浅谈奔驰OM441发动机机缸套空气穴蚀故障分析及预防

李斌

摘 要：文章以奔驰OM441柴油发动机缸筒空气穴蚀实例论述了的该类故障现象，同时分析造成柴油发动机缸套穴蚀损坏的机理及成因预防措施，以及对此类故障的预防措施。

关键词：缸筒；穴蚀；故障分析

柴油发动机缸套穴蚀因其安装位置在发动机缸体内，日常的检查手段不能有效及时发现其问题。但等发现问题时，可能已造成了严重损失，因此分析其成因、科学的使用和维护是解决此类问题的关键。

1 故障现象和排除故障过程

一型奔驰卡车发动机型号为OM441，发动机排列形式为V型，发动机缸数6缸，缸套为湿式缸套。在例行检查时发现水箱缺少冷却液，但发动机外部无渗漏，于是停机检查，检查该车冷却系统及有关管路，无渗漏点，同时机油未见异常。但在检查过程中，发现1、3、5缸的排气管中后部伸缩节下有类似黑色液体渗出，渗漏液体蒸发后，判定渗液为水分及少量积碳，说明有异常数量水分在排气管内，结合冷却液非正常减少，于是初步判断为发动机缸床垫冲坏，缸筒进水。于是对该发动机1、2、3缸缸床垫进行更换，检查更换下来缸床垫，未见水道密封有明显损坏，安装维修调试发动机，但随后观察中发现故障依旧，而且水箱中发现有白色油状乳化物及发动机机油出现乳化现象。于是立即停机，对该发动机进行分解检查，通过分解下来零部件，明显可看出发动机1-3缸套明显被穴蚀（见图），且穴蚀下位置基本位于缸套中下。其中2，3缸缸套穴蚀蚀严重，其中二缸穴蚀深度可测量部位最深度能达到7mm以上。而缸筒壁厚约8毫米左右。

2 穴蚀的产生的机理

通常认为，穴蚀是震动表面上气泡爆裂而产生的一种 润现象。发动机在工作时，活塞往复运动过程中由于敲击缸筒壁面生产振动，在缸套表面形成低压区使冷却液蒸发而产生气泡；当气缸壁向冷却液靠贴时，缸壁表面上的压力显著增加，引起气泡爆裂。当气泡在震动中因不断地受到挤压而频繁快速地破裂，形成了较大的冲击波，在金属表面局部区域产生极大的压力，使金属产生疲劳而逐渐脱落。这个过程反复进行，使从气缸套金属外壁一粒一粒地剥落下来，在相对固定区域内出现麻点或针孔状，严重时表现为蜂窝状空穴群（见图二缸穴蚀），集中时类似海绵状。

3 缸套穴蚀的危害

（1）导致冷却液不足，严重不足时，影响发动机冷却导致，发动机温度过高。（2）少量水分入机油导致乳化，机油性能下降，造成抱瓦，曲轴可能需要更换，包括连杆瓦及曲轴轴瓦。（3）当水进入缸筒较多时，由于水的不可压缩性，活塞运动行程将会变短从而导致发动机连杆弯曲或断裂，极端条件下会造成断裂连杆飞出击穿缸体，导致缸体损坏的。（4）存在机油进入冷却液污染冷却液的危害。实例中的缸套，虽然侵蚀点还未锈透，但侵蚀点除冷却水的压力和水分自身 润性，以及活塞下行产生的吸力，导致少量水分进入气缸内，同时活塞上行时，缸筒壁上油膜内的机油及水份，可能压入水道中，这也就是水箱内为什么存在机油成分。

4 缸套穴蚀的主要原因

由于产生穴蚀的机理很复杂，但缸套穴蚀是主要有物理因素：振动引起的穴泡穴蚀；化學因素：冷却液化学成分引起的电化学腐蚀；其他因素：使用因素；综合作用而引起形成。

4.1 物理因素：发动机的高频振动

通过穴蚀形成的机理，发动机高频振动是缸套穴蚀的主要原因，加之气缸套与活塞的间隙及缸筒自身的物理缺陷，进一步强化了这种振动。柴油机运转中，活塞燃烧压力及惯性驱动从缸套内上、下止点运动，过程中产生了活塞向缸壁的侧向压力，导致由于活塞侧倾摆动撞击气缸套壁，就会引起气缸套壁振动和变形。进而产生穴蚀，且多发于发动机缸套中下、下部。

4.2 化学因素：电化学腐蚀

冷却液选择不当，对金属的腐蚀作用，及经常更换冷却水因冷却水中含有大量的空气而加快穴蚀破坏。气缸套的外壁受到电化学腐蚀和化学腐蚀。电化学腐蚀是由于缸套与缸体材料合金组织的差异而引起局部电解现象，电化学腐蚀后仍存留氧化铁、碳化铁等多相氧化层，腐蚀后的气缸套壁面多呈蜂窝形状。通过查阅该车使用档案，该车使用过去质量不高的防冻液及夏季有时补水使用自来水，一步增加了电化学腐蚀。

4.3 其他因素：使用因素

发动机使用过程中，冷却液温度经常处于低温状态下，不仅增加缸套的电化学腐蚀，同时使活塞与缸套间隙增大，活塞敲击和增加缸套振动。该车由于属于内场特种车辆，短途频繁启动，运行速度慢，负荷小，发动机温度不高，可能增加穴蚀因素。此外发动机转速的提高使惯性力增加，并增加了在单位工作时间内活塞撞击缸壁的次数，所以增加了穴蚀破坏。

5 防范措施

由于穴蚀的机理非常复杂，因此需要从生产制造、正确使用、科学维护三个方面进行预防。

5.1 生产环节的预防

减振是防止穴蚀的主要手段，因此在设计加工中，尽可能减少活塞和缸筒间隙，提高活塞的加工精度，提高缸套的刚度，缸套与缸体的配合尺寸合理。选择适合的材料加工相关部件，以及通过特殊工艺处理增加缸套外表的抗腐蚀性。

5.2 采用正确的操作方式

柴油发动机正常运转应保持冷却液的温度处于80-90度之间。同时发动机工作过程粗暴，单位曲轴转角爆发压力升高率增加，都容易产生穴蚀，因此要避免急速提升转速，正常使用车辆。

5.3 科学维护

正确选择合适的长效防冻液，严禁使用自来水替代冷却液，在使用过程按标准及时更换添加，同时避免冷却系统进入空气和杂质。

6 结束语

通过以上分析，说明车辆发动机缸套穴蚀故障排除时，要注意观察，仔细分析，才能准确的排除故障。同时在柴油发动机从制造装配、使用、维护各环节，充分考虑防止穴蚀产生因素，正确的设计制造，科学的使用维护，才能更好的预防穴蚀的产生。

参考文献

[1]A.E.斯卡沃勒尔.汽车构造原理与维修应用[M].机械工业出版社，2004.

[2]母忠林.柴油机维修技巧与故障案例分析[M].机械工业出版社，2010.