马勒汽缸套——我们对公差进行严格控制

对内燃机的要求在稳步上升,因此须不断改善汽缸工作表面。 抛光汽缸套与活塞及活塞环精确匹配可提高发动机性能。

对于用铸铁制成的汽缸套,必须使其表面达到最佳状态,以降低油耗和减少窜缸,同时减少磨损颗粒数量,缩短磨合时间,并延长使用寿命。

马勒为全球连续生产发动机制造商以及汽车零部件市场制造汽缸套,并且使用与之相同的严格质量标准。 我们对所制造汽缸套的公差进行极为严格的控制。此举最主要的作用是确保汽缸套在发动机组中实现最佳安装效果。 马勒汽缸套的其它重要品质特性是材料、结构与表面质量。 我们通过与发动机制造商密切合作,确定熔化物成分、熔化物处理方法与加工工艺。

片状石墨

除了铝之外,汽缸套所用材料还有铸铁合金片状石墨铸铁与磷混合成为一种合金。 其它合金材料则提高了耐磨属性,并通过贝氏体和极其细小的珍珠岩成份提高铸模强度

充分的珩磨对活塞环耐磨性、颗粒排放、油耗以及摩擦具有积极影响。

通过对汽缸套珩磨技术的进一步开发与创新,我们的目标是尽量缩短汽缸(发动机)的磨合期,并改善其摩擦属性。 保证汽缸套珩磨质量一致性的重要前提是选用高品质材料。 这要求铸造材料没有孔洞,并且结构均匀、硬度一致,以及适合进行汽缸孔预加工处理。

发动机修理人员不止一次地发现,汽缸套表面已严重腐蚀。 诊断结果:均为气穴损伤所致——也叫做蚀损斑。 什么原因导致这种损坏发生? 客户采取什么措施才能避免此类损坏?

所有汽缸套有一个共同点:它们都被称为“湿式”缸套,在运行期间会有冷却液在其周围流动。 在该解决方案中,燃烧产生的热量通过散热器,实现有效的转移与消耗。

气穴损伤是什么样子?

对于此类损伤,主要是观察活塞正中位置顶部与底部是否存在凹点。 如果看到典型的凹点或腐蚀痕迹,我们就将其称之为气穴损伤。

当汽缸水套上的细小凹点不断累积时,最后就会出现所谓的气穴损伤。

到底什么叫气穴? 其在汽缸套上的成因又是如何?

气穴(源自拉丁语cavitare,意思是“挖空”)是指经(高流速)液体侵蚀后形成的空洞,而这种液体通常随后也迅速消失。 这种现象是由压力波动造成的,而在内燃机中,压力波动是由活塞运动所导致。 活塞的振动传播到周围的水套,然后使其也随之一起振动。 当汽缸壁在振动周期内向后运动时,冷却液中形成真空,并在真空形成的地方产生气泡。 当冷却柱向后振动时,这些蒸汽泡就会爆裂,然后将一个个原子“炸飞”到汽缸套表面:其结果就是导致表面出现气穴腐蚀。

气穴损伤还是普通腐蚀——如何区别

气穴损伤有两个独有特性:1、凹点只存在于汽缸套的主要或次要推力侧。 2. 与普通腐蚀相比,气穴损伤的凹点会向内不断扩大。 这种“挖空”(腐蚀)效应将产生一种影响,即汽缸壁会被彻底穿透,最后导致冷却液进入汽缸。 此外,当汽缸表面最初因出现气穴而遭到损伤时,也就意味着会出现更多的气穴损伤,并导致腐蚀部位成为开放性腐蚀。

汽缸套上的空腔:如果将汽缸套切开,可以清楚看到气穴尺寸越靠内侧越大。

蚀损斑——成因是什么?

冷却液缺乏充足的防冻保护:气穴损伤的共同成因源自于冷却液的成份。 在世界上许多国家中,发动机的冷却液中要么不含防冻剂,要么防冻剂比例不足。

然而,防冻剂并非只是防冻,它还能防止冷却器和发动机被腐蚀,而且能对冷却液泵起到润滑作用。 适当的防冻剂可影响冷却液的物理和化学特性——分别降低冷却剂的凝固点和提高冷却剂的沸点。 此举降低形成气泡的可能性,从而降低出现气穴损伤的风险。

冷却系统发生泄漏/过压性能不足:在正常运行条件下,冷却系统中会形成过压,从而降低形成气泡的可能性。 但是,即使只是冷却器盖发生泄漏,就会阻止过压的形成——这也是汽缸套出现气穴损伤的原因之一。 此外,如果恒温调节器或冷却器鼓风机的粘性联轴器存在缺陷,会在一定程度上降低发动机温度水平,最终也会导致冷却系统中无法形成过压。

在较低温度范围内的发动机运行:气穴损伤特别常见于在较低温度范围内(50-70°C)运行的发动机。 在较高温度范围内(90-100°C),水压得以提高,可防止出现气穴损伤。

劣质产品:质量较次的汽缸套存在过大的制造公差,无法正确安装在发动机组中,因此会在发动机中晃动。 而过多的振动常常导致气穴损伤的出现。 除此之外,劣质材料也可能是导致气穴损伤的原因之一 。

出现气穴损伤后的发动机修理——从实践中获得的小窍门

若表面被腐蚀,则切勿改变汽缸套底部阀座的直径,除非使用更大安装直径的汽缸套。

注意保留正确的活塞安装间隙非常重要——切勿因汽缸套直径变大而对其进行珩磨,同时也不要重新安装以前用过的活塞。 相反地,可行的做法有两个,要么通过重新开孔获得更大的尺寸(同时应使用相应的大尺寸活塞),要么安装新的总成。

采用发动机制造商推荐的同种具有防腐蚀功能的防冻剂至关重要——即使发动机只是在温暖或不会出现霜冻的地区使用,或者在室内使用(如发电机驱动)。 同时还需注意的是关于更换间隔和替代添加剂的相关规定。

同样重要的还有水质:不适用的水包括蒸馏水、呈强碱性或强酸性的水等。

我们的建议是定期检查冷却系统、恒温调节器和冷却器鼓风机。 务必保证冷却系统能形成过压(必要时更换冷却器盖)。

防止出现气穴损伤——来自马勒的发动机元件

通过与发动机和汽车制造行业的密切合作,马勒工程师开发出受气穴损伤影响极小的发动机元件。

确保发动机使用寿命长并且不受气穴损伤影响的前提,就是使用运行顺畅的活塞。 在开发阶段——即在真的发动机中进行的无数次系列试验中,马勒就已经对活塞外形进行了优化。 其结果就是令人满意的顺畅运行,并且在汽缸触点变更过程中产生的冲击极小。

马勒汽缸套可确保发动机的最佳性能、精细度、长使用寿命以及可靠性:防止汽缸套出现气穴的最重要保护方式就是将振动传递最小化。 因此,马勒汽缸套经加工后,具有高精度和低公差的特点——确保发动机组的无振动安装,进而保证发动机始终能够可靠运行。

每位发动机修理人员的噩梦:在发动机组中安装新的汽缸套。 汽缸盖固定好以后,拧紧汽缸盖上的螺栓,然后突然隐约地就会听到“砰”的一声。 将汽缸体拆下后,导致这个怪异的断裂声出现的原因便一目了然:汽缸套的法兰沿四周折断,散落在汽缸顶部。 将法兰取出后,便能发现断裂发生在汽缸体下方,大约成30°角的位置。 法兰的断裂面显示出一种粗糙的断裂结构。 但是:材料或铸造缺陷甚至连用放大镜,或在显微镜下都无法检测到。 这种损坏是一种典型的外力断裂。

汽缸套法兰与法兰座——其关系如同锅盖与锅

汽缸体上有一些圆形扁平凹槽,这就是所谓的法兰座。 这些槽沿轴向将汽缸套固定在汽缸体中。 而汽缸套的法兰则必须正好安装在这种槽中,这样汽缸套四周才能完全落在法兰座中。 然后,将汽缸盖衬垫放在汽缸体上。 燃烧室的密封件(老款密封件采用的是金属边缘,而新款金属衬垫则是花纹表面)必须与汽缸套法兰顶部紧密贴合。

螺栓拧紧后,汽缸盖应紧紧扣在汽缸体上。汽缸盖螺栓与紧固说明设计用于在汽缸盖与汽缸体之间形成稳固的连接,即使点火压力有时在200 bar以上也是如此。 也就是说,会有极大的外力通过衬垫从螺栓传递至汽缸套法兰。 如此一来,更重要的是要使该外力沿垂直方向,通过汽缸盖衬垫传递至汽缸套法兰。 (示意图1显示正确安装)

示意图1:只有正确安装才能确保外力的正确传递。

示意图2:汽缸套法兰下面的污垢颗粒——导致法兰存在弯曲风险的原因

损坏风险因素:倾斜的力线

汽缸套由灰口铸铁制成。 这种材料有许多正面的特性——但是,这种脆质材料无法承受这种程度的弯曲。 当力线与汽缸套法兰之间只是出现一个小小的角度时,汽缸套上部出现的弯曲就会导致法兰断裂。

发生弯曲的普遍原因

污垢颗粒:为避免在汽缸体的法兰与法兰座之间出现污染物(即尘垢、碎片、沉淀残留物、密封材料等),安装期间保持清洁非常重要。 同时,密封膏只能在发动机制造商规定允许的情况下使用,而且要遵循“越少越好”的原则。

我们的提示:安装经过预加工的汽缸套时,最好在汽缸体前方几毫米出停下,然后用压缩空气将可能从法兰与法兰座的空隙中刮落的物质吹走。

倾斜的法兰座也会导致汽缸套法兰断裂。 (示意图 3+4)。

汽缸体法兰座的不平整表面与扭曲:

导致该问题的潜在原因是发动机设计重量越来越轻——元件上的扭曲越严重,则汽缸体的壁厚也越薄。 与此同时,现代发动机的输出功率、燃烧压力和转矩也一直在提高。 在已运行500,000 km(或已运行相当时间)的发动机中,扭曲现象更加严重,以至于汽缸体的法兰座需要再加工才能使用。 紧贴平面对法兰座进行修补时,应使用镗床或手动便携式法兰压紧密封面装置。 重要事项:切勿使表面发生倾斜(详见示意图3和4);加工完成后,应将法兰座表面的锐利边缘削成斜面(约45°角,详见示意图5)。 如果没有该斜面,会导致法兰断裂(详见示意图6)。

顺便提一下:还必须在安装前,确保汽缸套凸缘符合规格要求。 调整尺寸时,可在法兰下方放一个适当的金属环。 对于大多数汽缸套,马勒同时也提供含大尺寸法兰的适当汽缸套。 对汽缸体表面进行再加工时,法兰座数量应与原先相同。

示意图5:边缘锐利的法兰座削出斜面

示意图6:由于没有斜面导致的断裂

使用错误的汽缸盖衬垫:

此举也会在法兰上施加呈一定角度的力(见示意图7),原因可能是燃烧室边缘直径太小,也可能是汽缸盖衬垫厚度有误。 我们的提示:只使用专为该发动机设计的衬垫型号。 与原装衬垫相比,廉价仿制衬垫的尺寸和材料都会不同,这会造成严重的经济损失。

示意图7:错误的汽缸盖衬垫导致力沿一定角度传递。

示意图8:汽缸盖加工:如果在上面开出沟槽,力会通过防火边缘传递——最终导致汽缸套断裂。

错误的加工操作:

有些汽缸盖,如某些沃尔沃车型中使用的汽缸盖,都有一个完整的环槽,而汽缸套凸缘的防火边缘就安装在这里。并且,汽缸盖不得接触汽缸套。 如果汽缸盖表面因损坏或扭曲而进行再加工,其修补的环槽数量必须与原先相同。 否则就有导致力无法通过衬垫,而是以一定角度通过汽缸套防火边缘进行传递(详见示意图8)的危险。

稍有不慎就会蒙受经济损失

拧紧汽缸盖螺栓时,必须仔细听清发出的声音。 如果立刻发出可怕的断裂声,其实只是“塞翁失马”而已。 此时可立即将汽缸拆下,分析其中原因并采取补救措施,然后将新的汽缸套装上即可。

否则,这种情况会导致更大的经济损失:在发动机再次启动后,破损的汽缸套会逐渐沿着曲轴方向运动,而当破损位置与TDC的第一活塞环处于同一平面,该活塞环就是在破损处弹开。 当活塞进行下一次向下运动时,会将汽缸套向下拉。 转动的曲轴会将汽缸套弄碎,而活塞与连杆也会严重损毁。等待发动机修理人员的将是从发动机组中突出的连杆。

粗糙的断裂结构:外力作用的明显迹象。

粗糙的断裂结构:外力作用的明显迹象。

不论是商用车还是轿车,马勒汽缸套适用于多种发动机

汽缸套与活塞及汽缸盖一起,构成了内燃机的燃烧室。 考虑到燃烧室中的高温、点火高压和反复上下的活塞运动,所有人都会认为在这些极端条件下,必须使用高品质汽缸材料。 使用灰口铸铁可实现出色的滑动性能,而高级(且昂贵)合金材料,如钼、铬、镍和锰,可提高汽缸套的硬度、耐磨性与耐腐蚀性——这是实现耐久可靠性能的前提。

防火

制造过程开始时,各种钢质部件在大型熔炉中熔化成液态。 该阶段将主动回收变成实际操作:例如,将废旧铁轨、废钢碎片和循环利用材料(生产过程中剩下的碎片与残料)一起熔化。

然后添加用于纯净熔化物的合金材料与特殊清洁剂。 对熔化物进行连续采样与分析可确保其成份完全符合规格要求。 该汽缸材料针对特定发动机而设计,是通过与发动机制造商的密切合作而开发出来。 有些发动机制造商可能倾向于增加某种合金材料的成份比例,而另一些则规定了必须达到的硬度。

此外,还有许多不同型号的汽缸套需要使用特殊材料。 其中包括插入带密封件的曲轴箱,并且有冷却液围绕其流动的汽缸套。 或者插入发动机组插孔的汽缸套。 或者用于气冷发动机的肋式汽缸。 或者在生产铝制发动机组时,直接铸造成型的汽缸套。 根据不同的应用,通常会使用最佳的合金材料。

作为发动机与汽车行业的开发合作伙伴,马勒为大多数国际发动机制造商提供用于大批量生产的汽缸套。 与此同时,汽车零部件市场也因此受益匪浅。 我们能够保证:在贸易和汽车维修领域的合作伙伴所收到的产品,一定是由同一厂家制造,而且采用完全相同的材料,具有完全相同的品质。

正确的旋转

当人们看到离心浇铸机时,心里可能会想:“这看起来就像是一台洗衣机。” 这么说一点也不过分。 因为在离心浇铸机内部,也有一个滚筒在转动,而高温液态铁就是在这里完成浇铸。 然后金属会在离心力的作用下向外移动。 而气泡和熔渣则向内移动。 随着滚筒的转动,一个均匀的结构就形成了。 在一个转台上,安装有八台这样的“洗衣机”。 当其中一个滚筒已盛装适量的铸铁,转台会转动一步,然后将下一个滚筒装满。 转台转动几步后,滚筒中的金属依然发出淡淡的红光,但滚筒本身已充分冷却,停止后汽缸坯件将被取出。 顺便提一下:大型汽缸套(如大型集装箱货船发动机使用的汽缸套)必须在离心浇铸后停放几天,直至冷却才能取出。

优雅的转身

冷却以后,汽缸坯件就成为车床上的半成品。 材料的内应力减轻后,在温度高达600°C 左右的大型电窑中,对其进行20小时左右的退火处理。 此时可保证在将汽缸加工为成品尺寸时,精度车工、打磨和珩磨不会令其出现扭曲或应力损坏的问题。 电窑的使用并非总是之前总结的经验。 由于热处理需要使用大量电能,于是极高的成本使一些低价产品的供应商望而却步。 结果可想而知:廉价汽缸经常在发动机中发生扭曲。 这不仅会导致油耗上升,还会有发生应力断裂的危险。

而另一方面, 马勒提供的汽缸套以其严谨的制造工艺和最严格的公差标准脱颖而出,一切都归功于先进CNC加工工具的使用和不间断的质量控制。

珩磨——顺畅运行的保证

对于大多数汽缸,珩磨的目的是获得平滑的工作表面。 到位的珩磨对于内燃机的功能可靠性至关重要:汽缸孔必须拥有完美的形状——必须是饱满的圆柱形。 其表面必须既要粗糙,以便于吸附机油,又要非常精细,以使活塞与活塞环在其上滑动时不会有损伤。

这两种要求看似矛盾,但只要几步珩磨操作便可实现。 完美的相互作用是无瑕疵珩磨的必要条件。 我们保证:马勒所有汽缸套均由最好的珩磨机、高质量珩磨石和精心挑选的珩磨油加工而成,符合严格的质量标准。

汽车与发动机维修行业的客户对其整体尺寸的严格精确度、外形与活塞的微小公差以及一流的表面光洁度赞赏不已,这些特性并非总是仅凭肉眼就能看得见。 我们的客户明白:马勒品质是出色运行质量、低油耗与长使用寿命的前提。