发动机水垢及其防治

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