任务六活塞与活塞环的间隙检查详解

汽车发动机机械系统检修学习任务六：活塞与活塞环的间隙检查活塞与活塞环磨损后，造成汽缸壁间隙的增大，从而发动机工作时活塞与汽缸壁之间会出现异响，所以发动机异响时应进行对其检查。设置本任务的目的是学习活塞与活塞环的功用、结构以及活塞环间隙的检查方法。任务介绍知识点：活塞与活塞环的功用、结构及特点。技能点：活塞环间隙的测量方法。任务分析组成：活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴瓦等作用：将燃烧过程中获得的动力传递给曲轴。一、活塞连杆组的构造相关知识（一）活塞的构造1.功用：1）与气缸盖、气缸壁等共同组成燃烧室；2）承受气体压力，并将此力传给连杆，以推动曲轴旋转。2.工作条件：活塞在高温、高压、高速、润滑不良的条件下工作。柴油机——高级铸铁或耐热钢，成本低、耐热性好，且膨胀系数小。3.要求：(1)要有足够的刚度和强度，传力可靠；(2)热膨胀系数要小，减小受热时的变形；(3)导热性好，耐高压、耐高温、耐磨损；(4)质量小，重量轻，尽可能减小往复惯性力。4.材料：汽油机——高强度铝合金，质量小，导热性好，但热膨胀系数大，高温下，强度和硬度下降很快。根据所起作用的不同，可将活塞分为三部分，活塞顶部、活塞头部（环槽部）和活塞裙部。5.活塞的组成环槽部（头部）活塞销孔（1）活塞顶部指活塞的顶面，是燃烧室的组成部分，用来承受气体压力。汽油机活塞的顶部形状有：（1）平顶：机构简单，制造容易，受热面积小，顶部应力分布均匀，广泛采用。（2）凸顶：顶部强度高，起气流导向作用，有利于改善换气过程和提高压缩比，常用于二冲程汽油机。（3）凹顶：在气门升程大的发动机中，为使活塞与不与气门发生干涉，常将活塞顶部作一个凹陷的部分。（2）活塞环槽部（头部）指第一道活塞环槽到活塞销孔以上部分，又称防漏部。两环槽之间称为环岸。上面2-3道气环，下面1-2道油环。油环的底部有若干贯通泄油孔，油环从缸壁上刮下的多余润滑油，经此流回油底壳。头部结构：全群式、半拖板式、拖板式裙部。（3）活塞裙部定义：指从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，包括装活塞销的销座孔。功用：在活塞运动的时候起导向作用，并承受侧压力。全群式半拖板式拖板式活塞的常见损伤主要是活塞环槽的磨损、活塞裙部的磨损和活塞销座孔的磨损等,活塞环槽的磨损较大，以第一道环槽的磨损最为严重．各环槽由上而下逐渐减轻。活塞裙部虽与气缸壁直接接触，但接触面积较大，润滑条件较好,磨损较轻。活塞销座孔的磨损是活塞在工作时受气体压力和往复惯性力的作用，使活塞销座孔产生上下方向的椭圆形磨损。（4）活塞变形及应采取措施（a）活塞的热膨胀量大于气缸的热膨胀量，使间隙变小（b）活塞头部膨胀量大于裙部膨胀量，上大下小１）活塞变形的原因及规律活塞与气缸间间隙过小，出现拉缸、卡死故障；过大，将出现敲缸、窜气、窜机油等故障（c）群部圆周方向近似椭圆形变化，长轴沿着销座孔轴线方向。2）活塞变形的预防措施①活塞头部的直径呈上小下大的梯形或截锥体；②裙部呈椭圆型，长轴垂直于销座孔轴线；③活塞的加强筋——在销座和活塞头部之间设置加强筋用来加强销座，并提高活塞头部的刚度。④裙部开隔热膨胀槽（“T”形或“∏”形槽），其中横槽叫隔热槽，竖槽叫膨胀槽。⑤采用双金属活塞：即在活塞裙部或销座内嵌入钢片，以减少裙部的膨胀量。恒范钢片活塞镶筒形钢片活塞⑥其它结构Ⅰ温控结构a.喷油冷却专设喷油嘴连杆中心油道b.隔热膜活塞顶部涂一层石墨隔热膜，既保证较高温度的燃烧室壁面，又降低活塞温度。Ⅱ群部表面的保护（防止拉毛）镀锡（熔点低）涂石墨（脆性材料）表面粗糙化（沟谷能存润滑油）Ⅲ偏置销座a)活塞销对中布置压缩行程作功行程Fp1F’p1b)活塞销偏移布置F’p1活塞销孔中心偏离活塞中心线平面，向做功形成侧压力的一方偏移1-2mm。目的：减轻活塞换向时对气缸壁的敲击噪声（敲缸）。压缩行程作功行程Ⅳ环槽护圈第一、二道环槽或所有环槽镶入耐磨材料，并制成环槽护圈。（二）活塞环活塞环是具有弹性的开口环，有气环和油环之分。1.活塞环的功用与分类（2）油环1-2道，刮油布油，辅助密封作用（1）气环2-3道，密封、传热、辅助刮油布油作用2.工作条件：高温、高压、高速、润滑困难发动机中磨损最快的零件之一，平均寿命50000KM～70000KM。第一道环工作条件最差，磨损最快3.材料与热处理要求：良好的耐热性、导热性、耐磨性、磨合性、韧性和足够的强度及弹性等。材料：耐热不锈钢、优质碳素钢、球墨铸铁、合金铸铁热处理：第一道活塞环镀铬或喷钼，其他的镀锡、磷化或硫化处理切口气环（1）端隙Δ1：又称开口间隙，是活塞环装入气缸后开口处的间隙。一般为0.25mm～0.50mm。Δ14.间隙发动机工作时，为保证气缸的密封性，防止环卡死在缸内或胀死于环槽中，安装时，活塞环应留有端隙、侧隙和背隙。（3）背隙Δ3：是活塞环装入气缸后，活塞环背面与环槽底部的间隙。0.5mm～1mm。Δ2Δ3（2）侧隙Δ2：又称边隙，是环高方向上与环槽之间的间隙。第一道气环0.04mm～0.10mm；其它气环0.03mm～0.07mm。油环一般侧隙较小，0.025mm～0.07mm。气环在自由状态下，外径＞缸径，装缸后在其弹力P0作用下与缸壁压紧，形成第一密封面。第一密封面P05.气环１）气环的密封原理气环的三条漏气通道：开口端隙间；环面与气缸壁间；环与环槽的侧面间。第一密封面的建立（环与缸壁）PjFP1第二密封面第二密封面的建立（环与环槽侧面）活塞环在运动时产生惯性力Pj，与缸壁间产生摩擦力F，以及侧隙有气体压力P1，在这三个力的共同作用下，使环靠在环槽的上侧或下侧（进气——上侧面；排气、压缩、做功——下侧面），形成第二密封面。窜入背隙和侧隙的气体，使环对缸壁和环槽进一步压紧，加强了第一、二密封面的密封。气环的第二次密封（加强第一密封面第二密封面的压力）２）气环的泵油作用机油机油机油上行（压缩）：环靠在环槽下方，挤油燃烧室燃烧室燃烧室下行（进气）：环靠在环槽上方，刮油（1）增加了润滑油的消耗；（2）火花塞沾油不跳火；（3）燃烧室积炭增多，燃烧性能变坏；（4）环槽内形成积炭，挤压活塞环而失去密封性；（5）加剧了气缸的磨损。气环的泵油原因：（1）存在侧隙和背隙；（2）环运动时在环槽中靠上靠下。气环的泵油危害：（1）采用扭曲环；（2）采用组合式油环；（3）油环下设减压腔。措施：3）气环断面形状：形状特点示意图矩形环结构简单、制造方便、易于生产、与缸壁接触面积大，散热好；但有泵油作用。扭曲环断面不对称，受力不平衡，使活塞环扭曲，减小泵油作用，减轻磨损锥面环减少了环与气缸壁的接触面，提高了表面接触压力，有利于磨合和密封；可形成油膜改善润滑，但导热性差，不适用第一道环梯形环可将沉积在环中的结焦挤出，避免环折断，且密封性较好；但加工困难，精度要求高桶面环上下均可形成油膜，且对活塞的摆动适应性好，接触面小，利于密封，但外圆为凸圆弧形，加工困难6.油环作用：布油和刮油1）整体式:其外圆上切有环形槽，槽底开有回油用的小孔或窄槽。类型2）组合式:由上下刮油片和产生径向、轴向弹力的衬簧组成。组合式油环特点：1）密封好：第一密封面，靠径向力，因衬簧直径大于缸径而产生径向力。第二密封面，靠轴向力，因衬簧和钢片总厚度大于环槽高而产生轴向力。2)无侧隙，不窜油。3)刮油能力强：因钢片薄，对缸壁比压大。4)上下片可分别动作，适应性好。5)回油能力强。结构：活塞销内孔有圆柱形、截锥形和组合形（三）活塞销作用：连接活塞和连杆小头，并传递活塞的力给连杆。工作条件：周期性冲击载荷，润滑条件差。材料：低碳钢或低碳合金钢。表面渗碳淬火处理，精磨和抛光。圆柱形截锥形组合形连接方式：1.全浮式:活塞销、连杆小头和活塞销座都有相对运动。特点：1）磨损均匀，寿命长，应用广泛2）卡环轴向定位3）冷态过盈配合2.半浮式：销与销座孔和连杆小头两处，一处固定，一处浮动。（一般固定连杆小头）特点:销座内无卡环连杆小头无衬套1.活塞环的弹力检验1-重锤；2-支撑销；3-滚轮；4-秤杆；5-活动量块；6-底座；7-底板四、任务实施1）将活塞环弹性正直的放在检验器凹槽里，环的开口向外；2）将杠杆压在活塞环上，移动杠杠上的重锤，按规定所需的力，将活塞环的开口端隙压至所规定的尺寸。3）记录荷重负荷技术的数据。4）评价弹性状况。检验步骤：2.活塞环的漏光度检验方法：将活塞环水平放入汽缸内，用一盖板盖住环的内环，在汽缸下部放置灯光，用察看透光的方法检查活塞环与汽缸壁间的密封情况。活塞环漏光度的检验技术要求：1）活塞环上漏光弧长所对应的圆心角，每处不得大于25°，同一根环上不得多于两处，总和不得大于45°。2）在靠近活塞环开口处两侧各30°范围内，不允许有漏光。3.活塞环“三隙”的检验活塞环的三隙是指端隙、侧隙和背隙。一般说来，活塞环的三隙是上环大于下环、柴油机环大于汽油机环、气缸直径大的环大于直径小的环、发动机压缩比大的环大于压缩比小的环。Δ1-端隙Δ2-侧隙Δ3-背隙端隙检验：将活塞环置入气缸内，并用倒置的活塞顶部将环推平(对未加工的气缸应推至下止点，即磨损最小处)，然后用厚薄规测量。若端隙大于规定值，则应重新选配活塞环；若端隙小于规定值时，应用细平锉刀对环的端口进行锉修。锉修时，只能锉削一端环口且应平整；锉修后，应去除毛刺，以免在工作时刮伤气缸壁。0.25~0.50mm侧隙检验：将环放在槽内，围绕环槽滚动一周，应能自由滚动，既不能松动，又不能有阻滞现象，用厚薄规检测。危害：侧隙过大，泵油作用加剧，使环岸疲劳破碎，加速环的断裂和润滑油消耗增加；侧隙过小，使活塞环卡死在环槽内，环的弹力减弱，冲击应力加剧，不但使汽缸密封性降低，也容易使环折断。背隙检验：为测量方便通常是将活塞环装入活塞内，以环槽深度与活塞环径向厚度的差值来衡量。也可将环落入环槽底，用深度游标卡尺测出环外圆柱面沉入环岸的数值，该数值一般为0—0.35mm。在实际操作中，通常是以经验法来判断活塞环的侧隙和背隙：将环置入环槽内，环应低于环岸，且能在槽中滑动自如，无明显松旷感觉即可。背隙的作用是为建立背压，贮存积炭和防止活塞工作时膨胀过大挤断活塞环而设置的。4.活塞环的安装方法1.有镀铬的活塞环一般装在第一道；2.活塞环有字的侧面朝上；3.各道环的开口应和活塞销口中心线相隔45°；4.各道环的开口避免朝向侧压力大的一面；5.各道环开口相互错开：三道环，120°；检测：用千分尺测量距下边缘10-15mm与活塞销垂直方向裙部的直径，将此位置测得的数据与气缸的磨损最大部位相减，并用所得的值与配缸间隙相比，大于的话，更换活塞。5.活塞裙部直径检查：原因：活塞裙部磨损一般在侧压力区较大危害：裙部与活塞间隙过大，敲缸、窜机油