摩托車發(fā)動機(jī)拉缸的原因分析
發(fā)動機(jī)作為摩托車的心臟,發(fā)生拉缸而致使發(fā)動機(jī)無法運(yùn)轉(zhuǎn),在摩托車故障模式中屬于嚴(yán)重故障。導(dǎo)致發(fā)動機(jī)拉缸的原因有很多,對于一般的摩托車用戶甚至許多從事相關(guān)工作的技術(shù)人員而言,要迅速、準(zhǔn)確地分析、判斷故障產(chǎn)生的原因,并不是一件很容易的事。為此,本文擬就拉缸的幾個(gè)主要原因加以分析,希望能對廣大摩托車愛好者和維修人員有所幫助。
發(fā)動機(jī)在工作時(shí),活塞及活塞環(huán)在汽缸內(nèi)做高速往復(fù)運(yùn)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(jī)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(yùn)動中產(chǎn)生縱向拉痕,嚴(yán)重時(shí)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(gè)方面。
1、發(fā)動機(jī)初期磨合不足,高速行駛引起的拉缸
對于剛剛組裝的新發(fā)動機(jī),看似光滑的汽缸內(nèi)表面和活塞、活塞環(huán)的外周表面,實(shí)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(jī)真正可以隨心所欲地運(yùn)轉(zhuǎn)之前,必須對配合表面進(jìn)行初期磨合,削去突起的尖峰,使表面光滑,受力均勻,滑動時(shí)不相互咬合,運(yùn)轉(zhuǎn)才能滑暢。因此,新發(fā)動機(jī)在組裝后必須進(jìn)行一定程度的磨合,同時(shí)用戶在騎行初期的1000~2000km內(nèi),要避免長時(shí)間高速行駛。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(dāng)活塞過熱時(shí)會發(fā)生局部的異常膨脹(見圖1)。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(shí)間咬合在一起,造成活塞環(huán)無法正常工作。這時(shí),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(jī)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(diǎn)火設(shè)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(shè)計(jì)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(jī)外部冷卻不充分而造成的過熱。
3、活塞環(huán)游隙不當(dāng)引起的拉缸
發(fā)動機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),其燃燒室內(nèi)往往不可避免地產(chǎn)生積碳。雖然機(jī)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(dāng)活塞環(huán)槽內(nèi)的積碳逐漸增加時(shí),就會給活塞環(huán)帶來不當(dāng)?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(diǎn)火系統(tǒng)特別是火花塞點(diǎn)火故障;⑤汽缸內(nèi)壁上的機(jī)油殘留過多;⑥從汽缸蓋向燃燒室內(nèi)滲漏機(jī)油
4、活塞與汽缸的間隙不當(dāng)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(dāng)引起拉缸。間隙過小時(shí),活塞與汽缸接觸壓力增加乃至抱死;間隙過大時(shí),則活塞頭部的擺動量加大(參見圖2),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(jī)工作時(shí),活塞、汽缸兩者的接觸表面的理想形狀應(yīng)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,參見圖3及圖4。這種復(fù)雜的幾何形狀有著很高的精度要求。但是,由于設(shè)計(jì)、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(dǎo)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(jī)運(yùn)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(dá)到理想形狀; ④活塞裙部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不良導(dǎo)致剛性不足時(shí),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(shè)計(jì)不良或材料不良引起汽缸變形,使得活塞與汽缸在上止點(diǎn)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(yùn)動,摩擦生熱,嚴(yán)重時(shí)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(jìn)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(diǎn)材料,從而達(dá)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(jī)油潤滑失效引起的拉缸
發(fā)動機(jī)工作時(shí),機(jī)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(jī)油不能充分發(fā)揮其潤滑的作用,從而導(dǎo)致拉缸:①機(jī)油量不足。顯而易見,當(dāng)機(jī)油量加入不足,或者在摩托車騎行過程中機(jī)油不斷消耗而得不到及時(shí)補(bǔ)充時(shí),無法建立其足夠厚度的油膜而拉缸。②機(jī)油乳化。特別是在冬季,當(dāng)發(fā)動機(jī)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(jī)油中,就會逐漸導(dǎo)致機(jī)油的乳化。同時(shí),從燃燒室中泄漏的混合氣也在不斷地融入機(jī)油,促進(jìn)機(jī)油的乳化。乳化后的機(jī)油濃度變稀,使機(jī)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(jī)油牌號選擇不當(dāng)。根據(jù)地域、季節(jié)的不同應(yīng)選擇適當(dāng)牌號的機(jī)油,如果選擇不當(dāng),在冬季機(jī)油過粘,流動性差,或者在夏季機(jī)油過稀,都會導(dǎo)致潤滑不良。
8、異物、雜質(zhì)引起的拉缸
當(dāng)汽缸與活塞、活塞環(huán)之間有硬質(zhì)異物時(shí),異物起到研料的作用,使兩者表面加速磨損,嚴(yán)重時(shí)拉缸。異物來源主要有以下幾個(gè)方面:①發(fā)動機(jī)部品清洗不干凈而帶入的灰塵等異物;②發(fā)動機(jī)部品上殘留的毛刺;③發(fā)動機(jī)運(yùn)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(jìn)入的灰塵;⑤機(jī)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(shí)殘留在消聲器內(nèi)的鐵砂被倒吸入燃燒室。
以上簡要分析了導(dǎo)致發(fā)動機(jī)拉缸的八種主要因素。通過以上分析可知,對于摩托車用戶而言,務(wù)必做好發(fā)動機(jī)的初期磨合,并定期對發(fā)動機(jī)進(jìn)行更換機(jī)油等點(diǎn)檢維護(hù),有效保證自己愛車的健康;作為摩托車制造業(yè)的技術(shù)人員,我們應(yīng)該切實(shí)保證發(fā)動機(jī)部品的加工精度、清潔度正確地組裝及磨合,穩(wěn)步提高摩托車產(chǎn)品的質(zhì)量。