发动机水垢及其防治

作者：龙岩铁路有限责任公司 连庆勇

欢迎访问e展厅 展厅 1 发动机展厅 汽油发动机, 柴油机, 船用柴油机, 天然气发动机, 气缸及部件, ... 摘 要：冷却水为保持发动机正常运转起很大作用，但水处理不好会形成水垢，若不及时清 除会造成发动机零部件损坏，油耗增加，功率减少。基于此，本文提出了水垢的预防和 几种清洗方法。 关键词：发动机 水垢 防治 清洗 1 问题的提出 发动机工作时汽缸内的燃气温度可高达2200~2800K，工作循环的平均温度也有 970~1300K。与高温气体接触的零部件(如汽缸盖、缸套、活塞、气门等)将剧烈受热。冷却系内添加冷 却水的作用就是将零件所吸收的热量及时散出，以使它们的温度保持在正常工作范围内，保证发动机 的动力性和经济性、延长其使用寿命。对多数水冷发动机而言，稳定工作状态下最适宜的冷却水温度 应保持在80~90℃。 工程机械在使用过程中，由于受现场环境限制，冷却水的补充经常不及时或者添加的水一般是 含有钙、镁离子等的硬水，致使发动机工作一段时间后冷却系产生大量的水垢。 判定发动机冷却系循环水道是否积垢，只要打开散热器加水口盖即可知道，若发现其上水室较脏 或加水口处有水垢粘结，以及机械行驶中遇上坡时容易开锅、下坡或停车后降温较慢，即可诊断为冷却系中沉积有相当多的水垢。 2 水垢引起的后果分析 冷却系中的水垢一般为积聚在金属表面呈灰白色的碳酸钙、硫酸钙等物质。水垢使冷却系金属内 表面涂上一层隔热材料，导致散热条件恶化，降低了零部件的传热效率(水垢的导热能力比同样厚度 的黄铜几乎相差100倍，比铸铁相差30倍左右)，从而在冷却系部件正常的情况下往往引起水温过高， 造成发动机冷却不足，可引发如下的故障：充气系数下降，混合气燃烧不正常，敲缸、自燃或爆燃， 造成发动机功率下降。据资料介绍，当冷却水温从90℃升到120℃时，功率降低5%。当水套壁水垢厚 度达2mm(占冷却系总容量的6%)时，充气系数降低0.05，功率降低2kw左右；缸盖、气门、缸套、活 塞和活塞环等受热零件的热应力增大，气门座变形、气门烧损，使缸盖鼻梁处产生热裂。我单位三 辆装载机半年就有一缸盖产生裂纹，就是此原因造成的；各部机件润滑条件恶化，破坏了零件间的配合间隙，加剧磨损或因受热膨胀卡滞，损坏机件(如常见的活塞环拉缸、活塞裙部烧结咬死等)；烧坏缸盖上的水道与油道的胶圈、缸套的防水胶圈；使机 油受高温而加速氧化，过早地劣化变质，造成润滑不良，容易烧瓦；水道变窄以至通道堵塞，使局部温 度升高；散热器芯子损坏，冷却强度降低，发动机工作条件恶化。 3 水垢形成的原因分析 冷却系水垢的形成原因有两种：物理变化和化学变化。物理变化主要是指随着发动机的温度升 高，硬水中的大量矿物质诸如硫酸钙之类呈过饱和状态析出，粘附在冷却系内壁上而形成水垢；化学 变化主要是指硬水中某些矿物盐和杂质随温度的升高而发生化学反应，形成难溶解物质而沉积于冷却 系内壁上。形成水垢的化学反应为 Ca(HCO3)2=CaCO3 ↓+CO2↑+H2O Mg(HCO3)2=MgCO3 ↓+CO2↑+H2O 碳酸镁微溶于水后可继续与水反应，生成更难溶的氢氧化镁： MgCO3+H2O=Mg(OH)2 ↓+CO2↑(此反应很少) 4 预防水垢的对策 4.1 预防产生水垢的方法 发动机冷却系水垢形成的根源在于水质问题，因此减少水源中的矿物质金属离子，软化水质，是 防止和减轻水垢形成的关键所在。 (1)煮沸法。硬水烧开以后其中的矿物质会沉积下来，取上面的清洁水用作冷却水加注到冷却系 中，就可以减少水垢的形成数量。此方法简单，但不能使水彻底软化。 (2)磁化法。将一些小块磁铁放进发动机的冷却系内，磁铁产生的磁场对冷却水有磁化作用，磁 化水能减少水垢的形成，并且能使原有的水垢逐渐消失。中建集团公司的工程机械使用此方法，效果 很好。 (3)加入软化剂法。龙岩市锅炉检验所软化锅炉用水的物质为碳酸氢钠(小苏打)或氢氧化钠(烧碱)，按每升硬水加0.5~1.5g碳酸氢钠或每升水加 0.6~0.7g氢氧化钠的比例添加软化剂，其离子方程式为 碳酸氢钠法 HCO3-+H2O=H 2CO3+OH- Ca2++2OH-=Ca(OH)2 Mg+2OH-=Mg(OH)2↓ 氢氧化钠法 Ca2++2OH-=Ca(OH)2 Mg+2OH-=Mg(OH)2↓ (4)用防腐剂(重铬酸钾K2Cr2O 7)法。在冷却液中经常加注重铬酸钾，既能起到防止水的腐蚀，也 能减少水垢的产生。另外，如康明斯发动机规定使用DCA冷却液、卡特彼勒发动机规定使用加有防 锈剂及防冻液的冷却液，都能起到防止穴蚀、锈蚀、水垢及防冻作用。 4.2 水垢的清洗方法 (1)对使用中的发动机，清洗水垢前先拆去节温器，将水从正常水循环相反的方向压入(即从出 水管压入)冷却系，直到放出的水清洁为止。此方法极为简单，但很难把水垢清洗干净。 (2)鉴于发动机水套的形状比较复杂，一般不宜用机械方法清除水垢，只能采用化学方法除垢。 水垢中的碳酸钙和硫酸钙等可用化学反应来予以消除。 ①苏打(Na2CO3)和水玻璃(Na 2SiO3)混合清洗法。按每升水中加入40g苏打和10g水玻璃配好清 洗液，然后灌入冷却系，发动机运转到出水温度60℃以上，两小时后停车，放出清洗液。待发动机冷 却后用清洁水清洗两次，排净后再灌入冷却水，发动机运转使出水温度达到75℃以上，停车放掉污 水，最后灌入新的冷却水使用即可。 ②磷酸三钠清洗法。先拆下节温器，向水箱加入事先配好的磷酸三钠溶液(按每升冷却水加10% 的磷酸三钠溶液50~80ml比例)，然后启动发动机，运转十几分钟后停机不用；经过一晚上后放掉冷却 液；再加同样用量的磷酸三钠溶液(做法同前)，如此重复几次，最后将冷却系溶液放出，并用清水冲洗 两次，水垢即可消除。其化学反应为 3CaCO3+2Na3PO4=Ca 3(PO4)2↓+3Na2CO3 3CaSO4+2Na3PO4=Ca 3(PO4)2↓+3Na2SO4 3Mg(OH)2+2Na3PO4 =Mg3(PO4)2↓+6NaOH 以上生成物中钠盐易溶于水，磷酸钙疏松易冲洗掉，磷酸镁则象泥渣一般极易冲击。这种方法对 缸体不会有腐蚀，因此适用于一切发动机，且清洗效果较理想。 (3) 磷酸清洗法。在每升水中加入100g磷酸和50g铬酐，搅拌后注入水箱中，浸泡1h后启动发动 机，运转20min，放净清洗液并用清水冲洗几次即可。 (4)硅酸钠清洗法。按每升水加15g硅酸钠(俗称水玻璃)和洗衣粉2g的比例配好溶液，然后将它 加入冷却系，使发动机正常运转1h左右，最后放净清洗液并用清水冲洗几次即可。 (5)盐酸清洗法。取下节温器，将冷却水配成5%-8%的盐酸溶液，再加入3g/L-4g/L的缓蚀剂(乌 洛托平)，加热至60℃后加入冷却系，然后启动发动机，怠速运转1h左右，放出清洗液后用清水冲洗 3-4次即可。其化学反应为 CaSO4+2HC1=CaCl2+H2 SO4 CaCO3+2HC1=CaC12+CO2 ↑+H2O MgCO3+2HC1=MgC12+CO2 ↑+H2O(此反应极少) Mg(OH)2+2HC1=MgC12+2H 2O(此反应极少) 盐酸本身具有去油垢能力，可使冷却系清洗很干净。加入一定量的缓蚀剂乌洛托平，是使其吸附 在金属表面形成一层薄膜，保护金属免受腐蚀，并可分解铁锈，起到清除铁锈的作用。 (6)氢氧化钠清洗法。清除时间可按10L水加750g烧碱、150g煤油的比例配制清洗液，注入水 箱并让发动机运转8~10h后放净，另加清水运转20min，一般情况下水垢便可除去。其化学反应为 CaCO3+2NaOH=Ca(OH)2+Na 2CO3 CaSO4+2NaOH=Ca(OH)2+Na 2SO4 以上生成物中，碳酸钠、硫酸钠易溶于水，氢氧化钙浑浊而不沉淀，用清水可冲洗掉。 (7)盐酸和氢氧化钠交替清洗法。先用8%的盐酸与水搅拌均匀后加入水箱，启动发动机、温度保 持在70℃，运转40min后放出清洗物；关闭水阀，加入8%的苛性钠溶液，重新启动发动机、运转40min 后放出全部清洗物；最后用清水进行冲洗，直至放出的水变清后再将汽缸水套挡板拆下，清除沉淀的污垢。 (8)碳酸钠清洗法。按10L水中加入纯碱1kg、煤油0.5kg的比例配好溶液，加入冷却系中浸泡10h 左右，使发动机怠速运转0.5h，直至溶液沸腾时放出，最后用清水冲洗3-4次即可。 (9)用除垢剂清洗。根据不同车型加入一定数量的除垢剂，启动发动机运转8h后将溶液放出；再 用清水反复冲洗，至冷却水手感不滑为止，最后换上新水。 使用上述清洗方法需要注意的是：给发动机除垢时应注意所选的溶液一定要适合水垢的性质，且 不会对缸体产生腐蚀。因此铝合金缸体、缸盖不能采用盐酸、碳酸钠、氢氧化钠清洗法，以免其表面 遭受腐蚀。应采取磷酸三钠、磷酸、硅酸钠清洗法才行；水套和散热器水垢的清洗最好分开进行，以 免缸体水套内的铁锈或水垢堵塞散热器水管、芯子。因此在不解体发动机清洗水垢时要时刻注意仪 表盘上的水温表变化，若水温超过95℃时应停止清洗，检查散热器是否被堵塞，并采取一些补救措施； 装载机大修时不可忽略清洗水垢，应把解体后的发动机冷却系零件放在蒸煮池内高温蒸煮或用清洗机 喷洗法除垢。也可用化学方法，即将散热器置于较稀的氢氧化钠溶液(2%~3%浓度)。铸铁缸体、缸盖在较浓的氢氧化钠溶液(15%浓度，温度60~70℃)中浸泡一晚，以清除水垢。铝合金缸体、缸盖，应 置于磷酸三钠、硅酸钠或磷酸清洗液中清洗；一般发动机在使用三个月或累计工作500h以后，应清 洗一次冷却系内的水垢。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (8/14/2005)