柴油機氣缸套穴蝕的預(yù)防措施

劉延春　畢子坤

氣缸套穴蝕是柴油機常見的失效形式之一,穴蝕的產(chǎn)生,導(dǎo)致氣缸套的使用壽命下降,嚴(yán)重時造成氣缸套穿孔或開裂,甚至造成發(fā)動機損壞和嚴(yán)重事故。

1 穴蝕現(xiàn)象

柴油機在運轉(zhuǎn)中,缸套外表面和缸體內(nèi)表面浸水的某些部位會產(chǎn)生不同于一般腐蝕和機械磨損的呈蜂窩狀密集麻點或魚鱗狀剝落痕跡,這種現(xiàn)象稱為“穴蝕”。穴蝕產(chǎn)生的主要區(qū)域分布于水套壁中上部,連桿擺動平面內(nèi)活塞產(chǎn)生最大交變側(cè)壓力部位,有的出現(xiàn)在水套與缸體間最窄處、水流進(jìn)口處或液流轉(zhuǎn)彎處以及相應(yīng)的缸體部位。

穴蝕程度有三種形式:其一為輕微穴蝕,在穴孔處不存在腐蝕痕跡與產(chǎn)物,表面較為潔凈,呈擦亮狀,與周圍其它部位相比顯露出較少的鐵銹和雜質(zhì),呈現(xiàn)類似于高溫氧化的紅褐色;其二為劇烈穴蝕,表現(xiàn)為損壞層較深;形成不規(guī)則形狀坑穴,形態(tài)類似于強酸靜態(tài)腐蝕;另一類穴蝕為損毀性穴蝕,坑穴可能穿透氣缸套,使冷卻液進(jìn)入氣缸,或冷卻水進(jìn)入機油箱底殼,對柴油機造成災(zāi)難性損壞。

2 影響穴蝕的因素

2.1 冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)對濕式氣缸套的穴蝕也會產(chǎn)生很大的影響,具體表現(xiàn)為以下兩個方面

1)水套進(jìn)水轉(zhuǎn)向處存在渦流區(qū)和死水區(qū),即冷卻水流進(jìn)水套,在進(jìn)口和出口與水流轉(zhuǎn)向處形成渦流區(qū)和死水區(qū)?o渦流區(qū)的存在使水沖擊缸套,死水區(qū)的存在使該處形成高濕和產(chǎn)生氣泡,加速穴蝕。

2)水套狹窄。水套太狹窄,使冷卻水可壓縮性變小,則氣泡破裂產(chǎn)生的沖擊波不易被冷卻水吸收,這些沖擊波不斷傳遞,加速了缸套穴蝕。

2.2 高頻振動

缸套高頻振動是引起穴蝕的最主要原因,產(chǎn)生高頻振動的原因有以下幾個方面。

1)燃燒爆發(fā)產(chǎn)生側(cè)壓力。燃料燃燒爆發(fā)會使活塞承受較高的壓力,而缸套又承受一個側(cè)壓力(活塞撞擊缸壁),并且這個力的方向隨著柴油機的運轉(zhuǎn)不斷的從缸套一側(cè)轉(zhuǎn)移到另一側(cè)。由于缸套與活塞間存在間隙,再加活塞的傾斜,則不可避免地產(chǎn)生沖擊,所以使缸套產(chǎn)生振動。

2)缸套與活塞的配合間隙不合理?；钊谕鶑?fù)運動的轉(zhuǎn)向瞬間,使活塞在其間隙中振動,則產(chǎn)生了對缸套的沖擊。

3)缸套壁較薄。缸套壁越薄,振動越劇烈,當(dāng)振動速度大于某一數(shù)值時,將對缸套產(chǎn)生穴蝕。

4)活塞的長徑比偏小。即活塞長度與直徑之比為1.4較為合理,若比值偏小,易使活塞產(chǎn)生側(cè)傾,使活塞棱邊與缸套壁接觸,造成對缸套的撞擊。

5)缸套支承形式不盡合理。缸套是靠上止口臺肩與缸體配合支撐,下止口用橡膠密封圈密封,但下止口有間隙0.1mm左右,這樣的支承可看成是懸臂支承,所以當(dāng)活塞往復(fù)運動撞擊缸套時,缸套中下部的振幅大,穴蝕較嚴(yán)重。

2.3 使用因素

柴油機工作粗暴及經(jīng)常處于低溫下工作,也會加速穴蝕。

3 穴蝕的預(yù)防措施

3.1 改進(jìn)冷卻系統(tǒng)

1)改進(jìn)冷卻水的特性。為減小冷卻水的表面張力使其不易產(chǎn)生氣泡及減輕沖擊力,應(yīng)添加一定量的防蝕劑,如乳化劑可降低水的導(dǎo)電性,即可減少電化學(xué)腐蝕。

2)改進(jìn)結(jié)構(gòu)。為消除冷卻水流程中的渦流區(qū)和死水區(qū),水流應(yīng)沿缸套外壁的切線方向流進(jìn)水套,并沿缸套外壁成螺旋上升,另外水套應(yīng)加寬,可減小氣泡破裂時的沖擊力,以減輕穴蝕。

3.2 采用抗穴蝕的材料

一般金相組織均勻、表面硬度高、且熱穩(wěn)定性和抗腐蝕性好的缸套材料,其抗穴蝕性較好,如球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵,以及氧化鋁、氧化硅、碳化硅等陶瓷材料。另外,在缸套外壁涂敷人造樹脂等涂料,可以其塑性吸收沖擊波,減少缸套振動,減緩缸套穴蝕。

3.3 減輕缸套振動

為了減輕缸套振動,應(yīng)采用如下措施;即提高缸套的加工精度及裝配精度,如果缸套安裝傾斜,將使活塞對缸套的沖擊增加:活塞與缸套的配合間隙應(yīng)適宜,以及缸套上下定位部分與缸體的配合間隙應(yīng)盡量減少,以便減輕缸套的振動;增加缸套壁厚、下支承上移以及采用偏置活塞銷,以減輕缸套振動和對缸套的沖擊,另外選擇合理的噴油提前角以及柴油,改善柴油機工況,使其工作柔和,也可減輕缸套振動。

3.4 使用保養(yǎng)

1)應(yīng)堅持使用軟水,以減輕電化學(xué)腐蝕,實驗資料證明:使用軟水與使用含鹽、堿的硬水相比,穴蝕速度相差幾十倍。

2)及時消除燃燒室積碳,以免增高壓縮比,導(dǎo)致柴油機工作粗暴。

3)及時清除水套內(nèi)的水垢,保證冷卻水的清潔和正常溫度,避免水道變窄,使局部過熱產(chǎn)生氣泡。

4)選擇油品較好的柴油,改善柴油機工況,工作柔和,避免粗暴操作。

為使柴油機工作柔合,應(yīng)定期對其保養(yǎng)和維修。為防止柴油機長期在低溫下工作,應(yīng)采取一定的保溫措施等。

4 結(jié)束語

影響缸套穴蝕破壞的因素很多,要根據(jù)穴蝕破壞的具體情況,針對主要因素采取消除或預(yù)防措施。