柴油机汽缸套的磨损及提高寿命的途径

包丹丹

摘 要：汽缸套是决定柴油机使用寿命的关键零件之一。通过对柴油机汽缸套磨损特点的分析，提出了预防汽缸套早期磨损，延长其使用寿命的措施。

关键词：柴油机；汽缸套；磨损

中图分类号：S21907 文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.09.047

汽缸套是决定柴油机使用寿命的关键零件之一。其主要功用有三：一是汽缸内壁与活塞顶、汽缸盖底面共同构成燃烧室；二是做活塞往复运动的导向面；三是向空气或冷却水传递一部分热量，以保证活塞组件在高温高压环境中正常地工作。汽缸的润滑条件差，形成油膜困难，在使用中磨损较快，尤其是上止点附近区域。汽缸是柴油机的易损件，损坏的主要方式是磨损。汽缸磨损后，会导致发动机技术状态变差，发动机是否需要进行大修，主要看汽缸的磨损程度。汽缸的自然磨损是无法阻止的，但汽缸的非正常磨损，即早期磨损是可以避免和预防的。

1 磨损特点

1.1 汽缸磨损成锥形和椭圆形的原因

（1）正常磨损。指在高温、高压正常工作条件下活塞环对汽缸壁的摩擦磨损。 工作行程时，活塞环由于受高压燃烧气体的作用，对汽缸壁产生很大的压力，特别是第一道压缩环所对应的缸壁表面承受压力最大，以下依次减小。由于高压的作用使缸壁上的润滑油膜变薄，甚至破坏。而高温又使油膜难以形成，甚至将部分油膜烧掉。因此，在这样不良的润滑条件下，汽缸与活塞环工作表面之间几乎处于半干摩擦状况，造成机械磨损。由于活塞在上止点时，第一道压缩环所对应的汽缸壁受上述影响最大，所以此处缸壁的磨损也就最为严重。

（2）磨料磨损。空气中的尘土及润滑油中的机械杂质如沙粒及机器磨损产物，以及积碳等硬的磨料物质，进入汽缸与活塞、活塞环配合表面之后，当活塞组在汽缸中作高速往复运动时，就会造成磨料磨损。这些磨料在汽缸上部时其棱角最锋利，因而使汽缸上部磨损较大。

（3）电化学腐蚀。在燃烧过程中，所生成的各种氧化物、碳氢化合物，遇到水蒸气则形成酸性物质——硫酸、硝酸、碳酸及有机酸，对缸壁起腐蚀作用。酸性物质的产生与汽缸温度有关，当汽缸壁温度低于140 ℃时（相当于冷却水的温度80～85 ℃），水蒸气易凝结并与燃烧产物作用生成酸性物质。

1.2 汽缸沿圆周方向产生椭圆形

汽缸形成椭圆形的原因是多方面的，也是比较复杂的。但总的来讲，主要是与汽缸的冷却条件、汽缸与活塞受热变形以及侧压力等影响因素有关。实践中通常发现多缸发动机的第一缸往往磨损较大，就是因为第一缸要比其他缸冷却条件好，工作温度低，受电化学腐蚀较重的缘故。同理，因为汽缸结构特点，使缸壁四周冷却有所差异，一般是汽缸左右两侧要比前后两侧冷却条件好，因而汽缸左右两侧磨损较大些。又如在工作行程或压缩行程时，由于侧压力的影响使缸壁左右方向磨损较大，当曲轴弯曲，或连杆轴颈、主轴颈、活塞销轴心线间不平行时，则会造成汽缸在前后方向磨损较大。如上所述都会使汽缸在圆周方向磨损不均匀。此外，由于连杆变形，连杆轴颈不柱度过大，或汽缸与活塞连杆组安装时不符合技术要求等原因，不仅会造成汽缸偏磨，产生椭圆或其他奇特形状，而且使汽缸磨损加剧。

2 提高缸套使用寿命的措施

提高缸套寿命的途径有二：一是改变材质和进行表面强化，提高硬度增强耐磨性；二是在使用中采取防腐减磨措施，延长使用寿命。具体措施如下：

（1）严格选择机油。汽缸套采用的是飞溅润滑方式，通过曲轴在曲轴箱内转动时不断把润滑油溅起，溅到汽缸壁上形成润滑油膜，因此其润滑环境特别是汽缸上部的润滑环境十分恶劣，只有保证润滑油的数量、质量和足够的压力，才能保证汽缸有良好的润滑。因此，要严格按季节和发动机性能要求选用最佳黏度值的润滑油。经常检查，及时补给，并定期更换，防止润滑油变质造成润滑不良。另外，所选择的润滑油一定要与发动机匹配，否则将不能起到好的润滑效果，达不到预期的减磨需求。正确安装油环，保持良好的润滑，以减少磨损。

（2）严格磨合。新的或大修后的发动机，必须磨合才能投入作业。否则，因活塞环与汽缸没有经过良好的磨合，难以消除表面的初始粗糙度，不能形成适于工作条件下保持油膜的形貌，凹凸不平表面互相嵌入产生拉毛，铁屑混入润滑油中形成磨料磨损，加剧汽缸的磨损。

（3）严格滤清。空气滤清器维护不当，使其发生短路或失效，带有尘土、泥沙的空气吸进到活塞与缸套隙缝中，刮伤缸套摩擦表面。因此，空气滤清器应按时保养，保持良好的工作状态，以防空气中灰尘杂质不经滤清进入汽缸，对缸壁强烈磨削。

（4）正确操作柴油机。长时间怠速空转，一是造成燃烧不良，积碳从汽缸上部开始蔓延，使汽缸上部产生严重的磨料磨损；二是引起电化学腐蚀。频繁启动发动机，因发动机熄火时，润滑油路中的机油很快流回油底壳内。启动时，汽缸、活塞、活塞环等零件表面处于干摩擦或半干部摩擦的狀态，频繁启动必将加剧汽缸的磨损。冬季不预热冷机启动、强制牵引启动、溜坡启动和启动次数频繁等都会加快汽缸的磨损。冷机启动，汽缸磨损速度为正常工作的4～6倍。因此，严禁发动机小油门长时间空转；严禁低温启动工作，水温在60 ℃以上时才允许起步，75～95 ℃时才能负荷作业。

（5）超负荷作业时，柴油机工作粗暴性加剧，排气管冒浓烟，产生大量积碳，同时，发动机温度升高，润滑条件变差，必将加剧汽缸的磨损。所以要严格按拖拉机使用操作规程使用机器，严禁长期超负荷作业。