活塞环典型故障原因分析
王国政 刘国涛
活塞环是柴油机中形状简单而作用十分重要的零部件，它密封燃烧室以保证柴油机正常工作。同时它的工作条件又是极苛刻的，在高温、高压下工作，运动方向、运动速率变化又很大，工作过程中极易受到损伤。活塞环折断、走对口、漏气是活塞环常见故障，破坏活塞环的正常工作，造成柴油机工作性能恶化，使用寿命缩短。
1.活塞环折断
柴油机运转时，活塞环的运动主要有上下运动、径向运动、回转运动和不规则的轴向、径向振动以及扭曲振动。引起活塞环断裂的原因除本身品质方面的原因外，主要是由于不规则的轴向和径向振动，以及扭曲振动所引起。造成这三种不规则的振动（活塞环断）主要原因为：
（1）气缸磨损严重，环在上下往复运动过程中频繁产生弯折或刮碰磨损产生的台阶而断裂。活塞环异常磨损包括偏磨及过度磨损，往往在磨损最大处断裂。
（2）使用低质燃料不完全燃烧产生的积碳堆积在活塞环槽中，使活塞环侧隙减小。发动机工作中在巨大的燃烧压力作用下，易使活塞环卡死在环槽内而造成折断。
（3）活塞环侧隙过大，环在环槽内上下运动的幅度增大，敲击作用加剧，环侧面和环槽侧面磨损增大，活塞环因受扭曲力过大而被折断。
（4）环槽深度应能使环装入环槽内而稍有余隙，否则会使环凸出一小部分在活塞外面，如果硬装会造成环断裂。环安装时要留有背隙，是考虑到活塞热膨胀及活塞运动时由于侧推力方向的改变，防止环与环槽底圆面发生干涉。过小的背隙会造成环卡在环槽或工作温度下活塞的热膨胀将环向缸壁挤压造成拉缸甚至断裂。活塞环开口间隙过小，因热膨胀使开口端相碰而断裂。
（5）活塞环的振动或发动机转速过高，环受的惯性力过大，或长期超负荷运行，突发载荷活塞环弹力失效。活塞环材质和加工质量问题等使活塞环断裂。
（6）活塞环及活塞环槽几何尺寸、形位尺寸超差，活塞环与活塞环槽配合不好。
（7）活塞环定位销钉磨平或脱落，使活塞环在环槽内转动，环开口端刮碰气缸而断裂。
2. 活塞环“走对口”
活塞环“走对口”就是说，活塞环在工作中承受很大的燃气压力、惯性力及高温气体的加热作用，在气缸运动中还受到剧烈的摩擦、振动、冲击作用，使活塞环在活塞环槽中沿着圆周位移、沿切线方向转动，直到各活塞环都转到阻力矩最大的同一位置时为止，即各环开口不是相互错开一定的角度，而是在活塞轴线方向重叠在一起。
活塞环“走对口”后会导致气缸密封性变差，压缩气体会通过对口处往下窜至曲轴箱，使曲轴箱内废气压力升高，还促使机油通过对口处往上窜至燃烧室，使气缸内大量积碳，加剧压缩系零件的磨损与损坏，甚至造成柴油机启动困难或不能启动。活塞环在气缸中“走对口”的原因：
（1）活塞环往活塞安装时，因手上没有专用工具，而用手或铁丝把活塞环开口扩张后套进活塞。由于操作不当，使活塞环过度变形，导致活塞环径向压力分布不均匀，从而发生漏气，使活塞环在工作中逐渐走对口。
（2）活塞连杆组往气缸安装时，有的维护人员没有把气环和油环的开口合理布置，不将环口均匀错开120 °；有的维护人员错把活塞环开口对准燃烧室或对正活塞销孔方向，使活塞环在工作中容易走对口。
（3）活塞与缸套严重磨损，椭圆度和锥度超限，配合间隙过大，活塞环开口间隙、边间隙、漏光度过大，造成密封不严而导致漏气增加，使活塞环的切线方向转动能力增强，从而易使各环走对口。
（4）更换新的活塞环时，由于新活塞环与旧活塞环槽接触不良，新活塞环与旧气缸壁贴合不良，这样，活塞环开口部分磨损较快，弹力也减弱。活塞、活塞环与气缸壁三者之间配合间隙增大，工作时气缸内的振动、漏气、冲击力较大，使活塞环在环槽中容易产生转动。
（5）由于曲轴或连杆弯曲、扭曲变形，活塞销座孔与连杆小端铜套偏斜等原因的影响，致使活塞在气缸中单侧受力，运动时产生摆动，同时推动活塞环位移、转动，从而使活塞环走对口。
（6）气缸中心线与曲轴中心线垂直度超差，使活塞在气缸中偏斜，活塞环上下运动时，向一个方向倾斜而产生单面偏磨，在磨损间隙处产生高温高压气体渗漏，冲击活塞环使其转动，因而导致活塞环走对口。
（7）气缸套在生产或镗缸修理、研磨过程中，其尺寸精度和表面粗糙度均未达到要求，使缸套的圆度和圆柱度超差，缸套在长度方向上出现波纹，装配后使活塞环与气缸壁贴合不良，漏光度大，易产生漏气和拉伤。在外力的作用下，引起活塞环沿圆周位移而逐步走对口。
（8）柴油机在工作中，活塞环除向内收缩和向外伸张外，还会有沿圆周方向“蠕动”的趋势；另外，在活塞环弹力不足等综合因素影响下，圆周方向作用力会大于活塞环背压力产生摩擦力，活塞环就沿着圆周移动，加速环与环槽的磨损，从而使环走对口。
活塞环是柴油机中形状简单而作用十分重要的零部件，它密封燃烧室以保证柴油机正常工作。同时它的工作条件又是极苛刻的，在高温、高压下工作，运动方向、运动速率变化又很大，工作过程中极易受到损伤。活塞环折断、走对口、漏气是活塞环常见故障，破坏活塞环的正常工作，造成柴油机工作性能恶化，使用寿命缩短。
1.活塞环折断
柴油机运转时，活塞环的运动主要有上下运动、径向运动、回转运动和不规则的轴向、径向振动以及扭曲振动。引起活塞环断裂的原因除本身品质方面的原因外，主要是由于不规则的轴向和径向振动，以及扭曲振动所引起。造成这三种不规则的振动（活塞环断）主要原因为：
（1）气缸磨损严重，环在上下往复运动过程中频繁产生弯折或刮碰磨损产生的台阶而断裂。活塞环异常磨损包括偏磨及过度磨损，往往在磨损最大处断裂。
（2）使用低质燃料不完全燃烧产生的积碳堆积在活塞环槽中，使活塞环侧隙减小。发动机工作中在巨大的燃烧压力作用下，易使活塞环卡死在环槽内而造成折断。
（3）活塞环侧隙过大，环在环槽内上下运动的幅度增大，敲击作用加剧，环侧面和环槽侧面磨损增大，活塞环因受扭曲力过大而被折断。
（4）环槽深度应能使环装入环槽内而稍有余隙，否则会使环凸出一小部分在活塞外面，如果硬装会造成环断裂。环安装时要留有背隙，是考虑到活塞热膨胀及活塞运动时由于侧推力方向的改变，防止环与环槽底圆面发生干涉。过小的背隙会造成环卡在环槽或工作温度下活塞的热膨胀将环向缸壁挤压造成拉缸甚至断裂。活塞环开口间隙过小，因热膨胀使开口端相碰而断裂。
（5）活塞环的振动或发动机转速过高，环受的惯性力过大，或长期超负荷运行，突发载荷活塞环弹力失效。活塞环材质和加工质量问题等使活塞环断裂。
（6）活塞环及活塞环槽几何尺寸、形位尺寸超差，活塞环与活塞环槽配合不好。
（7）活塞环定位销钉磨平或脱落，使活塞环在环槽内转动，环开口端刮碰气缸而断裂。
2. 活塞环“走对口”
活塞环“走对口”就是说，活塞环在工作中承受很大的燃气压力、惯性力及高温气体的加热作用，在气缸运动中还受到剧烈的摩擦、振动、冲击作用，使活塞环在活塞环槽中沿着圆周位移、沿切线方向转动，直到各活塞环都转到阻力矩最大的同一位置时为止，即各环开口不是相互错开一定的角度，而是在活塞轴线方向重叠在一起。
活塞环“走对口”后会导致气缸密封性变差，压缩气体会通过对口处往下窜至曲轴箱，使曲轴箱内废气压力升高，还促使机油通过对口处往上窜至燃烧室，使气缸内大量积碳，加剧压缩系零件的磨损与损坏，甚至造成柴油机启动困难或不能启动。活塞环在气缸中“走对口”的原因：
（1）活塞环往活塞安装时，因手上没有专用工具，而用手或铁丝把活塞环开口扩张后套进活塞。由于操作不当，使活塞环过度变形，导致活塞环径向压力分布不均匀，从而发生漏气，使活塞环在工作中逐渐走对口。
（2）活塞连杆组往气缸安装时，有的维护人员没有把气环和油环的开口合理布置，不将环口均匀错开120 °；有的维护人员错把活塞环开口对准燃烧室或对正活塞销孔方向，使活塞环在工作中容易走对口。
（3）活塞与缸套严重磨损，椭圆度和锥度超限，配合间隙过大，活塞环开口间隙、边间隙、漏光度过大，造成密封不严而导致漏气增加，使活塞环的切线方向转动能力增强，从而易使各环走对口。
（4）更换新的活塞环时，由于新活塞环与旧活塞环槽接触不良，新活塞环与旧气缸壁贴合不良，这样，活塞环开口部分磨损较快，弹力也减弱。活塞、活塞环与气缸壁三者之间配合间隙增大，工作时气缸内的振动、漏气、冲击力较大，使活塞环在环槽中容易产生转动。
（5）由于曲轴或连杆弯曲、扭曲变形，活塞销座孔与连杆小端铜套偏斜等原因的影响，致使活塞在气缸中单侧受力，运动时产生摆动，同时推动活塞环位移、转动，从而使活塞环走对口。
（6）气缸中心线与曲轴中心线垂直度超差，使活塞在气缸中偏斜，活塞环上下运动时，向一个方向倾斜而产生单面偏磨，在磨损间隙处产生高温高压气体渗漏，冲击活塞环使其转动，因而导致活塞环走对口。
（7）气缸套在生产或镗缸修理、研磨过程中，其尺寸精度和表面粗糙度均未达到要求，使缸套的圆度和圆柱度超差，缸套在长度方向上出现波纹，装配后使活塞环与气缸壁贴合不良，漏光度大，易产生漏气和拉伤。在外力的作用下，引起活塞环沿圆周位移而逐步走对口。
（8）柴油机在工作中，活塞环除向内收缩和向外伸张外，还会有沿圆周方向“蠕动”的趋势；另外，在活塞环弹力不足等综合因素影响下，圆周方向作用力会大于活塞环背压力产生摩擦力，活塞环就沿着圆周移动，加速环与环槽的磨损，从而使环走对口。
