柴油机活塞环折断原因分析与预防措施

2024.06.28

王玉明

摘要：活塞环折断是柴油机常见故障之一，故障原因很多，其主要原因是活塞环的选配与安装不当，破坏了活塞环良好的工作條件而使活塞环折断。

关键词：柴油机;活塞环;折断原因

中图分类号：S219.07 ? ? ? ?文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.06.052

柴油机上的活塞环是一种极为重要的零件，它不仅阻止高温燃烧气体的下窜，保证柴油机一定的动力性和经济性，防止润滑油的变质，而且还能阻止润滑油上窜，刮掉缸壁上多余的润滑油，保证活塞与缸壁有良好的润滑条件，减少机油的消耗。活塞环又是活塞顶热量传递的重要零件，对维持活塞顶必要的工作温度，防止活塞顶过热损坏起着关键性作用。

1 活塞环折断原因

柴油机上活塞环在工作中因多种原因而损坏，最常见的损坏除磨损外，折断是常见损坏形式。造成活塞环断裂的原因可归纳为：使用不当，活塞、缸套、连杆的影响，材料问题和制造质量问题等。但更重要的是活塞环的选配与安装不当，破坏了活塞环良好的工作条件而使活塞环折断。

1.1 活塞环材质问题

（1）活塞环材质不符合要求，抗弯强度差。活塞环的材料经历了普通灰铸铁、高合金铸铁、球墨铸铁到钢质的发展过程。农用柴油发动机的活塞环一般使用球墨铸铁或合金铸铁，其中碳、铁、磷、硫等含量有明确的规定，若某种成分超标（特别是硫）会导致活塞环抗弯强度差，容易断裂。环表面处理层过厚，抗疲劳性差，也容易断裂。

（2）活塞环制造质量问题，主要是硬度、韧性和弹力不合适。这些都是导致活塞环易断的重要原因。当然还有活塞环高度的一致性掌握不严格或装入缸套后圆度、平面度、环的尺寸公差、形状公差掌握不严格等也会导致活塞环断裂。

1.2 人为因素影响

柴油机的使用因素造成活塞环的断裂是多方面的，分析起来主要有以下几点：①柴油机长期超转速、超负荷运转，会使发动机过热而导致机油润滑不良、活塞环槽积碳严重而造成活塞环早期磨损、卡滞而折断。②无规律的乱轰油门会使发动机的转速忽高忽低，活塞与汽缸中运动速度忽快忽慢，加速汽缸磨损，也易造成活塞环折断。③柴油机各缸供油量和供油时间不均匀，将会使部分汽缸燃烧过程恶化，形成积碳或严重的后燃，造成活塞顶温度过高，导致活塞环受热负荷的影响而发生热疲劳折断。④活塞环槽上积碳太多，发动机修理时对活塞环槽中的积碳未彻底清理，活塞环放入环槽中发生扭曲，在工作过程中活塞环因受交变的扭曲载荷的作用而折断。⑤装配时，活塞销与铜套、连杆瓦与轴颈的径向配合间隙不符合要求，配合间隙过大或使用中的磨损导致此间隙过大，使活塞环工作中受到冲击振动而使活塞环折断。⑥活塞环装配到汽缸环槽中是要留有一定的开口间隙，为的是消除工作中活塞环的受热膨胀，如果此间隙留得过小，活塞环受热易发生顶死，导致环在开口部位的对侧折断。

1.3 活塞、缸套、连杆的影响

（1）活塞的影响。活塞对活塞环折断影响最大的是环槽的形状、尺寸。在实际应用中出现以下情况：①活塞环安装于活塞环槽中，活塞环既随活塞沿汽缸壁作上下运动，又相对于活塞环槽作扭转运动，长期工作后，活塞环槽易被磨损呈喇叭形，使活塞环工作时弯曲、扭转变形增大而发生折断。②活塞环与活塞环槽端面留有一定的端间隙，防止活塞环受热膨胀卡死在环槽中，但如果这个间隙过大，会加剧活塞环在环槽内的振动，这样既不利于密封气体，又有可能由于振动而使环疲劳断裂。

（2）缸套的影响。缸套造成活塞环断裂的因素是安装中的歪斜，造成磨损不均匀。有以下几种情况：①由于曲轴安装座孔同轴度超差、主轴瓦配合间隙不合要求、曲轴弯曲变形等，导致汽缸套中心线与曲轴中心线不垂直，导致活塞在汽缸内运动向一侧倾斜，导致活塞环在汽缸内受力不均，而产生疲劳折断。②汽缸套使用一定时间后，因磨损而产生变形，造成活塞环在缸套中上下运动时，受不规则力作用产生疲劳断裂。③缸套使用一定时间后，缸套上部会因积碳结成一圈凸缘，或缸套上部由于磨损而形成台阶时，在发动机大修时没有消除这种台阶，工作中活塞环与此台阶接触会受到冲击而引起折断。

（3）连杆的影响。造成活塞环断裂的连杆因素是连杆的弯曲和扭转变形。由于连杆变形破坏了活塞在汽缸中的运动规律，从而导致活塞环受到过大冲击而折断。

2 预防措施

以上分析了活塞环的断裂是由多方面因素引起的，其中重要的一点是活塞环的选配和安装不正确。根据维修人员的统计，因忽视活塞环的正确选配、安装造成断裂的约占1/3多。因而注意活塞环的正确选配与安装是减少活塞环断裂、提高其使用寿命的重要环节。安装活塞环时要注意以下事项：①大修更换活塞环时，要一组一组更换，不能只更换其中几只;②安装前应仔细检查活塞、缸套、活塞环等相关部件的精度，清除活塞环槽中的积碳，消除汽缸套的积碳或磨损台阶，活塞环放入汽缸和活塞环槽中的端间隙、侧间隙、背间隙等指标要符合要求;③安装活塞环要使用专用安装卡钳、锥度套等工具，以免造成活塞环的扭曲变形;④安装时注意活塞上的标记，对有倒角的或打有“上”字标记的环要朝活塞顶部安装，这是为了保护汽缸内壁的润滑油膜。安装时注意活塞环的开口方向，相临的两道环开口应该错开120°。还要注意各道环（包括油环）开口不能布置在与活塞销轴线呈±45°的范围内。安装完毕后，用手轻轻旋转活塞环，应平滑无卡滞现象。