导语

发动机正常工作时，曲轴在高速运转的情况下会不断地承受发动机系统内部周期交变的动载荷影响。

主轴瓦是安装在曲轴主轴颈上的滑动轴承，它的主要作用是减少摩擦力降低曲轴与接触面的磨损，保证曲轴的正常运转，同时通过向轴瓦供油，带走轴瓦工作时产生的热量，保持发动机的正常运转温度。

在轴瓦和轴颈间形成稳定的有足够承载能力的油膜，以保证液态润滑。

发动机一旦出现化瓦，会导致曲轴与瓦严重干磨，接触表面达到极限高温，曲轴颈与大小瓦之间相互烧结、熔化、咬死，使发动机无法转动，从而造成严重的机械故障。

因此，了解发动机的化瓦原因，是解决此项质量问题的关键因素。

一、名词解释

1、主轴瓦

发动机曲轴与机体之间的连接主要是通过曲轴箱和轴承来实现的。

发动机的主轴瓦是曲轴主轴颈上的滑动轴承，安装在机体的主轴承上。

形状为瓦状的半圆柱面，非常光滑，一般用铝合金、铜合金、多层钢板等耐磨材料制成。

2、主轴瓦的作用

（1）减少曲轴与主轴承接触面的磨损，减少摩擦力，保证曲轴的正常运转。

（2）通过向轴瓦供油，带走轴瓦工作时产生的热量，以冷却轴承保持发动机的正常运转温度。

（3）在轴瓦和轴颈间形成稳定的有足够承载能力的油膜，保证液态润滑，减少对曲轴和连杆的冲击。

3、化瓦

发动机化瓦，也称为抱瓦，是指曲轴与轴瓦之间润滑不充分，造成曲轴与轴瓦之间的油膜划破、消失，使轴和瓦干摩擦。

引起温度升高，在高温作用下轴瓦熔化和轴黏着在一起，使得不能转动，是一种严重的机械故障（图1 和图2）。

▲图1  化伤瓦

▲图2 正常瓦

二、化瓦对发动机有什么影响

大功率发动机是指具有较大输出功率的发动机，功率一般在1000～3000kW，这种发动机通常具有较大的缸径和排量，可以提供更高的动力输出，可以支持更重的负载或更快的速度。

发动机一旦发生化瓦，将产生很大影响，主要体现在以下几个方面。

（1）动力不足。

化瓦导致发动机润滑不良，摩擦阻力增大，发动机功率下降，主体机器工作无力。

（2）温度升高。由于油膜破坏导致润滑不良，发动机的温度升高，水温也会升高，严重时甚至可能烧毁发动机。

（3）耗油量增加。

因为润滑不良和摩擦阻力的增大，发动机需要消耗更多的燃料才能维持正常运转。

（4）磨损和损坏。

如果化瓦问题长期存在，发动机内部的零件会因长期摩擦而过度磨损，导致发动机提前损坏。

（5）噪音和震动。

化瓦会导致发动机运转不平稳，产生较大的噪音和震动。

三、常见化瓦情况举例

常见的几种发动机化瓦情况包括但不限于以下几种。

（1）机油缺失或不足。

当机油缺失严重了会导致发动机化瓦。

（2）机油集滤器滤网堵塞。

导致供油不足，进而造成发动机化瓦。

（3）机油泵故障。

油压低，无法提供足够的润滑，导致发动机化瓦。

（4）某个机油泄压阀故障。

无理由泄压也会造成发动机化瓦。

（5）曲轴和轴瓦配合问题。

如配合间隙小、润滑油流动阻力大、润滑油牌号选择不当、黏性太大流动性太差等，使远离油孔的位置得不到充分润滑，也可能导致发动机化瓦。

（6）其他原因。

如曲轴转速太高、曲轴和轴瓦配合表面粗糙度太差等，也可能导致发动机化瓦。

四、简要分析几种可能导致发动机化瓦的原因

1、润滑油使用不当或者油质不良

润滑油在发动机中的角色类似人体的血液，起着至关重要的作用，一旦润滑油使用不当或者油质不良等异常问题，将对发动机的性能产生重大影响。

（1）正确合理使用润滑油对发动机的作用。

①减少磨损和摩擦：

在发动机内部，各个部位的高速旋转会产生很大的摩擦和热量。

如果使用不正确的润滑油，会增加摩擦，导致磨损加剧。

而正确的润滑油可以有效地减少发动机磨损，延长发动机的寿命。

②保持发动机清洁：

如今的润滑油在化学成分和添加剂上都越来越先进，可以帮助发动机保持清洁无污染。

相反，如果使用不正确的润滑油，可能会加剧沉积物产生，导致发动机变脏且难以清理。

这些沉积物会堵塞油路，降低发动机效率，造成发动机损坏。

③热稳定性：

润滑油的热稳定性对于引擎的性能也非常重要。

高质量的润滑油可以在高温环境下保持稳定，提高引擎的工作效率和耐用性。

④保护金属零件：

润滑油可以防止金属零件受到氧化和腐蚀的侵害，延长引擎寿命。

⑤提高燃油的燃烧效率：

润滑油可以防止积炭和杂质的堆积，保持发动机清洁，从而提高燃油的燃烧效率，降低废气排放。

（2）发动机润滑油的种类对比与选用。

目前 , 市场上发动机润滑油的生产厂家多、品牌多 , 可根据其适用场合和不同特性进行适当的选用，具体情况见表 1。

由表1可以看出, 发动机润滑油分4个级别 , 不同的级别适用于不同的工况和不同的工作温度范围。

以15W/40CD 为例，15W/40 是指多级润滑油，该润滑油在 -20～40℃环境温度范围内能满足黏度在使用上的要求，CD 指适用于强化程度较高，用于带增压的发动机。

（3）润滑油的合理更换。

合理的润滑油更换周期是提高发动机使用经济性和耐久性的一个重要方面。

一般的换油周期是根据厂家推荐的换油期或凭经验进行润滑油的更换。

在实际使用过程中 , 常根据工作时间进行更换，同时要考虑工作环境 ( 如灰尘大、潮湿等原因 )，可适当减少换油间隔。

由此可以看出，干净优质的润滑油是发动机正常运转的首要条件，合理恰当的选用润滑油是避免发动机化瓦的关键之一。

2、润滑系统问题

油道系统清洁度较差，零部件表面的清洁度较差，机油泵失效、油压表失效、机油滤清器堵塞等系统原因。

现简要分析润滑系统的清洁度对导致发动机化瓦的影响。

（1）装配是发动机制造过程中极为关键的一环。

作为评价发动机质量的一个重要指标，发动机的清洁度控制尤为关键，直接影响发动机的使用寿命、耐久性和可靠性。

加强发动机清洁度的控制和管理，有利于保证发动机工作状态的良好性，减少杂质对发动机摩擦副异常磨损。

有资料显示，在发动机出厂试验完成后，对发动机清洁度进行检测，有 60% 左右的杂质来源于零件装配前，30% 的杂质来源于热试过程中的零件磨合，有10% 来源于装配过程。

影响清洁度的因素涉及人员、工装辅具、零件质量、包装运输、工厂环境等各个环节，应分类从“人”“机”“料”“法”“环”等生产要素出发源头进行控制。

（2）在各类发动机运转过程中，主轴瓦、连杆瓦、连杆衬套、凸轮轴衬套等各摩擦副受到旋转质量的离心力的作用，各摩擦副承受到强烈磨损，磨损下来的各零部件的碎屑粉末将直接进入润滑油道，后进入各功能性部件，所以运转过程中油道的清洁情况亦影响着发动机的工作可靠性。

在前期的装配过程中，尽管零部件清洁和组装过程很仔细，但仍会有污垢颗粒等留存在管路中，这就很难保证机器在运行过程中润滑系统的清洁，最终造成发动机摩擦副异常磨损。

对整机的清洁度检测，一般通过对试车后的发动机进行抽样拆检，提取发动机润滑系统内的铁屑等物质并进行称重，按照标准以杂质的重量进行清洁度的判定。

如若通过一种发动机润滑系统冲油清洁装置，对发动机试车运行前先进行润滑油道的冲洗，则将对清洁度的提高有很大改善。

通过该装置将发动机油底壳、主油道、油冷器、油滤器以及润滑系统管路形成闭式回路，精确控制冲油装置中润滑油的温度、压力，模拟发动机运行过程中润滑油的流动状态，在完成发动机装配后进行出厂试验前，使润滑油在润滑系统内循环流动，实现对各零部件反复冲洗。

同时，在系统中设置有过滤器对进入发动机润滑系统的润滑油进行精确过滤，过滤器设置有磁棒检测装置，通过检测磁棒表面吸附的颗粒物情况，判断最终冲油效果（图 3）。

▲图 3 冲油清洁装置结构图

3、曲轴和轴瓦配合问题

配合间隙小，润滑油流动阻力大，远离油孔的位置得不到充分润滑；

配合间隙大，润滑油大部分从轴瓦与轴的侧端面轴向流，使远离油孔的位置得不到充分润滑，终而导致化瓦。

（1）如果发动机曲轴和轴瓦之间的间隙过大，会导致燃气压力泄漏。

发动机在工作时，气缸内的燃气压力需要被有效地封闭在气缸内，以产生足够的动力。

然而，间隙过大会导致燃气从间隙处泄漏，降低了燃气压缩效率，使发动机的输出功率下降，同时也增加了燃油的消耗量。

长期下去，不仅会浪费能源，还会加剧发动机的磨损。

间隙过大整个发动机润滑系统油压下降，进而影响缸盖上部各部的润滑，就会导致润滑效果不佳，进而影响发动机的正常运转。

瓦与轴之间的间隙过大，会形成撞击，久而久之会产生敲击声音，也叫瓦响。

瓦响随着发动机速度的提高而提高，严重磨损的瓦片会导致连杆与缸套发生碰撞，进而使连杆弯曲或折断，这对发动机的寿命和性能都会造成影响。

（2）间隙过小会导致机油难以进入曲轴与轴瓦之间，形成有效的润滑油膜，从而造成工作润滑困难。

由于润滑不良，曲轴与轴瓦之间的摩擦会增大，产生大量的热量，如果热量积累到一定程度，会导致轴瓦与曲轴粘连甚至抱死，从而导致化瓦。

间隙过小会导致曲轴与轴瓦之间的摩擦力增大，加速气缸的磨损，严重时可能引发拉缸、抱缸等严重故障。

由于润滑不良和摩擦力的增大，间隙过小会导致发动机运转不平稳，产生异响。

导致曲轴与轴瓦之间的摩擦力增大，造成极大损伤。

同时影响发动机的性能，导致发动机动力下降、油耗增加等问题。

4、曲轴转速和径向负荷问题

如曲轴转速太高或径向负荷太大，超过设计的极限值，也可能导致发动机的化瓦。

（1）曲轴的转速过高。

当发动机的节气门开度突然变大、喷油嘴滴漏或堵塞、进气系统漏气等各种因素导致发动机转速突然过高，会导致油膜无法形成，曲轴和轴瓦之间出现严重干磨，接触表面达到极限高温，曲轴颈与大小瓦之间相互烧结、熔化、咬死，致使发动机无法转动，造成化瓦等机械故障。

（2）曲轴的径向负荷过大。

曲轴的结构、尺寸、材料等方面的原因影响曲轴的设计，当设计不合理时，可能导致径向的负荷过大；

在发动机操作过程中，如果操作不当，例如，在加速、减速或者负载变化过快时控制不当，可能会导致曲轴受到过大的径向负荷；

发动机在运转过程中如果出现异常情况，如轴承损坏、曲轴弯曲、连杆弯曲等，也会导致曲轴的径向负荷过大。

过大的径向负荷会加大对曲轴轴承的负荷，加速轴承和轴瓦的磨损和损坏，有可能会造成机器的化瓦。

5、发动机工作环境的影响

不论是何种品牌，进口还是国产的发动机，它们的运行都会受到工作环境的影响。

其中海拔、温度、湿度这 3 点环境因素对于发动机的影响尤为明显。

（1）环境温度。

发动机正常使用环境温度为 -15～40℃ , 低于或高于这个温度都要对机器加装其他防护功能。

如果发动机长时间在高温环境下工作，会导致润滑油粘度下降，润滑不良，这会增加发动机磨损和出现干磨的情况，从而增加化瓦的风险。

发动机在较低的环境下使用，一般不会直接造成机器化瓦。

然而，如果发动机长时间在低温环境下使用，会导致润滑油黏度增加，流动性变差，难以到达轴瓦等摩擦部位，从而影响润滑效果。

此外，如果发动机冷却系统出现故障，导致发动机过热，也会影响润滑油的效果，增加化瓦的风险。

（2）海拔高度。

发动机的一般使用海拔高度为不高于 1000m。

海拔每上升 100m, 发动机的输出功率就会下降 5%。

因为海拔越高，当地的气压就越低，空气稀薄，含氧分量小，就会导致机器因进气量不足而燃烧条件变差。

（3）空气湿度。

空气的湿度对发动机也有影响，如果机器长期在空气湿度比较大的环境下使用 , 会给机器造成很大的伤害 , 甚至无法使用。

五、结 语

导致大型发动机化瓦的原因来自许多方面，这里仅仅简述了其中的五种。

在工作时，操作人员要正确掌握发动机的使用工况，才能具体情况具体分析，同时做好维护和保养工作，减少故障的发生，提高发动机的使用寿命。

参考文献：

[1] 清洁度对发动机装配质量的影响 .

[2] 浅谈柴油发动机润滑油的使用 .

[3] 一种发动机的故障分析 .

原创作者系：

中国石油集团济柴动力有限公司    杨冬梅

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