气缸体裂纹原因探析

裂纹是气缸体的一种主要损伤形式，也是发动机报废的主要原因。因此探究气缸体裂纹产生的原因对设计和产出高品质发动机以及通过合理使用来延长其使用寿命有着重要意义。对气缸体裂纹产生原因的分析可以设计、保修和使用几个方面来进行。

1 结构设计欠妥

气缸体是发动机的基础零件，是安放气缸和安装曲柄连杆机构以及其它辅助机构的骨架。为了保证活塞、连杆、曲轴及凸轮轴等高速运动件工作可靠、耐久，气缸体必须对这些零件提供提供位置精确的支承和导向。因此在结构设计上，为了加固各主要承载部位的强度和刚度，通常采用加强筋，使其构成一个刚性很强地空间桁架系统。这个系统的刚度大小在很大程度上取决于加强筋的分布位置、长短、厚薄和高矮。如果这些方面设计欠妥，一方面会影响到系统的刚度，使各运动件因气缸体支承部位的变形而加速失效；另一方面容易引起气缸体内部较大的内应力，从而影响几何尺寸的稳定性。这就为使用过程中产生裂纹埋下了隐患。

在设计确定气缸体壁厚时，根据材料抗力以及铸造工艺许用最小壁厚来进行，但同时还考虑到对运动件精确支承和导向、各部密封面的可靠密封以及气缸体表面辐射噪声控制等方面的因素。如设计时对某些方面考虑不周，采用了较薄弱的壁厚，这样会使发动机工作失常（运动件失去应有的运动规率、密封件不能可靠密封等）。工作失常的发动机气缸体各部承受的各种负荷都有增大的趋势，这又会使发动机的使用性能进一步恶化。这样的恶性循环，气缸体上这些薄弱部位可能会产生变形、裂纹等形式的损坏。

气缸体上在加工与非加工部分、工件薄厚不同的部分过渡不够圆滑，易引起应力集中，往往也是形成裂纹的原因。

在气缸体结构设计时，应充分考虑到各处冷却均匀。气缸体结构相当复杂，如设计时考虑不周，发动机在使用中会出现局部过热现象，也容易出现热裂纹。

2 保修不力

保修是保证车辆常处于完好技术状况的重要条件。如在保修过程中，不能严格执行保修技术标准或违反工艺规程，也会使气缸体出现裂纹。

发动机分解应在其冷态（手长时间搁置）下进行。如保修时在热态下分解发动机，分解开来的机件在自由状态下冷却，容易引起变形。变形后的机件如气缸体和气缸盖在强行装和后，机件内部积集了过大的内应力，很容易产生裂纹。

气缸体和气缸盖是通过多个螺栓进行连接的。在将气缸盖向气缸体 和时，螺栓的拧紧应按一定的次序分多次进行。最后拧紧的力矩也有一定的要求。如保修时不按规定进行，很容易在气缸体和气缸盖内造成部平衡的内应力，易使气缸体或气缸盖开裂。气缸盖螺栓拧紧力矩过大，可能使气缸体螺孔处出现变形和裂纹。

目前，大多数发动机连杆螺栓是利用自锁螺纹进行锁止的，这种螺栓只要找和时按规定扭矩对其拧紧，即能达到锁止目的。如拧紧时，扭力不足，螺栓不能自锁，发动机在运行过程中连杆螺母松脱，严重时连杆会从曲轴上脱出，直接敲击气缸体侧壁，这时气缸体轻则出现裂纹，重则被捣出破洞（俗称捣缸）。如拧紧力矩过大，连杆螺栓发生拉伸塑性变形，变形后的螺栓不能达到自锁目的，发动机在运转过程中，同样会出现上述扭力不足时的结果。为防止上述情况的发生，发动机在保修时，应严禁使用不合格的连杆螺栓。

另外，气缸盖衬垫损坏不能密封时，冷却水流入高温的气缸，气缸会因激冷而出现裂纹；汽油机点火时间过早，运行中发生爆震，会形成局部过热而造成开裂；柴油机湿式气缸套与气缸体的配合不当时，常在橡皮圈密封处的薄弱部位开裂。

3 使用不当

合理使用发动机，能有效地延长其使用寿命。反之会加速其损坏。尤其在冬季因使用不当而易致气缸体出现裂纹。

冬季气温低，为防止冷却水结冰膨胀面撑坏气缸体，应在发动机冷却液中添加防冻剂，如不添加防冻剂应在发动机停止运转时放尽冷却水。添加防冻剂后冷却液的冰点应低于当地最低气温，否则同样会结冰冻坏气缸体，使气缸体上出现裂纹。通过放冷却水防结冰时，应将水箱和发动机水套内的冷却水都放尽。一些驾驶人员对车辆结构不了解，在房随时，将水箱的放水开关打开后就认为可高枕无忧了，结果气缸体水套内残余的冷却水结冰还是将气缸体撑出了裂纹。

冬季起动发动机时，一些驾驶员习惯先将发动机走热，一些驾驶员习惯先将发动机走热，再在发动机怠速运转时向水箱加水。这种作法的恶劣后果是，冷的冷却水进入走热的发动机内部水路后，气缸体受到激冷极易招致开裂。

冬季发动机起动之前，气缸体温度很低。发动机起动之后，为尽快使发动机，一些驾驶员常采用起动后立即猛轰油门使发动机高速运转的方法。这种作法使冷的气缸体和气缸盖突然承受增高的燃气温度和增大的燃气压力的作用，极易造成气缸体和气缸盖局部过热而产生热裂现象。

随意使用冷却水也是造成发动机气缸体出现裂纹的又一常见原因，水（特别是井水和河水）中含有一定数量的钙、镁的酸式碳酸盐和硫酸盐，当其用作发动机冷却水时，在发动机水道内受热升温，会有钙盐沉淀出并集附在气缸体水道内壁上，从而形成一层水垢。水垢不但减小了冷却水道的有效流通面积，同时因其导热性差，降低了发动机的散热效果，尤其是气缸体中部，其散热条件较气缸体两端差由于局部过热而引起热裂现象也较严重。在，是在发动机工作时，水垢受到强烈的机械振动和其他一些原因的影响会产生裂缝，水道内的冷却水便可渗入裂缝中，与高温的气缸体壁接触急速变成蒸气，使该部位压力急剧上升，增加了气缸体产生裂纹的危险。

参考文献：

[1] 徐 兀 汽车发动机现代设计。北京：人民交通出版社，1995.1

[2] 杨玉玺.葛正泽.气缸体和气缸盖的焊修。北京：人民交通出版社，1980.3