淺析活塞環(huán)的漏氣及其應對措施

1、使用 · 維修 · 保養(yǎng) ／ 主持人： 顧方淺析活塞環(huán)的漏氣及其應對措施 阮天林 ( 江蘇春 蘭動力制造有限公司)活塞環(huán)是內(nèi)燃機的一個非常重要的零件 ， 也是 運動摩擦 副零件中惟一一個作軸向運動 、 徑 向運動 和旋轉(zhuǎn)運動 ( 二沖程活塞環(huán)因定位銷的作用不作旋 轉(zhuǎn)運動 ) 的零件。為確保內(nèi)燃機能連續(xù)有效地工作 ，將可燃混合氣全部有效功傳給活塞 ，必須使氣缸與 活塞之間有 良好的密封性能。而活塞環(huán)的作用就像 打氣筒里

2、 的膠碗一樣， 緊緊貼在氣缸壁上， 與活塞一 起密封氣缸的工作腔，使氣缸里的氣體能形成很高 的壓力 ， 而不泄漏到曲軸箱里。從這個意義上說， 研 究和探討活塞環(huán)的工作性能 ， 深人剖析活塞環(huán)的漏 氣通路 ，對如何有效地防止 因活塞環(huán)漏氣給發(fā)動機 帶來的一系列故障 ， 有著十分重要的現(xiàn)實意義。1 活塞環(huán)的密封原理 活塞環(huán)是一個具有切 口的彈性環(huán) ，在 自由狀態(tài) 下 ， 活塞環(huán)不是一個正圓形 ， 其外形尺寸比氣缸的內(nèi)徑略大。它隨活塞一起裝人

3、缸筒后 ， 便產(chǎn)生了如圖l所示的彈力 ， 活塞環(huán)緊緊地貼在氣缸壁上形成一個 密封環(huán)帶 ， 被稱為第一密封面， 燃燒室的燃氣不能通 過活塞環(huán)與氣缸壁之間的接觸面下竄 。同時 ，活塞 環(huán)在燃氣壓力p 的作用下 ， 被壓緊在環(huán)槽的下端面上 ，形成第二密封面。于是 ， 燃氣 只能經(jīng)過環(huán)與環(huán)槽的 上邊隙繞到背隙部位 ，并發(fā)生壓力膨脹。背隙中的 燃氣壓力p 。 把活塞環(huán)外圓緊壓向氣缸壁， 此時的壓力 已經(jīng)減小 了一些 。壓力下降后的燃氣 只能從第一

4、道 環(huán)的切 口泄漏到第二道環(huán)與活塞槽的上邊隙中，同樣也把第二道氣環(huán)緊壓在環(huán)槽的下端面，燃氣只得 繞到第二道環(huán)的背隙中， 再次發(fā)生壓力膨脹， 此時的壓力得到進一步的下降，加上幾道氣環(huán)的切 口 錯開 裝配 ， 這時的燃氣壓力經(jīng)迷宮式封氣裝置減壓后 ， 其 流速和壓力相對小了許多。再經(jīng)過油環(huán)組件最后一 道 “ 防線” 的阻隔式密封 ， 使各道氣環(huán)切 口燃氣泄漏 量越來越少。必須指出， 活塞環(huán)與環(huán)槽留有合適的背隙( 一般 情況下 ， 缸徑 ≤1

5、 0 0m m， 其背隙為0 ． 4 0 — 0 ． 7 0mm；缸徑> 1 0 0m m， 其背隙為0 ． 6 0 ～ 0 ． 9 0m m) ， 可以防 止因活塞環(huán)和活塞的膨脹而使環(huán)粘在環(huán)槽 中， 提高 4 4 摩 托車技術 2 0 0 4 1 0 3活塞環(huán)滑動面的接觸壓力 ， 使活塞保持一定的穩(wěn)定 狀態(tài)， 起著相當于空氣軸承的作用 ， 防止活塞與缸 壁強烈的接觸 。 但是 ， 若背 隙過大 ， 活塞頭部在上 、下止點轉(zhuǎn)向時會

6、產(chǎn)生搖擺現(xiàn)象 ， 引發(fā)敲擊聲 。l 一 第 一 密 封 面 ； 2 一 第二 密 封 面 P 一環(huán)側(cè)氣體壓 力： J P } 一背壓力： 廳 一環(huán) 的彈力 圖 1 活塞環(huán)的密封機理 2 活塞環(huán)的漏氣原 因及部位 以上所談的活塞環(huán)密封原理 ，是完全建立在運 動摩擦副零件均處于 比較理想狀態(tài)基礎上的。在發(fā) 動機的實際運行中， 包括活塞環(huán)在內(nèi)的摩擦副零件 或多或少地存在著一些加工誤差 、 形狀誤差和位置 誤差 ， 不可能處于人們所期望的理想狀

7、態(tài) 。譬如 ： 活 塞環(huán)的外圓和環(huán)的端面 ， 會因其選用材料的不同、 加 工工藝的優(yōu)劣以及成型熱處理等方面的差異等 ， 使 環(huán)本身就存在一些微小的缺陷； 況且 ， 氣缸筒在加工 時 ， 其錐度和圓度都難以保證達到完美的狀態(tài)， 這種 盡管是微小的加工誤差也會引起氣缸筒的變形 ，再 加上在裝配過程中因緊固引起的機械變形 ，以及因 燃燒做功引起 的熱變形 ， 這些諸多因素合在一起 ， 必 然導致活塞環(huán)處產(chǎn)生氣體泄漏現(xiàn)象。從內(nèi)燃機原理上說 ，

8、活塞環(huán)作正常運動時 ， 漏氣 部位一般有環(huán)的活動面 、 端面和開 口等。2 ． 1 經(jīng)環(huán)的滑動面和環(huán)的端面處漏氣 a )因加工誤差引起的氣缸筒變形 ( 主要是橢圓 度超差 ) ， 因裝配緊固引起 的機械變形和燃燒爆炸引起的熱變形 ，使氣缸筒與活塞環(huán)外圓面失去最佳的 蠹維普資訊 http://www.cqvip.com 使用 · 維修 · 保養(yǎng) ／ 主 持人： 顧方下運動。發(fā)動機實際工作時 ， 因活塞速度 、 環(huán)的慣性

9、 力 以及氣體壓力的大小等等緣故 ，活塞環(huán)不一定像 上面所講的經(jīng)常與環(huán)槽的側(cè)面接觸 ，而是有時會呈 現(xiàn)懸浮狀態(tài)。那么到底有哪些因素會促使活塞環(huán)處 于懸浮狀態(tài)呢?活 塞 的 壓 動 方 向下止點 減速度 加速 度 圖 3 活 基環(huán) 的懸 浮 現(xiàn) 象 通常情況下 ，活塞從下止點到上止點的運動過 程中， 會產(chǎn)生加速度和減速度。這時 ， 活塞環(huán)由于本 身的慣性力將力圖保持每一瞬間的運動方向和速度，因此在活塞減速過程中，活塞環(huán) 的慣性

10、力克服了氣 缸壁與環(huán)的摩擦阻力以及作用在活塞環(huán)上面的氣體 壓力。當活塞在氣缸內(nèi)改變運動方 向時 ，活塞環(huán)因 慣性力有時會 出現(xiàn)與環(huán)槽 的上、下面均不接觸的狀 態(tài) ， 與活塞的往復運動協(xié)調(diào)不起來 ， 使活塞環(huán)在其上 下運動的過程 中產(chǎn)生了如圖3 所示的‘ 懸 浮” 現(xiàn)象。 人 們在試驗中發(fā)現(xiàn) ，只要環(huán)的 自由振動頻率與活塞運 動的往復周期相同時 ， 活塞環(huán)的懸浮現(xiàn)象會隨著轉(zhuǎn) 速的提高有所加劇。此時 ， 活塞環(huán)徑向振動的振幅 增大 ， 活塞

11、環(huán)外圓面會與缸壁脫離接觸 ， 活塞環(huán)的上、下側(cè)隙面便構(gòu)成了氣體及機油的通路。同時在活塞 環(huán)懸浮的瞬間， 作用于活塞環(huán)上的氣體壓力降低 ， 活 塞環(huán)向著環(huán)槽上側(cè)面更劇烈地加速而產(chǎn)生敲擊 。如 果這種運動繼續(xù)循環(huán)下去 ， 就會發(fā)生活塞環(huán)的異常 振動 ， 即活塞環(huán)的顫振現(xiàn)象 ， 它會使活塞環(huán)的氣密作 用 、 刮油作用等所有機能均出現(xiàn)不同程度的下降。 燃 燒室內(nèi)的高溫、高壓氣體會流過氣缸壁與活塞環(huán)的 接觸處之間的微小間隙，或通過活塞環(huán)的上端面經(jīng)

12、 背隙至下端面后下竄 ， 破壞了氣缸壁和活塞環(huán)之間 潤滑所必需的油膜 ，以致形成了金屬之間直接接觸 的干摩擦狀態(tài) ， 以及燒結(jié)、 拉傷等故障 ， 造成活塞環(huán) 和氣缸產(chǎn)生異常磨損， 從而引起一系列像竄機油、 機 油消耗量增大 、 機油易變質(zhì)等故障， 同時還會妨礙活 4 6 摩托車技術 2 0 0 4 ／ 0 3塞環(huán)的傳熱作用 ， 使發(fā)動機過熱 ， 成為活塞不正常膨 脹、 咬住和損壞等嚴重故障的原因之一。嚴重時 ， 還 有可能造成活塞粘環(huán)和

13、斷環(huán)等惡性故障。4 防止 活塞環(huán)漏氣的應對措施 在理論角度上看 ， 活塞環(huán)的 ‘ 懸 浮” 和 ‘ ‘ 顫振” 現(xiàn) 象是由活塞作上 、 下運動而誘發(fā) 的， 并隨著發(fā)動機轉(zhuǎn) 速的提高具有增高的趨勢?；诨钊h(huán)的這個工作 特點 ，為盡量減少以上述及的活塞環(huán)異常運動所帶 來的一系列故障的發(fā)生 ， 對于高速型摩托車發(fā)動機 ，則有意將第一道氣環(huán)的開 口間隙設計為小于第二道 環(huán)的開口間隙( 如 ： C B 1 2 5 T 款用2 4 4 F MI

14、發(fā)動機的第 一 道活塞環(huán)的開 口間隙為0 ． 1 0 — 0 ． 2 5m m； 第二道活 塞環(huán)的開口間隙則為0 ． 3 0 ～ 0 ． 4 5i l l l n ) ， 使第二道活塞 環(huán)岸的氣體壓力降低 ， 從而達到防止頂環(huán)產(chǎn)生顫抖 、共振的 目的。為防止活塞環(huán)與氣缸筒間產(chǎn)生竄氣 ， 需采取以 下幾項應對措施 ：a ) 發(fā)動機制造時應合理控制活塞與氣缸筒的配 合間隙、 活塞環(huán)的開口間隙( 第一道活塞環(huán)的最小間 隙值= 0 ． 0 0

15、38 × 缸徑 ) 、 活塞環(huán)與活塞環(huán)槽 的側(cè)隙以及 活塞環(huán)下端面與活塞環(huán)槽的接觸面積( 即 ： 活塞環(huán)的 平面度 ) 。同時應嚴格控制產(chǎn)品的加工質(zhì)量和裝配 質(zhì)量 ， 使氣缸筒的變形量縮小到最小范圍。b ) 控制活塞環(huán)槽部位的有關技術參數(shù)． o1 )標準 的活塞環(huán)槽高度差約為0 ． 0 0 5 ～ 0 ． 0 2 0m m； 2 )環(huán)槽側(cè) 面平面度約0 ． 0 0 2m m； 3 )環(huán)槽側(cè)面與活塞中心線的 垂直度為0 ． 0

16、3r a m； 4 ) 環(huán)槽側(cè)面與活塞中心線的圓跳 動量為0 ． 0 3 m m； 5 )環(huán)槽底面的圓度為0 ． 0 2 r a m； 6 ) 環(huán) 槽底面與裙部外徑的同心度為0 ． 0 5 i l l l n 。c )控制活塞環(huán)的翹曲度 ： 1 ) 缸徑≤1 0 0 m m的對 稱斷面鑄鐵環(huán)， 其翹曲度應不大于0 ． 0 3m m； 2 ) 缸 徑> 1 0 0i l l l n 的對稱斷面鑄鐵環(huán) ， 其翹曲度應不大于 0 ． 0

17、 4 m m； 3 ) 缸徑≤1 0 0 m m 的非對稱斷面鑄鐵環(huán) ， 其 翹曲度應不大于0 ． 0 6 m m； 4 )缸徑> 1 0 0 m m的非對稱 斷面鑄鐵環(huán) ， 其翹曲度應不大于0 ． 0 8m m。d ) 控制活塞環(huán)的外圓漏光度 ： 1 ) 外圓鍍鉻環(huán) ，允許每處不超過2 0 。 ， 總長不超過3 5 。 的漏光； 2 )外圓不鍍鉻環(huán) ， 允許每處不超過2 5 。 ， 總成不超過4 5 。 的漏 光； 3 )非對稱