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行業(yè)新聞
汽車發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán) 減少磨損措施詳解
2019-10-24
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活塞環(huán)是發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵件之一，其工作的好壞直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。同時(shí)，活塞環(huán)又是易損件，檢修活塞環(huán)時(shí)，通常要吊出活塞，因此，常常把檢修或更換活塞環(huán)的時(shí)間作為發(fā)動(dòng)機(jī)的首次檢修期限。
近年來(lái)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)向高速和強(qiáng)化方向發(fā)展，活塞環(huán)的工作條件越來(lái)越苛刻，對(duì)其耐磨性也提出了更高的要求。
活塞環(huán)的磨損及影響因素
汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞環(huán)和缸套之間的磨損具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：
1．活塞環(huán)在上下止點(diǎn)之間作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，速度從靜止?fàn)顟B(tài)變化到最高達(dá)30m/s左右，如此反復(fù)的做大幅度變化。
2．做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在工作循環(huán)的進(jìn)氣、壓縮、做功和排氣行程中，汽缸壓力變化很大。3．因?yàn)槭苋紵谐痰挠绊?，活塞環(huán)的運(yùn)動(dòng)經(jīng)常是在高溫下進(jìn)行的，特別是第一道氣環(huán)，在高溫高壓及燃燒生成物所產(chǎn)生的化學(xué)作用下，油膜很難建立，使其實(shí)現(xiàn)全部潤(rùn)滑比較困難，而常常處于臨界潤(rùn)滑狀態(tài)。
根據(jù)磨損機(jī)理，活塞環(huán)磨損可分為正常磨損、熔著磨損（劃傷，擦傷）、磨料磨損及腐蝕磨損。但這些磨損現(xiàn)象不會(huì)單獨(dú)出現(xiàn)，而是同時(shí)存在并且相互影響。按照磨損部位，活塞環(huán)磨損又可分為滑動(dòng)面磨損和上下端面磨損。一般來(lái)說(shuō)，滑動(dòng)面磨損比上下端面磨損大，滑動(dòng)面主要是熔著磨損和磨料磨損；上下端面則以因活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)而引起的撞擊磨損為主。
活塞環(huán)滑動(dòng)面最大磨損常出現(xiàn)在汽缸上止點(diǎn)位置，因?yàn)樵撎幨芨邷貧怏w作用，破壞了油膜，造成易于熔著的條件，從而加速了活塞環(huán)的磨損。通常所謂的正常磨損實(shí)際上包含了輕微的熔著磨損和磨料磨損。各道環(huán)滑動(dòng)面磨損量不一樣，第一道氣環(huán)磨損量較大，第二道環(huán)約為第一道的一半左右，油環(huán)的磨損量最小。例如，裝在斯太爾WD615發(fā)動(dòng)機(jī)上的活塞環(huán)經(jīng)過(guò)500h可靠性試驗(yàn)后，第一道氣環(huán)開口間隙磨損為0.4～0.6mm，第二道開口間隙磨損為0.25～0.4mm，油環(huán)開口間隙磨損為0.3～0.55mm。但有時(shí)油環(huán)磨損比中間幾道環(huán)還大，這是由于受到汽缸表面潤(rùn)滑油分布和吸附雜質(zhì)的影響。
活塞環(huán)上下端面的磨損主要是因?yàn)闄C(jī)油燃油中的硬性殘?jiān)约皬拇髿庵谢爝M(jìn)的塵埃顆粒在上下端面上形成的機(jī)械研磨，本質(zhì)上是磨料磨損?？墒牵?dāng)出現(xiàn)活塞的異常熱變形、環(huán)槽側(cè)隙變小時(shí)，也可能發(fā)生熔著磨損。
影響活塞環(huán)磨損的因素很多，其中活塞環(huán)的材料和形狀、汽缸套活塞的材料和結(jié)構(gòu)、潤(rùn)滑狀態(tài)、發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式、運(yùn)轉(zhuǎn)條件、燃油和潤(rùn)滑油的品質(zhì)等是主要因素。當(dāng)然，在同一汽缸中，潤(rùn)滑狀態(tài)對(duì)活塞環(huán)磨損的影響則是很大的。理想的環(huán)面間潤(rùn)滑為兩滑動(dòng)面間有一層均勻的油膜，然而這種情況事實(shí)上并不存在，特別是第一道氣環(huán)，由于受高溫的影響，很難建立起較理想的潤(rùn)滑狀態(tài)。
活塞環(huán)的減磨措施
由于影響活塞環(huán)磨損的因素很多，而且這些因素往往是交織在一起的。另外，發(fā)動(dòng)機(jī)的類型及使用條件不同，活塞環(huán)的磨損也有很大差別，因而不能只靠改善活塞環(huán)本身的結(jié)構(gòu)和材料來(lái)解決問(wèn)題，主要可以從以下幾個(gè)方面來(lái)著手：活塞環(huán)和汽缸套的材料及良好的匹配；表面處理；結(jié)構(gòu)狀態(tài)；潤(rùn)滑油及添加劑選擇；由于裝配及運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)受熱而導(dǎo)致的汽缸套及活塞的變形等。
近年來(lái)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)向高速和強(qiáng)化方向發(fā)展，活塞環(huán)的工作條件越來(lái)越苛刻，對(duì)其耐磨性也提出了更高的要求。
活塞環(huán)的磨損及影響因素
汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞環(huán)和缸套之間的磨損具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：
1．活塞環(huán)在上下止點(diǎn)之間作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，速度從靜止?fàn)顟B(tài)變化到最高達(dá)30m/s左右，如此反復(fù)的做大幅度變化。
2．做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在工作循環(huán)的進(jìn)氣、壓縮、做功和排氣行程中，汽缸壓力變化很大。3．因?yàn)槭苋紵谐痰挠绊?，活塞環(huán)的運(yùn)動(dòng)經(jīng)常是在高溫下進(jìn)行的，特別是第一道氣環(huán)，在高溫高壓及燃燒生成物所產(chǎn)生的化學(xué)作用下，油膜很難建立，使其實(shí)現(xiàn)全部潤(rùn)滑比較困難，而常常處于臨界潤(rùn)滑狀態(tài)。
根據(jù)磨損機(jī)理，活塞環(huán)磨損可分為正常磨損、熔著磨損（劃傷，擦傷）、磨料磨損及腐蝕磨損。但這些磨損現(xiàn)象不會(huì)單獨(dú)出現(xiàn)，而是同時(shí)存在并且相互影響。按照磨損部位，活塞環(huán)磨損又可分為滑動(dòng)面磨損和上下端面磨損。一般來(lái)說(shuō)，滑動(dòng)面磨損比上下端面磨損大，滑動(dòng)面主要是熔著磨損和磨料磨損；上下端面則以因活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)而引起的撞擊磨損為主。
活塞環(huán)滑動(dòng)面最大磨損常出現(xiàn)在汽缸上止點(diǎn)位置，因?yàn)樵撎幨芨邷貧怏w作用，破壞了油膜，造成易于熔著的條件，從而加速了活塞環(huán)的磨損。通常所謂的正常磨損實(shí)際上包含了輕微的熔著磨損和磨料磨損。各道環(huán)滑動(dòng)面磨損量不一樣，第一道氣環(huán)磨損量較大，第二道環(huán)約為第一道的一半左右，油環(huán)的磨損量最小。例如，裝在斯太爾WD615發(fā)動(dòng)機(jī)上的活塞環(huán)經(jīng)過(guò)500h可靠性試驗(yàn)后，第一道氣環(huán)開口間隙磨損為0.4～0.6mm，第二道開口間隙磨損為0.25～0.4mm，油環(huán)開口間隙磨損為0.3～0.55mm。但有時(shí)油環(huán)磨損比中間幾道環(huán)還大，這是由于受到汽缸表面潤(rùn)滑油分布和吸附雜質(zhì)的影響。
活塞環(huán)上下端面的磨損主要是因?yàn)闄C(jī)油燃油中的硬性殘?jiān)约皬拇髿庵谢爝M(jìn)的塵埃顆粒在上下端面上形成的機(jī)械研磨，本質(zhì)上是磨料磨損?？墒牵?dāng)出現(xiàn)活塞的異常熱變形、環(huán)槽側(cè)隙變小時(shí)，也可能發(fā)生熔著磨損。
影響活塞環(huán)磨損的因素很多，其中活塞環(huán)的材料和形狀、汽缸套活塞的材料和結(jié)構(gòu)、潤(rùn)滑狀態(tài)、發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式、運(yùn)轉(zhuǎn)條件、燃油和潤(rùn)滑油的品質(zhì)等是主要因素。當(dāng)然，在同一汽缸中，潤(rùn)滑狀態(tài)對(duì)活塞環(huán)磨損的影響則是很大的。理想的環(huán)面間潤(rùn)滑為兩滑動(dòng)面間有一層均勻的油膜，然而這種情況事實(shí)上并不存在，特別是第一道氣環(huán)，由于受高溫的影響，很難建立起較理想的潤(rùn)滑狀態(tài)。
活塞環(huán)的減磨措施
由于影響活塞環(huán)磨損的因素很多，而且這些因素往往是交織在一起的。另外，發(fā)動(dòng)機(jī)的類型及使用條件不同，活塞環(huán)的磨損也有很大差別，因而不能只靠改善活塞環(huán)本身的結(jié)構(gòu)和材料來(lái)解決問(wèn)題，主要可以從以下幾個(gè)方面來(lái)著手：活塞環(huán)和汽缸套的材料及良好的匹配；表面處理；結(jié)構(gòu)狀態(tài)；潤(rùn)滑油及添加劑選擇；由于裝配及運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)受熱而導(dǎo)致的汽缸套及活塞的變形等。
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