为什么汽油发动机会出现气缸拉缸现象？

为什么汽油发动机会出现气缸拉缸现象？

在发动机工作过程中，活塞及其活塞环在气缸内作高速往复运动。在燃料—空气混合气燃烧产生的巨大膨胀推力作用下，活塞与活塞环通过机油形成的油膜与气缸内壁保持紧密接触。通常情况下，由于油膜的隔离与缓冲作用，活塞和活塞环不会与气缸直接接触。然而，在某些特定工况下，二者可能发生直接接触，产生滑动摩擦并释放大量热量。若散热条件未能得到有效改善，活塞、活塞环或气缸内壁的金属表面可能熔化，导致滑动摩擦面相互焊合。在活塞高速运动过程中，便会产生纵向划痕；严重时，两者甚至会卡死，这种现象即称为“拉缸”。

主要原因如下：

1. 由于高速运转导致发动机初期磨合不足及气缸拉伤

对于一台新装配的发动机，气缸内表面以及活塞和活塞环的外表面看似光滑，实际上由无数高低不一的微观凸起组成。在发动机能够正常运转之前，各配合表面必须经过初期磨合，以消除这些凸起的尖锐棱角，使表面变得平整、受力均匀，并防止在相对滑动时相互咬死，从而确保运行平稳。因此，新装配的发动机必须进行一定程度的磨合。否则，活塞、活塞环与气缸配合面上较高的凸起将承受集中载荷，单位面积上的压力极高；摩擦后温度升高，凸起软化并熔融，进而导致拉缸现象。

2. 活塞过热引起的拉缸现象

当活塞过热时，会发生局部异常膨胀。由于活塞变形，活塞环槽变得波浪状，活塞环与活塞环槽之间出现短时或长时间的咬合，导致活塞环无法正常工作。此时，活塞环边缘在极高的单位面积压力下与气缸内壁直接接触，不仅丧失了密封燃烧气体的功能，还破坏了气缸内壁的油膜，从而引发拉缸现象。

活塞过热的主要原因有：

① 汽油品质不佳会导致油气混合气异常燃烧，并产生高温。

② 燃油供给系统、点火正时或点火调整不当，会导致油气混合气燃烧异常，从而引起高温。

③ 活塞本体设计不良或所用铝合金密度偏低，导致活塞向气缸的散热不足，从而引起活塞过热。

④ 发动机外部冷却不足会导致过热。

3. 活塞环间隙不当引起的气缸拉伤

在发动机运行过程中，燃烧室内往往不可避免地会形成积碳。尽管机油和活塞环具有清除积碳的作用，但沉积在活塞环槽内的积碳却很难彻底清除，尤其是第一道气环槽。随着活塞环槽内积碳的逐渐增多，会导致活塞环侧隙和背隙异常，阻碍其正常运动，并对活塞环施加不正常的压力，使其与气缸内壁直接接触并发生摩擦，从而引发气缸拉伤。

燃烧室内积碳形成的主要原因如下：

① 所用汽油质量不佳；

② 混合气燃烧异常；

③ 燃油供给系统中混合气过浓；

④ 点火系统故障，尤其是火花塞点火故障；

⑤ 气缸内壁上残留的机油过多；

⑥ 机油从气缸盖泄漏至燃烧室。

4. 活塞与气缸配合间隙不当引起的气缸拉伤

由于气缸内壁及活塞和活塞环外径的加工精度较差，导致活塞与气缸之间的配合间隙不当，从而引起气缸拉伤。当配合间隙过小时，活塞与气缸间的接触压力增大，甚至可能导致活塞卡滞；而当配合间隙过大时，活塞头部的摆动幅度增加，活塞头部或裙部以及活塞环边缘与气缸发生接触，造成单位面积上的压力极高，进而引发气缸拉伤。

5. 活塞与气缸表面形状不良引起的气缸拉伤

在发动机工作过程中，活塞与气缸的接触面理想状态下应呈圆柱形，以确保接触均匀并避免大范围承受过大的压力。由于热胀冷缩的影响，在室温下，活塞裙部沿纵向呈桶形、横向呈椭圆形。这种复杂的几何形状对加工精度要求极高。然而，受设计、制造或材料等因素制约，其形状可能达不到理想状态，从而导致气缸拉伤。

主要原因如下：

① 活塞裙部加工精度不足，导致形状变形；

② 气缸内表面形状加工不良（圆度和圆柱度超差）；

③ 活塞销外径或活塞销孔内径的加工精度不足，导致两者配合间隙过小，或其间夹杂异物，致使发动机工作后活塞销在销孔内膨胀并卡滞，阻碍活塞裙部沿销孔方向的膨胀，使其无法形成理想的形状；

④ 活塞裙部结构设计不合理，导致刚度不足，使裙部前后受力面在压力作用下发生变形并下沉，进而引起裙部45°侧局部压力增大，造成缸壁拉伤；

⑤ 气缸套结构设计或材料不良，导致气缸变形，使活塞与气缸在上止点附近配合过紧，摩擦增大，进而引发气缸拉缸。

6. 由表面处理不良引起的气缸拉伤

从材料角度来看，活塞、活塞环与气缸处于高速运动状态，摩擦生热。严重时，金属表面可能熔化并相互粘连。因此，通常会对活塞、活塞环乃至气缸内壁进行多种表面处理，如镀铬、镀镍、喷涂钼、渗氮、磷化以及PVD（物理气相沉积）等，以在表面形成高熔点的保护层，防止高温下的熔合。然而，若表面处理质量不佳，例如涂层厚度不足或结合力差，则在高温下活塞与气缸、活塞环与气缸之间发生熔合的现象将难以避免。

7. 由发动机机油润滑失效引起的气缸拉伤

在发动机工作过程中，机油会在气缸、活塞和活塞环之间形成一层油膜，有效防止它们之间的直接接触与摩擦。然而，以下情况会导致机油无法充分发挥其润滑作用，进而引发气缸拉伤：

① 机油不足。显而易见，当机油添加量不足且在发动机运转过程中不断消耗而未及时补充时，便无法形成足够厚的油膜，从而导致气缸拉伤。

② 机油乳化。尤其在冬季，发动机停机后温度下降，气缸下部及曲轴箱内的空气中的水分（经通风管进入）会凝结并与机油混合，逐渐导致机油乳化。同时，燃烧室泄漏的混合气体也不断与机油掺混，进一步加剧乳化现象。乳化的机油黏度降低、品质变差，难以在气缸、活塞与活塞环之间形成有效的油膜。

③ 机油牌号选择不当。应根据使用地区和季节选用合适的机油牌号。若选错，冬季机油黏度过大、流动性差，夏季则过于稀薄，均会导致润滑不良。

8. 由异物和杂质引起的气缸拉伤

当气缸与活塞或活塞环之间存在坚硬的异物时，这些异物会起到磨料作用，加速其表面的磨损。在严重情况下，甚至可能导致气缸拉伤。

异物的主要来源如下：

由于发动机部件未彻底清洁而带入的灰尘等异物；

② 发动机零部件上残留的毛刺；

③ 发动机运行过程中磨下的铁屑和铝屑；

④ 由于空气滤清器过滤效果不佳，随空气进入的灰尘；

⑤ 由机油与燃油混合物不完全燃烧产生的积碳；

在对消声器进行喷砂处理时，残留在消声器内的铁砂被吸入了燃烧室。