大家知道,汽車發動機是一種熱能轉換機器,它可以將燃料的化學能通過燃燒的方式釋放出來,再轉換為機械能。在這個過程中,燃料在發動機中燃燒,局部的最高溫度可以高達2000°C,這個溫度足以使絕大多數的金屬熔化了。所以,為了避免高溫損壞發動機,在發動機上設計了一套冷卻系統,使發動機的溫度保持在85°C~95°C之間。但是如果這套冷卻系統出現了故障,不能給發動機提供冷卻,燃料燃燒的高溫會使發動機熔化嗎?
答案是可能的。不過這種熔化,并不是大家想象的那樣,整臺發動機都熔化成液體了,而是在發動機內部的某些部位,發生了金屬熔融的現象。這些部位主要有活塞-氣缸壁、曲軸-軸瓦、氣門-氣門座圈。
1、活塞-氣缸壁熔融
活塞-氣缸壁與氣缸蓋共同組成了燃燒室,燃料在燃燒室中燃燒,放出大量的熱,最高溫度可以高達2000°C。所以為了冷卻活塞-氣缸壁,在氣缸套的外面有循環流動的冷卻水,活塞上的熱量除了一部分通過活塞環傳遞給氣缸壁之外,其余的熱量通過機油散發掉了,這樣就可以保持發動機溫度恒定。
如果冷卻系統有故障,不能給活塞-氣缸壁散熱,那么活塞-氣缸壁的溫度會迅速上升到幾百甚至上千度。發動機活塞一般都是鋁制的,鋁的熔點只有660°C,所以在這樣高的溫度下,鋁活塞的頭部就會首先熔化,這就是所謂的“活塞化頂”;而活塞受熱膨脹,與氣缸壁之間的間隙消失,二者發生劇烈的摩擦,產生大量的熱導致金屬熔融,進而發生粘著磨損,將氣缸壁上拉出很深的溝痕,這就是所謂的“拉缸”。應該說,絕大多數的發動機高溫,首先發生金屬熔融的部位就是活塞-氣缸壁,絕大多數的發動機拉缸也都是由發動機高溫導致的。
2、曲軸-軸瓦熔融
發動機的曲軸與主軸承、連桿軸承之間的間隙只有0.03~0.06mm,并且二者之間有高速的相對運動,所以需要良好的潤滑與散熱。這個部位的潤滑與散熱是由機油來完成的,機油在二者之間形成油膜,將二者隔離開來,形成液體潤滑,并且在其中循環流動,大大降低摩擦阻力和摩擦熱。
如果由于機油壓力過低,或者發動機溫度過高導致二者間隙消失,那么二者劇烈的摩擦會發出大量的熱,直接導致曲軸與軸瓦上的金屬發生熔融。由于軸瓦一般都是巴氏合金、鎢錫合金,它的熔點較低,很容易熔化;而曲軸是鋼鐵制成的,雖然熔點較高,但是熔化的軸瓦會在曲軸軸頸表面拉出一道道溝痕,這就是所謂的“發動機化瓦”。這是非常嚴重的發動機機械事故,必須大修發動機才能解決,絕大多數的發動機化瓦都是由于缺機油、機油壓力過低或者發動機溫度過高導致的。
3、氣門-氣門座圈熔融
發動機燃燒后產生的高溫廢氣(一般高達幾百甚至上千攝氏度),需要從排氣門排出,因此發動機的排氣門需要承受極高的溫度和良好的散熱。為了加強散熱,排氣門采用中空注鈉設計,用金屬鈉的低熔點來吸收熱量;此外在排氣門座圈周圍有冷卻水循環流動,將熱量帶走,避免排氣門高溫。
如果發動機冷卻液不足,或者冷卻液流動速度較慢,氣門-氣門座圈的溫度會急劇上升,進而導致氣門與氣門座圈燒結在一起,并發生金屬熔融,氣門燒壞漏氣;或者氣門間隙過小,氣門關閉不嚴,高溫的廢氣高速流過氣門,會導致氣門燒蝕,這就是所謂的“發動機燒氣門”。
“拉缸、化瓦、燒氣門”是發動機高溫導致內部金屬熔化的主要故障,也是發動機最嚴重的機械故障,當發生這樣的故障時,發動機一般都會被強大的摩擦力阻止運行,自動停機,這種情況只有大修發動機才能解決。所以維持發動機在合適的溫度下工作是非常必要的,一般導致發動機高溫的主要原因有冷卻液缺失、水泵損壞、節溫器損壞、水泵皮帶斷裂、水箱堵塞、水箱表面臟污、散熱風扇故障、缺機油等。此外,在炎熱的夏季,汽車長時間高負荷運轉也會導致發動機高溫,比如爬大坡、嚴重超載等。