选用不当。气缸垫选用不当是造成气缸套断裂的另一原因，有以下两种情况。

①气缸垫选用不符合原厂规定，气缸垫缸孔的直径小，压住了气缸套支承肩上端面，拧紧气缸盖螺栓后，使作用在缸套凸缘上的弯矩大大超过气缸套凸缘随力而产生断裂。如CA142型汽车，装用6105QC型柴油机，气缸套支承肩不被气缸垫压上，而6105Q型柴油机气缸套支承肩外圆直径为111mm，气缸垫气缸孔直径约为112mm。当更换气缸垫时，不重视而将6105Q柴油机气缸垫代装在6105QC柴油机上，气缸垫正好压住部分支承肩，气缸套产生裂纹，装上试机就发生事故。先后多次发生气缸体损坏事故，就是将6105Q型柴油机的气缸垫装在6105QC型柴油机上造成的。

②选用的气缸垫厚度不符合原厂要求，不能保证气缸垫在气缸盖螺栓拧紧后高出气缸套支承肩上端面，使气缸套支承肩上端面与气缸盖下平面直接压紧，弯矩超过气缸套凸缘受能力。如PD6柴油机采用干气缸套，设有支承肩。由于进口气缸垫缺乏，采用国产气缸垫，在未受压情况下测量其厚度已低于或等于气缸套支承肩，故造成缺陷气缸套断裂事故。值得借鉴的经验是，由于以上原因未断裂的气缸套也受到了不同程度的损伤，因此即使在当时检查未发现裂纹的气缸套，最好也及时更换，以防止使用一段时间后又造成断裂事故。

（2）预防气缸套断裂的注意事项

①气缸套装入机体前应检查气缸套凸台突出机体上平面是否在0.05～0.15mm。对湿气缸套可在装水封圈之前检查，对干气缸套可采用尺寸测量法进行或将气缸套倒置入气缸孔检查。其突出量过大会使气缸变形，甚至使气缸凸台根部产生裂纹；突出量过小，不能保证可靠地压紧气缸套。若突出量不适合，可采用车削凸台下端面或在凸台下端面加铜垫的方法解决。

②气缸垫装配时应注意检查压紧部位是否正确，造成不可压住支承肩；气缸垫的厚度应确保压紧后能高出支承肩。在缺料情况下代用，可根据测量尺寸，将支承肩车削得低一些，但决不能不要支承肩，否则将经常冲坏气缸盖垫。

（3）故障案例4102BQ型柴油机气缸套经常断裂。

运行使用中的朝柴4102BQ型柴油机，气缸套经常出现断裂现象，并且气缸套断裂没有什么规律，有时，这一缸的气缸套断裂，有时又是另一个气缸套断裂。让人束手无策。

朝柴4102BQ型柴油机的气缸套为薄壁干式气缸套，其厚度只有1.5mm，气缸套可谓相当之薄，系上止口定位式气缸套。

朝柴4102BQ型柴油机气缸套断裂的位置，一般也是在气缸套的支承肩下退刀槽处断裂，针对该柴油机气缸套不正常断裂原因，具体分析如下。

薄壁干式气缸套，因其壁薄，所产生的剩余应力较小。这种气缸套与气缸体气缸套孔是一种金属连接，结构的刚度较高。由于它整个处于气缸孔座内，因此会受到气缸体变形的影响，同时，其导热性也较差。

该柴油机的气缸套与气缸套孔为过渡配合，此柴油机规定配合过盈为-0.030～-0.010mm，如果装配气缸套时，气缸套与气缸套孔配合过紧，气缸套被压入孔内时便会碎裂。相反，如果配合过松（两者间隙大于0.003mm以上），则气缸套与气缸套孔之间可能有间隙存在，会造成局部传热不良，致使气缸套过热而变形或发生“热裂”现象。

气缸套是用来引导活塞运动的，需承受柴油机的高温和气体压力，在使用过程中，气缸套还要承受气缸套的变形和高频振动。

如果气缸套与其安装底孔之间配合过松，气缸套在其安装底孔内松旷而横向摆动，气缸套便容易断裂。当柴油机高速运转时，活塞连杆组作往复运动，活塞的横向摆动会引起气缸套的横向振动，增大了气缸套的振动频率和振幅。由于气缸套长期承受燃烧气体的压力、活塞的惯性力、活塞环的压力、活塞的振动和对气缸壁的敲击所产生的力，这些力一般倾向于使气缸套的横向力加大并传给气缸套孔，使气缸套外径与气缸套安装底孔产生一种应力敲击。气缸套长期在这种交变应力状态下工作，最终不堪重负，导致气缸套断裂。

气缸套故障预防与分析

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