(一)發(fā)動機(jī)在工作時,摩擦副的機(jī)件表面相互接觸并作相對運(yùn)動。盡管當(dāng)今制造技術(shù)較高,零部件表面也非常精細(xì),但在顯微鏡下觀察,仍可看出其表面的“高坡”與“深谷”。當(dāng)零部件作相對運(yùn)動時,這些“高坡”、“深谷”將會阻礙和抵抗零件間的相對運(yùn)動,這種阻抗就是我們平時所說的摩擦,摩擦的結(jié)果必然導(dǎo)致發(fā)動機(jī)相互運(yùn)動的零部件的磨損。內(nèi)燃機(jī)中的汽缸、活塞、活塞環(huán)的磨損現(xiàn)象是復(fù)雜的。一般來說,影響摩擦副磨損的主要因素有,摩擦速度和負(fù)荷大小,有無潤滑劑、潤滑劑的質(zhì)和量,溫度以及周圍冷卻介質(zhì)的變化情況等。通常磨損的機(jī)理有以下幾個方面。
1. 磨料磨損磨料磨損是由于摩擦面之間夾進(jìn)了微小的堅硬異質(zhì)顆粒而引起的。作為異質(zhì)顆粒除了在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時浮游于空氣中的灰塵乘隙混入汽缸外,機(jī)油的變質(zhì)、運(yùn)動件表現(xiàn)摩擦剝落下來的金屬末屑以及加鉛汽油中四乙鉛燃燒后產(chǎn)生的氧化鉛等細(xì)粒異物也為數(shù)不少,還有一個容易使人忽視的是活塞環(huán)上存在殘磁,在拆機(jī)維修時未能清洗干凈,它會吸取磨屑而加速了汽缸缸壁的磨損。這些異質(zhì)顆粒通常硬度較高,在摩擦面上總是嵌入在硬度較低的面上并固定下來,像銳利的刀口那樣切削較硬的一面。從外觀上識別磨料磨損時,可觀察到汽缸內(nèi)表面沿著活塞運(yùn)動方向常有不均勻的平行的直線拉痕,個別大的磨料也可導(dǎo)致較大的拉痕。
2. 摩擦磨損摩擦磨損也叫微動磨損,它是在兩個互相壓緊在一起的表面之間作往復(fù)運(yùn)動時產(chǎn)生的磨損。由內(nèi)燃機(jī)原理可知,活塞及環(huán)在汽缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動時,其速度從靜止?fàn)顟B(tài)變化到最高速度達(dá) 30m/s 左右,而在工作循環(huán)的進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣的行程中,汽缸內(nèi)的壓力變化很大,最高爆發(fā)壓力達(dá) 4900kPa 。當(dāng)發(fā)動機(jī)接近滿負(fù)荷時,其燃燒室內(nèi)瞬間燃燒溫度高達(dá) 2000℃ ~ 2500℃ ,活塞頂部中心溫度為 300℃ ~ 320℃ ,活塞裙部的溫度也達(dá) 150℃ ~ 180℃ ,而汽缸的中上部溫度則在 180 ~ 270℃ 之間。汽缸上部由于接近上止點,爆發(fā)壓力最高,磨損也最大;汽缸下部處在工作行程的下止點,距燃燒室最遠(yuǎn),溫度也最低,所以磨損相對最小;谶@個原理,工廠在加工制造時特意將汽缸制成上小下大的正錐度(一般要求錐度為 ≤0.005mm )以抵消發(fā)動機(jī)工作的磨損形態(tài)。若氣環(huán)開口間隙,活塞與汽缸的配合間隙過小和活塞環(huán)彈力過大或環(huán)與活塞的背隙過大都會增加摩擦副的接觸壓力。而機(jī)油粘度太低,又會使摩擦副之間油膜難以建立而引起竄氣。這些不利因素都在不同程度上加大了摩擦磨損,嚴(yán)重時會產(chǎn)生大量的氧化磨屑,在摩擦面上出現(xiàn)輕微的氧化著色,有時還會呈現(xiàn)相當(dāng)嚴(yán)重的被熔著的表面。
3. 腐蝕磨損腐蝕磨損是指油品中所含的侵蝕性物質(zhì)和金屬零部件發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)構(gòu)成的酸性成分對其零件腐蝕而引起的磨損。其主要酸性物有一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、三氧化硫,它們分別由潤滑油在使用過程中的氧化產(chǎn)物和燃油中的硫分以及氧化變質(zhì)所引起的。倘若汽缸內(nèi)表面沒有形成完整的潤滑油膜,機(jī)油內(nèi)的酸性物在與汽缸內(nèi)表面接觸過程中,對汽缸表層金屬進(jìn)行腐蝕,在活塞及環(huán)的摩擦作用下,汽缸的表層金屬脫落,即造成腐蝕性磨損。這種磨損一般發(fā)生在汽缸的上部,表面為較疏松的細(xì)小洞穴,特別是打光后更為明顯。如果是鍍鉻汽缸就會出現(xiàn)所謂的“白斑”現(xiàn)象。
4. 熔著磨損熔著磨損俗稱拉缸,也叫刮傷和咬合。當(dāng)活塞環(huán)和汽缸之間發(fā)生燒結(jié)時,就是這種磨損。通常摩擦副的表現(xiàn)較為光滑,但微觀看也呈凹凸不平的狀態(tài)。所謂平滑面的接觸,其實有效接觸面積也不超過 0.01 %,在初期摩擦?xí)r負(fù)荷也只集中于凸起部分,單位接觸壓力很大,且因摩擦生熱,溫度不斷上升。而汽缸壁、活塞及環(huán)的表面都具有一定的硬度和表面粗糙度,三者在一定溫度條件下相互配合工作,機(jī)油在其中起著潤滑、冷卻、清洗和密封作用。若因某種因素使活塞與缸壁之間的潤滑油膜受到局部破壞,汽缸與活塞環(huán)組在潤滑不良的情況下滑動時,兩者就有微小部分金屬面的直接接觸,則兩種金屬由原來的液體摩擦變成固體間的干摩擦或半干摩擦。摩擦產(chǎn)生了局部高溫,也就是人們常說的油膜破裂后產(chǎn)生的磨損。這種磨損在輕微時,摩擦面比較光亮且較平滑,而磨損嚴(yán)重時則在滑動面呈現(xiàn)劃痕。倘若此時潤滑狀況得不到及時改善,則劃痕增多并形成粗糙面,使之粘著、撕脫,逐步擴(kuò)展在缸壁表面上,呈現(xiàn)熔融流動狀態(tài),顯出不均勻不規(guī)則邊緣的溝痕和皺褶,使活塞環(huán)和汽缸燒結(jié)在一起,最終導(dǎo)致拉缸。
(二)綜上所述,幾種磨損在發(fā)動機(jī)的實際使用中有時是同時存在且相互影響的,只是因使用條件和工作狀態(tài)不同起主要作用的磨損方式不同罷了。不過有一點可以肯定,上面所述的異常磨損對汽缸、活塞、活塞環(huán)是極為有害的(尤其是汽缸)。據(jù)資料介紹并經(jīng)實驗證明,當(dāng)磨損超過汽缸內(nèi)徑的 0.01 ~ 0.04 %或汽缸內(nèi)徑呈倒錐、腰鼓和橢圓形狀時,燃燒室就會失去密封,從而引起大量的高溫氣體泄漏,這不僅影響發(fā)動機(jī)的動力性,也影響其經(jīng)濟(jì)性,并使?jié)櫥驮诨钊c汽缸的壁部不完全燃燒而產(chǎn)生積碳,影響其散熱,造成發(fā)動機(jī)過熱而產(chǎn)生惡性循環(huán):不正常的燃燒,活塞環(huán)失去了彈性以及摩擦副運(yùn)動件加速磨損等一系列故障。因此對發(fā)動機(jī)汽缸的非正常磨損應(yīng)引起人們足夠的重視。為提高汽缸的耐磨性、延長其使用壽命,請切記以下幾點注意事項。
1. 平穩(wěn)度過磨合期每種型號車輛說明書都強(qiáng)調(diào)新車使用初期必須進(jìn)行磨合(包括大修后的發(fā)動機(jī)),對車輛的車速及負(fù)荷均有所限制,以便在一種平和的環(huán)境中將不干點磨平,使接觸面逐漸增大,慢慢承受由小到大的負(fù)荷。摩托車在磨合期內(nèi)嚴(yán)禁超載,在任何擋位下發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速不得超過該機(jī)最高轉(zhuǎn)速的 60 %,還應(yīng)視不同路況和不同季節(jié)合理調(diào)整車速并適時停車休息,以平穩(wěn)地度過磨合期。
2. 正確使用油品一般來說,摩托車發(fā)動機(jī)熱負(fù)荷和溫度都較高,工作條件較汽車發(fā)動機(jī)要苛刻得多,因此對潤滑油的質(zhì)和量要求較高。如果不按使用說明書的規(guī)定合理選用潤滑油,尤其是使用了低質(zhì)和假冒偽劣油品將會引起發(fā)動機(jī)摩擦副的異常磨損,嚴(yán)重時將會導(dǎo)致拉缸。因為低質(zhì)油品不是粘度過大就是粘度不足,粘度過大時,其流動性差,特別是低溫啟動時,機(jī)油不易快速到達(dá)摩擦表面,而形成干摩擦;粘度過低又會使機(jī)油壓力難以建立,使?jié)櫥凸┙o不足,不能形成可靠的油膜。有的用戶在保養(yǎng)車輛時誤將兩種牌號的機(jī)油混合使用,結(jié)果引起油品的氧化變質(zhì),從而失去潤滑效果。還有的甚至不及時添加機(jī)油或機(jī)油變質(zhì)后仍然繼續(xù)使用,造成油位不足和機(jī)油老化,嚴(yán)重影響發(fā)動機(jī)的正常潤滑。由于水分和酸性物對缸壁有腐蝕作用,因此在加注燃油時應(yīng)選用硫分少、水分少的優(yōu)質(zhì)燃油,盡量使用無鉛汽油,并注意對油品雜質(zhì)過濾,以免細(xì)粒雜質(zhì)進(jìn)入汽缸,防止“病從口入”。
3. 改善運(yùn)轉(zhuǎn)條件摩托車在不同道路上行駛,因其路況有別,空氣質(zhì)量差異較大。實驗表明,在路面干燥的一級公路上空氣含塵率僅為 0.01g/cm 3 ,而在土路上的含塵率高達(dá) 0.45g/cm3 。模擬車輛在路上行駛的實際情況進(jìn)行發(fā)動機(jī)臺架試驗,人為地讓發(fā)動機(jī)吸入含塵率為 0.5g/m3 的空氣,讓其工作 25 ~ 100h 后,汽缸磨損極限值超過 0.3 ~ 0.5mm 。由此可見,改善發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣質(zhì)量、提高空氣濾清器的濾清效果是防止汽缸異常磨損的一個重要方面,應(yīng)引起人們的高度重視。在塵土較多地區(qū)行駛的摩托車要適時縮短保養(yǎng)周期。若濾心破損或堵塞嚴(yán)重?zé)o法清潔時,應(yīng)及時更換,決不能勉強(qiáng)湊合使用,以免后患無窮。
4. 合理使用添加劑 20 世紀(jì) 80 年代末期,被譽(yù)為“零性磨損”的廣譜金屬膜修復(fù)型第四代添加劑產(chǎn)品,以其適用范圍廣、使用周期長、質(zhì)量性能穩(wěn)定等綜合優(yōu)勢走向市場并得到廣泛應(yīng)用。此種添加劑內(nèi)含銀、鋇、鎂、鎳、鈉等十幾種金屬元素,被稱為超級聚合物“ TM ”。www.jylzbg.com 它在高溫摩擦條件下以機(jī)油 1/30 的分子量滲進(jìn)金屬的微觀表面,形成柔韌的金屬化合物牢固吸附在金屬摩擦表面,并在接觸壓力作用下,自動使凹陷部位得到填補(bǔ),金屬表面得到微拋光,形成一層具有自潤滑性質(zhì)的金屬化合物保護(hù)膜,因此金屬的實際摩擦面被分離,減小了摩擦系數(shù),大大降低了宏觀摩擦阻力和磨損量,摩擦溫度也降低到一定程度,從而達(dá)到“零性磨損”延長機(jī)件使用壽命的目的。市場上的添加劑以“ JB 保護(hù)神”居多且效果甚佳。譬如:
a.ETU-4 引擎促進(jìn)劑(用于 1000km 的初期磨合
b.HDV-23P 車神(用于磨合期后的正常行駛)
c.OTE-6A 引擎強(qiáng)力修復(fù)劑(用于摩擦副受損后的修復(fù)保護(hù))
d.IEC-9 引擎內(nèi)部清潔劑(不需解體,即可去除發(fā)動機(jī)內(nèi)部及油道內(nèi)的有害沉積物)以上品種的添加劑應(yīng)按各型發(fā)動機(jī)曲軸箱機(jī)油容量的 5 %加注。使用方法為:加注前,先將曲軸箱內(nèi)舊機(jī)油趁熱機(jī)時放盡,注入選型優(yōu)質(zhì)摩托車專用機(jī)油,再將 JB 保護(hù)神按機(jī)油容量的 5 %注入曲軸箱內(nèi),啟動發(fā)動機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)約 5 ~ 10min (注意將中撐支起),再緩加油門,使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速逐步提高。待機(jī)溫升至約 50℃ 時,再掛入低擋,慢速行駛 1 ~ 2km 后即可投入正常使用。
注: 1EC-9 引擎內(nèi)部清潔劑在使用時除按以上程序外,在正常行駛 1h 后(或累計運(yùn)行)停車并趁熱機(jī)狀態(tài)時隨臟油一起排放干凈,最后再加入選型潤滑油。