发动机汽缸磨损原因及创新维修实践总结

    杨敏坚 黄剑

    

    摘 要：汽缸的状态直接决定了发动机的性能，在汽车使用过程中，汽缸会因为多种因素的影响而产生磨损问题，严重的磨损会直接影响汽车的动力性能及排放质量。通过介绍汽缸磨损的危害，分析了磨损问题产生的原因，并说明了汽缸磨损的检测方法与维修实例，总结了预防汽缸磨损的相关方案。

    关键词：发动机；汽缸；磨损；原因；维修

    中图分类号：U472 文献标识码：A

    Abstract： The state of cylinder directly determines the performance of engine. In the process of automobile use， the cylinder will be worn because of many factors. Serious wear will directly affect the power performance and emission quality of automobile. By introducing the harm of cylinder wear， the causes of wear problems are analyzed， the detection methods and maintenance examples of cylinder wear are explained， and the relevant schemes for preventing cylinder wear are summarized.

    Keywords： engine； cylinder； wear； cause； maintenance

    發动机作为汽车的主要动力来源，在长期的使用中，很容易因为配合副之间的反复摩擦而产生磨损，导致发动机工作性能的降低。发动机的汽缸组是由多个成对摩擦副组成的运动体，其工作中要不停承受高温、高压及交变载荷的作用，在这种复杂多变的环境下，汽缸的磨损程度直接影响到了发动机的动力性、经济性以及使用寿命。因此，在发动机的检查过程中，汽缸的磨损程度是决定发动机是否需要大修的重要标准，对发动机汽缸的合理化维修也是发动机使用性能的重要保证，分析、研究、总结发动机的汽缸磨损原理与修复技巧，对于延长发动机寿命和提高汽车使用的经济性具有重要意义。

    1 汽缸磨损的危害

    当汽缸出现相对严重的磨损，会引起汽缸壁与活塞的配合间隙变大，导致汽缸在传动过程中的密封能力下降，从而出现动力性能下降和油耗增加的问题。同时，因为磨损导致了汽缸的密封能力降低，使汽油无法在汽缸中得到充分的燃烧，不充分的燃烧会导致一氧化碳及氮氧化物等有害物质的排放量增加，导致汽车的排放性能降低[1]。

    由于汽缸壁与活塞的配合间隙增大，可能会出现油气混合气透过间隙进入发动机油底壳的现象，容易引发机油变质，发动机润滑质量下降，多个部位的零件磨损情况加剧，严重影响发动机的使用寿命。同理而言，润滑所使用的机油也会通过汽缸壁与活塞间隙进入到燃烧室中，引发发动机烧机油的问题，从而使汽缸内的积碳增多，导致发动机的性能下降。

    2 汽缸磨损的常见原因

    2.1 工作条件引发的磨损

    发动机在长期使用过程中，由于周边环境和内部条件的共同影响，会出现以下几种形式产生磨损：

    （1）润滑条件不均衡引发的磨损。由于发动机汽缸结构的限制，使得更靠近燃烧室的汽缸上部长期处于温度高、润滑质量低的工作环境下，由于未蒸发的燃料和空气共同稀释了汽缸壁上的润滑机油，容易使汽缸上部处于半干摩擦状态，从而引发较为严重的磨损。

    （2）受力不均恒引发的磨损。在活塞运行时，由于汽缸由上至下所受的压力逐渐下降，导致其对汽缸壁的挤压力也逐渐降低，在汽缸上部，由于挤压力过大，润滑油膜很难形成，也就加剧了汽缸磨损不均衡的问题，使汽缸的磨损出现上重下轻的现象，汽缸径向磨损规律如图1所示[2]。

    （3）表面腐蚀产生的磨损。混合气体在汽缸内燃烧后，会因为产生的水蒸气和酸性物质相溶而形成矿物酸，从而引发缸体表面的磨损。随着汽缸的往复运动，被腐蚀的汽缸表面逐渐被剥离，从而引发更为严重的磨损问题。

    （4）磨料磨损产生的影响。发动机运转的过程中，由于系统内部生成的或是外部吸入的杂质，会以颗粒物的形式存在于润滑系统中，在活塞与汽缸相对运动的过程中，会因汽缸运行速度的快慢而对汽缸壁造成不同程度的磨损，由于在汽缸中部时活塞的运行速度最快，因此易导致汽缸中部的严重磨损。

    2.2 驾驶习惯引发的磨损

    （1）低温运转引发的燃烧不良问题。发动机长期在怠速下运转，由于温度较低，容易造成汽油的燃烧不良，导致积碳的增多，由于积碳的存在，导致汽缸内部润滑不良，磨损问题加剧。

    （2）机油质量不合格或机油滤清器老化失效。使用不合格的机油，不仅难以达到规定的润滑效果，还容易引起汽缸内部的腐蚀。同时，若机油滤清器长期使用而得不到更换，很容易因机油滤清器的失效而无法对杂质进行有效的过滤，导致大量颗粒物同机油一同进入汽缸，引起严重的磨损问题[3]。

    （3）空气滤清器失效引发的磨损。当空气滤清器因失效或老化而出现对空气中的尘土和沙粒过滤失效时，会导致汽缸的磨损加快6～8倍之多，因此，应注意对空气滤清器的保养与更换。

    2.3 其他问题引发的磨损

    除上述问题外，在汽车维修保养过程中若出现汽缸套或曲轴连杆等配合零件安装不到位，也可能因偏磨损或冲击载荷过大而引起汽缸内部的非正常磨损，此外发动机高温或长时间超负荷工作，可能会导致汽缸表面出现拉伤的痕迹，如图2所示，从而引发局部位置的间隙变大，影响发动机的使用性能。

    3 发动机磨损的检测方法

    发动机汽缸磨损情况的测量，是维修工作的基础保障，测量过程需按照标准的技术流程进行，通常需要使用量缸表实现对缸径的多点测量、圆度测量和圆柱度测量[4]。

    3.1 缸径测量

    对于缸径的测量通常在汽缸的轴向方向取上中下三个位置，上部位置的测量通常在活塞的上止点位置，在首道气环所处的汽缸壁处，通常位于汽缸上端10 mm位置，当量缸表与汽缸轴线垂直时，在同一高度的不同位置测量并记录2组磨损情况，如图3所示。汽缸中部的测量主要用来判断是否存在磨料磨损问题，若经上中下三位置对比，汽缸具有明显的“腰鼓形”，则可能存在较明显的三滤失效问题，应认真检查并处理。汽缸下部的测量通常只做辅助参考，由于底部的磨损最为轻微，通常修复的必要性较小，对于底部的测量通常位于汽缸套下端以上10 mm位置。

    3.2 圆度测量

    在径向截面内，汽缸的磨损通常会出现不规则的椭圆形。这种情况根据使用条件的不同而不同，通常来说进气门对附近缸壁磨损最为严重。当缸径测量后确定了磨损较为严重的区域，可取磨损严重的某一平面进行圆度测量，测量磨损的最小位置，此时，量缸表指针极限位置与“0”位之差的一半即为汽缸的圆度偏差，汽缸的径向磨损常见形式如图4所示。

    3.3 圆柱度测量

    对于圆柱度的测量，通常以磨损最严重的一个汽缸为准，汽缸的圆柱度偏差以量缸表进行多位置测量中指针极限点与“0”位之差的一半为标准，计算单位缸径内的偏差值判断圆柱度。发动机汽缸的圆柱度偏差标准为每100 mm缸径内不超过0.20 mm，当发动机汽缸的圆度偏差值超过0.05～0.06 mm时，必须对发动机汽缸进行维修。

    4 发动机汽缸的维修

    4.1 烧机油问题的排查与修理

    在汽车使用的过程中，会不同程度地存在烧机油的问题，只是在新车购置的初期，由于密封性能良好，机油的损耗量几乎可以忽略不计。而在汽车使用较长时间后，可能会出现相对明显的烧机油问题，这可能是活塞组或气门组出现磨损而导致的，对于引发烧机油问题的故障原因排查，如图5所示。

    当汽缸存在较明显的烧机油问题时，应按照图5的流程逐一进行排查，进而确定导致烧机油故障的原因，再逐一进行解决。

    （1） 当出现气门密封失效问题时，首选应将汽缸盖拆下，检查进气门背部是否产生湿润的油垢，若存在油垢，则可确定是气门密封失效，此时应及时更换气门油封，并检查和更换导管。

    （2）若汽缸壁或活塞裙产生拉伤问题，容易出现某个或几个汽缸压力偏低及窜气故障，此时应及时更换活塞和活塞环，并对汽缸壁进行修复加工或更换汽缸套。

    （3）活塞环间隙过大，出现活塞环与环槽的不匹配问题，常会伴随着排气冒黑烟或冒蓝烟的现象，且随着发动机温度的升高而使问题变得更为严重，此时应更换活塞及活塞环。

    4.2 汽缸体的机械加工修复

    发动机的汽缸在长期的使用中，很容易导致汽缸的上下平面失去原有的平面度基准，在修复的过程中，不能单纯以上下平面作为基准进行车削或磨削加工。在汽缸体修复过程中，为提升加工精确度，提升汽缸轴线与主轴承座孔的垂直度，应合理的选择定位基准，通常情况下以汽缸体主轴承座孔中心线或汽缸体底平面作为基准加工更为合理。

    在进行平面磨削修复时，应将汽缸体垂直置于磨床平台的两块垫铁上，并保证垫铁分别对第一道和最后一道轴承盖的结合面进行支承，使其贴合好并装卡牢固之后才能开始磨削加工。修复过程中总磨削量应严格控制，通常将磨削量控制在0.24～0.50 mm范围内，磨削量过大可能导致汽缸压缩比的变化量过大。当以汽缸体下平面作为镗缸定位基准时，应实现对汽缸的下平面进行检验和修整。当下平面的变形量不大，则可通过铲削对底面进行修平。通过铲刀将凸出部分去除，并在修平的过程中进行多次检查与多次加工，直到下平面的平面度达到加工基准要求。若汽缸体的磨损较为轻微，可以在平面上涂抹研磨膏，并将汽缸盖与汽缸体装配后研磨修复。

    4.3 拉缸故障的维修

    拉缸故障主要是由于润滑油膜失效導致金属之间直接接触摩擦产生的，润滑油膜失效主要由两方面原因组成，一是供油量不足，使油膜过薄，二是存在窜气或局部压力过大等问题，使原本形成的油膜产生破坏。此外散热效果不佳和磨粒磨损也可能导致拉缸故障。

    对于拉缸这一类的磨损问题，可尝试使用金属磨损自修复技术进行修复，首先将损坏的气门和活塞环拆卸下来，并为发动机气门处更换新的油封，将活塞环中的残余积碳彻底清除。使用细砂纸对汽车发动机汽缸内壁表层附着的各种杂质进行清除。将活塞调整到下止点，并使用自修复材料对汽缸表层进行均匀涂抹。涂抹完成后将汽缸盖装回，然后由火花塞孔向汽缸内部加入修复材料，当修复材料添加完成后，关闭供油系统，启动马达，按照每隔10 s启动0.5 s的方式进行3～5组，汽缸内的修复材料在强制润滑的作用下，将修复粒子输送到较为严重的局部磨损处，利用活塞作业受力不均匀的性质，实现汽缸壁磨损处修复。

    5 结束语

    对汽缸磨损的修复技术和方法很多，专业技术人员通过合理的技术手段能够实现对汽缸的妥善修复，能有效避免更换新发动机的经济负担，实现机械资源的高效利用。但汽车驾驶人员也应注意养成良好的使用习惯，按照厂家要求定期保养车辆，避免汽缸等机械零件的早期损坏，并使汽车发动机长期处于优质的状态下工作。

    参考文献：

    [1] 李现周， 于博洋. 汽缸磨损原因分析及预防措施[J]. 汽车运用， 2011（6）：43-43.

    [2] 田小农. 汽车发动机汽缸非正常磨损分析及预防对策[J]. 企业技术开发：下， 2009， 28（12）：97-99.

    [3] 杨万成， 李慧梅， 刘祥凯. 发动机汽缸的磨损形式分析[J]. 工程机械与维修， 2011（2）：165-165.

    [4] 杨万成， 邢文华， 张坚. 发动机汽缸磨损量的测量方法[J]. 工程机械与维修， 2011（7）：194-194.

    [5] 杨生明. 发动机汽缸体再制造修复技术研究[D].长春：吉林大学，2017：2-6.

    [6] 聂永涛， 左华山， 刁云鹏， 等. 减小汽缸磨损量延长汽车发动机使用寿命[J]. 汽车工程师， 2011（5）：61-62.