汽車的“下排氣”是怎么形成的?為什么說從它就可以大致看出發(fā)動機的磨損情況?
現(xiàn)在的卡車一般都使用柴油發(fā)動機,這些車型在出現(xiàn)了發(fā)動機動力不足、機油消耗量過大等故障時,有經(jīng)驗的老司機或修理工通常都會把發(fā)動機的曲軸箱通風管拔出來,看看從這里排出的廢氣狀態(tài),俗話叫做檢查發(fā)動機的“下排氣”。如果這里的排氣量很大,或者排出的廢氣呈藍色或白色,或者下排氣中含有機油,我們就說這臺發(fā)動機“下排氣太大了”,并由此判斷發(fā)動機磨損過大,或者有拉缸的故障。
不僅僅是柴油發(fā)動機,汽油發(fā)動機也可以這樣檢查。一些比較老舊的汽油車出現(xiàn)了發(fā)動機動力不足、機油消耗量過大等故障去修理廠維修時,修理工也是首先檢查發(fā)動機的下排氣。不過汽油發(fā)動機一般檢查機油尺管處的排氣量,如果從這里排出來過多的廢氣,或者廢氣呈藍色或白色,我們也可以判斷是發(fā)動機磨損過大、需要大修了。
那么這個“下排氣”究竟是怎么形成的呢?為什么查看它的狀態(tài)就可以判斷發(fā)動機的工作狀態(tài)呢?下面老侯來給大家說說其中的道理。
大家知道,現(xiàn)在汽車上使用的發(fā)動機學名叫做“往復活塞式四沖程發(fā)動機”,它的工作原理是:在進氣沖程中吸入空氣或者可燃混合氣,然后在壓縮沖程中把它們壓縮成高溫高壓的氣體,隨后由火花塞點火或者向其中噴入高壓柴油,使可燃混合氣燃燒并膨脹做功,形成了做功沖程,最后將燃燒后產(chǎn)生的廢氣排出發(fā)動機的行程稱為排氣沖程。這四個沖程反復進行,發(fā)動機就會自動的運行下去。
這四個沖程能夠持續(xù)的運行下去,有一個前提條件是:必須有一個密閉的空間。只有在一個密閉的空間內,氣體才能產(chǎn)生高溫高壓,壓縮與做功才能完成。在發(fā)動機中,燃燒室就是這樣的一個密閉空間,可燃混合氣在燃燒室內被壓縮、點燃,產(chǎn)生高溫高壓的氣體推動活塞向下運動,在膨脹過程中達到了做功的目的。
我們來具體的看看這個密閉空間是怎么形成的:氣缸套緊密的鑲嵌在氣缸體上,氣缸蓋和氣缸體之間用螺栓緊密的連接在一起,中間有起到加強密封作用的汽缸墊;在氣缸蓋上有氣門,它們與氣缸蓋緊密配合,形成良好的密封面;活塞和活塞環(huán)安裝在氣缸套中,并在其中上下往復運動,活塞與氣缸套之間大約有0.05~0.15mm的間隙;活塞環(huán)套在活塞上,外表面與氣缸套接觸,上下端面和內表面與活塞接觸,形成了幾處密封面。這樣,氣缸蓋、氣缸套、活塞、活塞環(huán)以一定的位置和工藝安裝后,一個密閉的空間(燃燒室)就形成了。
那么這個密閉空間可以做到絕對的密封嗎?答案是不能。原因就在于:氣缸套、活塞、活塞環(huán)三者安裝后,會形成三個間隙,我們稱之為活塞環(huán)“三隙”:端隙、側隙和背隙。這幾個間隙,一方面是給活塞環(huán)留出受熱膨脹的余地,防止工作時活塞環(huán)膨脹卡死在氣缸套中;另一方面也是安裝工藝的需要,如果沒有這幾個開口,活塞環(huán)是無法安裝在活塞上的。
一般活塞環(huán)的端隙小于0.5mm,側隙小于0.1mm,背隙小于0.2mm。與活塞的直徑和行程相比,這些間隙顯得微不足道。但是,就是由于這幾個間隙的存在,燃燒室中高溫高壓的氣體會通過它們泄漏到曲軸箱中,這就是所說的“下排氣”。一般發(fā)動機的每個氣缸有兩道氣環(huán)和一道油環(huán),下排氣產(chǎn)生的具體路徑是:
燃燒室中高溫高壓的氣體從活塞與氣缸套之間的間隙進入,到達第一道活塞環(huán);然后通過第一道活塞環(huán)的側隙與背隙再從端隙流出,進入到第一道活塞環(huán)與第二道活塞環(huán)之間;然后通過第二道活塞環(huán)的側隙與背隙再從端隙流出,進入到第二道活塞環(huán)與油環(huán)之間;最后從油環(huán)端隙流出,通過活塞與氣缸套之間的間隙進入到曲軸箱中,形成了所謂的“下排氣”,也叫做氣缸竄氣或曲軸箱竄氣。
這種泄漏無疑會降低發(fā)動機的工作效率,導致發(fā)動機無法到達設計的壓縮壓力,進而導致發(fā)動機功率和扭矩的降低;同時它還會增加曲軸箱內部的壓力,導致曲軸箱密封困難、竄氣量增多、機油消耗量增多、發(fā)動機運行阻力增大等故障。因此發(fā)動機要盡可能的減少這種泄漏量。常見的做法一是采用合適的材料制作活塞和活塞環(huán),讓它們與氣缸套之間的配合間隙以及活塞環(huán)三隙盡可能的小,以縮窄漏氣通道;另外活塞環(huán)在安裝時,端隙互相錯開180°,形成了迷宮式的漏氣通道,以延長漏氣通道和衰減漏氣的壓力,達到減少漏氣量的目的。
但即使這樣,下排氣仍然是不可避免的,一般來說,發(fā)動機下排氣的量為進氣量的0.2~1%之間,在正常使用中只能輕微的感受到,并且越優(yōu)秀的發(fā)動機下排氣量越小。另外,溫度也會影響下排氣的大小,一般在低溫時發(fā)動機中活塞、活塞環(huán)與氣缸套之間的間隙較大,下排氣量較多;等發(fā)動機達到正常工作溫度后,這些間隙受熱縮小,下排氣的量也隨之減少了。
當發(fā)動機運行超過一定里程或年限后,由于自然磨損和金屬的疲勞,發(fā)動機中的活塞、活塞環(huán)、氣缸套三者之間的間隙會增大,活塞環(huán)的三隙也會增大;由于金屬疲勞導致的活塞環(huán)彈力下降,也會導致活塞環(huán)的密封性下降;另外,活塞環(huán)在發(fā)動機運行中會自動的旋轉,如果在某一時刻這三道活塞環(huán)的端隙在一條直線上,俗稱的“活塞環(huán)對口了”。此時,下排氣的漏氣通道會大幅度的拓寬,漏氣量隨之大幅度增加,發(fā)動機的下排氣也就明顯增大了,嚴重時甚至有大量的燃燒廢氣從下排氣口竄出,呈現(xiàn)白色或藍色的煙霧,或者有機油顆粒從里面流出。另外,由于活塞環(huán)三隙的增大,活塞環(huán)的泵油作用也會大幅度增加,發(fā)動機的機油消耗量隨之增大,也就是我們俗稱的“燒機油了”。
有經(jīng)驗的修理老師傅或者老司機,可以通過這個下排氣的量和顏色來大致判斷發(fā)動機的磨損情況,進而判斷發(fā)動機是否需要大修。我們也可以采用測量氣缸壓力的方法來大致判斷,如果氣缸壓力比正常值下降一半以上,就說明這臺發(fā)動機徹底不行了。當然,我們也可以更精準的測試發(fā)動機的下排氣量。有一種發(fā)動機竄氣量檢測儀,通過測量曲軸箱中的氣體壓力,可以比較精準的測試發(fā)動機的竄氣量。當它的數(shù)值超過一定程度時,就說明發(fā)動機的磨損過大了。
還有一種情況,那就是發(fā)動機出現(xiàn)了拉缸的故障(就是我們俗稱的“發(fā)動機爆缸”)。這種故障一般都是由于發(fā)動機過熱,導致活塞與活塞環(huán)過度膨脹,卡死在氣缸套中,在巨大的慣性力作用下,仍然上下運動,從而將活塞、活塞環(huán)、氣缸套上拉出較深的溝痕;或者活塞與氣缸壁之間潤滑不良,二者產(chǎn)生粘著磨損,并在活塞和氣缸套上拉出深深的溝痕。發(fā)動機拉缸后,燃燒室的密封性會大幅度下降,發(fā)動機的壓縮壓力下降,功率和扭矩也隨之大幅度下降,同時還會伴有異響;另外由于有大量的氣體從溝痕處泄漏到曲軸箱中,曲軸箱壓力劇增,下排氣口處泄漏的氣體大量增加,呈現(xiàn)灰白色的煙霧,汽油機從機油尺處會竄出一股股的煙霧,這些都是發(fā)動機拉缸的明顯癥狀,嚴重時發(fā)動機甚至無法啟動。
當發(fā)動機出現(xiàn)下排氣量過大、汽車動力下降的情況時,一般需要通過更換活塞、活塞環(huán)、氣缸套、修理氣門密封面等方式方法來恢復燃燒室的密封性能,也就是我們所說的發(fā)動機大修。大修后的發(fā)動機在運行初期,由于各摩擦副配合不是很完美,燃燒室密封性不是很好,下排氣量也會較大;運行一段時間之后,各摩擦副表面的毛刺、凸起等磨損掉了,燃燒室密封性良好,下排氣也隨之減小了。這個過程就是發(fā)動機磨合的過程。
很早以前的發(fā)動機,曲軸箱都是直接與大氣相通的,曲軸箱中的廢氣會直接排放到大氣中,這種技術稱為曲軸箱自然通風,從發(fā)動機外部直接就可以看到下排氣,F(xiàn)在的汽車發(fā)動機出于減少環(huán)境污染和提高發(fā)動機經(jīng)濟性的考慮,一般都采用曲軸箱強制通風技術,它可以把曲軸箱中的廢氣抽出并送入發(fā)動機的進氣管,吸入氣缸再燃燒。如果發(fā)動機磨損嚴重,下排氣過大,曲軸箱中的廢氣過多,返回到氣缸中的廢氣過多,會導致發(fā)動機的燃燒狀況不好,發(fā)動機功率下降。這種發(fā)動機我們通常都是從機油尺處查看下排氣的程度。
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