众所周知,汽车发动机是一种热能转换机器,通过燃烧化学能将燃料转换成机械能。在这个过程中,燃料燃烧时会产生高温,甚至可以达到2000℃,这个温度足以溶解大部分的金属。为了避免高温损坏发动机,发动机设计有冷却系统,使发动机温度保持在85~95℃之间。
然而,如果这个冷却系统发生故障,不能为发动机提供冷却,发动机会在燃料燃烧的高温下熔化吗?答案是可能的。但是,这种溶解并不是像大家想象的那样,整个发动机溶解成液体,而是在发动机内部的某个地方,发生了金属熔融的现象。这些部位主要有活塞-缸壁、曲柄-轴瓦、阀-阀座环。
1、活塞-气缸壁熔融
活塞-气缸壁与气缸盖共同组成燃烧室,燃料在燃烧室燃烧,释放大量热量,最高温度可达2000℃。为了冷却活塞-缸壁,有循环流向气缸套外的冷却水,活塞的热量通过活塞环部分传递到缸壁,其余热量通过油散热,可以保持发动机温度不变。如果冷却系统出现故障,无法向活塞-气缸壁散热,则活塞-气缸壁的温度会迅速从几百度上升到几千度。发动机活塞一般是铝制的,铝的熔点只有660℃,所以在这样高的温度下,铝活塞的头部首先会熔化。另一方面,活塞受热膨胀,与气缸壁的间隙消失时,两者会产生剧烈的摩擦,产生大量的热量,金属熔融,进而产生粘接磨损,在气缸壁上形成深沟,这被称为“气缸拉引”。
2、曲轴-金属熔化
发动机曲轴与主轴承、连杆轴承之间的间隙仅为0.03~0.06mm,且两者之间有高速的相对运动,需要良好的润滑和散热。该部位的润滑和散热通过油进行,油在两者之间形成油膜,将两者隔离形成液体润滑,在其中循环流动,大大降低摩擦阻力和摩擦热。如果机油压力过低或发动机温度过高,两者之间没有间隙,两者的激烈摩擦会产生大量的热量,曲轴和金属的金属会直接熔融。金属一般为布氏合金、钨锡合金,因此熔点低,容易熔化;另一方面,曲轴为钢铁制,虽然熔点高,但熔化的金属会在曲轴轴颈表面留下槽的痕迹。这是所谓的“发动机化瓦”。
3、气门座环熔化
发动机燃烧后产生的高温废气(一般达几百度至几千度),需要从排气门排出,因此发动机排气门必须能承受极高的温度和良好的散热。为加强散热,排气门采用空心注钠设计,金属钠低熔点吸热;此外,冷却水在排气阀座圈周围循环流动,吸收热量,防止排气阀达到高温。发动机冷却液不足或冷却液流动速度慢时,气门-气门座之间的温度急剧上升,气门与气门座之间烧结,引起金属熔融,气门烧毁,发生漏气。或者,如果阀门间隙太小,阀门关闭不严格,或者高温废气高速流过阀门,就会导致阀门烧蚀。这就是所谓的“发动机烧阀门”。
发动机的高温容易导致内部金属熔化故障,也是发动机最严重的机械故障之一。因此,使发动机在适当的温度下工作是十分必要的。一般导致发动机高温的主要原因有冷却液不足、水泵损坏、恒温器损坏、水泵皮带断裂、油箱堵塞、油箱表面污物、散热风扇故障、机油不足等。此外,在炎热的夏天,汽车长时间高负荷运转的话,也会出现爬大坡、大过载等发动机变得高温的情况。