柴油机活塞使用维修中常见问题解析
丁新红
摘 要：为了提高对柴油机的认识，介绍了活塞的结构特点与功用，说明了活塞常见损伤部位和活塞技术状态的判断，以减少盲目更换活塞，避免造成不必要的浪费。
关键词：柴油机;活塞;使用维修
中图分类号：S218.5 ? ? ? ?文献标识码：A
doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.08.047
柴油机活塞的功用是承受燃气燃烧所释放的爆发压力，并将此压力通过活塞销、连杆、曲轴和飞轮对外做功。同时还具有封闭汽缸，形成燃烧室，吸入、压缩和排出气体，传出部分热量，以及将活塞的侧向力传给汽缸壁等功能。活塞顶部与高温高压气体直接接触，活塞在汽缸中做高速往复运动，润滑条件差，是柴油机最容易损坏的零件之一。我们需要对活塞有一个初步的认知，知道它的结构特点与功用，了解活塞常见损伤的特点，以及如何正确判断活塞是否可以继续使用，并要对活塞损坏的原因进行分析，以免相同的故障再次发生。
1 活塞各部位名称与功用
活塞包括顶部、防漏部、销座部和裙部四大部分。
（1）顶部。活塞第一环槽以上部分称活塞顶部。顶部的形状与燃烧室有直接关系，随燃烧室不同形状各异，有平顶、凸顶和凹顶多种。柴油机活塞顶部多为凹的，有ω形、铲形和螺管凹坑形等。此外，有的活塞顶部还制有为防止活塞顶与气门头相碰的两个圆形浅凹坑。为便于选配和安装，在活塞顶还制有尺寸、重量分组和安装箭头等标志，同组活塞重量差不大于10 g。
（2）防漏部。防漏部制有环槽用以安装气环和油环，气环多为2～3道，油环多为1道。气环装在上部，下部装油环。气环数减少、环高减少可降低活塞高度和减小活塞质量，有利于内燃机转速的提高，以增加其动力性和经济性。活塞顶到第一环槽之间的环岸，叫火力岸。在此岸上制有绝热环槽，用以减小此部与缸壁间隙，增加节流以达到减轻第一道环的热负荷和机械负荷、缩短火岸的高度的效果;绝热环槽的作用是改变热传导路线以减轻第一道环的热负荷，在高强化柴油机的活塞第一环槽中铸有高镍铸铁环架，以提高活塞使用寿命。
（3）销座部。用以装配活塞销，将活塞受力传给连杆。为降低活塞销与座孔的压力，减轻磨损，这部分支承面要尽量大些，也就是孔径与支承长度要大些，销座与顶部用加强筋相连。
（4）裙部，也叫导向部。在活塞往复运动中起导向作用，并承受侧压力。目前，一些汽油机为防止活塞换向时产生拍击和磨损，使活塞销孔中心线与活塞轴线不相交，向侧压方向偏移1～2 mm。因此，这种活塞安装时，要注意安装方向标志。
活塞在工作中由于裙部受侧压力、销座承受活塞轴向力、销座金属零件易受热后变形等都易使活塞裙部变椭圆形，沿销轴方向直径增大，侧压力方向直径变小。如不采取措施，活塞在工作时将拉伤缸壁，甚至卡缸。汽油机活塞在其裙部开有梯形或门形切口，其横向切口作用为切断热流、减少裙部受热膨胀;纵向切口在裙部变形时留有膨胀余地。另外，有很多活塞将销座孔周围制成凹陷形，作为膨胀余地，也有将活塞制成椭圆的，其长轴为侧压方向，短轴为销轴方向，这种活塞也叫椭圆活塞。有的活塞铸入恒范钢片使裙部与销座相连，恒范钢片热膨胀系数很小，可使活塞与汽缸配合间隙减小。为防止活塞裙部与曲轴平衡块相碰，沿活塞销方向将销座以下裙部切除。这样，还可降低摩擦阻力和减轻重量。这种活塞也称鞍形活塞或拖鞋形活塞。活塞由于沿高度方向受热不同，膨胀量亦不同，因此，常将活塞制成上、下直径不一的锥形。
活塞裙部直径与汽缸内径之差称为汽缸间隙。4125A4型柴油机为0.19～0.23 mm，LR-6105T8型柴油机为0.11～0.175 mm。
2 活塞常见损伤部位
活塞是柴油机的主要运动机件之一，是燃烧室的重要组成部分。活塞工作时承受着很大的机械应力和热应力，同时还承受着摩擦力。因此，在使用中活塞容易損坏。活塞的损伤包括：活塞环槽的磨损、活塞裙部的磨损、活塞销座孔的磨损和活塞顶部的损伤。活塞使用过程中磨损最大的地方是活塞环槽，其中第一环槽的下平面往往磨损最严重。环槽磨损后，槽的断面变成梯形。侧隙变大，使汽缸的气密性变差，并且还会加重泵油作用，引起“窜油”和“窜气”。活塞裙部的磨损要比环槽小得多，但裙部与汽缸间隙过大时，将发生导向不良，造成敲缸和润滑油耗量增大。活塞销的磨损是缓慢而轻微的，若活塞销孔出现较早的严重磨损，多为活塞销与销孔配合间隙过大或配合表面过于粗糙所致。由于活塞销孔主要承受上下方向的力，由此造成活塞销孔磨损成椭圆形，且销孔上下方向的磨损最大。活塞销孔磨损过大会造成配合松旷并产生响声，严重时还会出现裂纹。活塞顶部的损伤则是由于爆燃或早燃等不正常燃烧引起的局部烧缺和穿洞。
3 活塞技术状态判断
在换用新活塞时，一些机手不是根据活塞的磨损程度来决定，而是在更换汽缸套时也将活塞报废。其实在处理决定前，应对活塞作详细的检查：首先用观察法检查活塞有无严重的机械损伤，如裂纹、环槽塌边、挡圈沟槽崩落及工作表面是否有深的刮痕等，然后再作以下检查。
（1）活塞环槽的检查：一般用新的活塞环放入环槽中，沿环槽进行滚动，用塞尺测量边间隙。
（2）活塞销座孔的检查：与缸套的检查相似，用内径千分表在两边销孔长度上各取两个截面，在每个截面上取互相垂直的两个方向（即上下受力方向与水平方向）位置，然后计算出圆度和圆柱度。
（3）活塞裙部的检查：用外径千分尺测量，并计算出其圆度和圆柱度及与缸套的配合间隙。若无检测条件应请专业人员鉴定。
活塞有下列之一情况应作报废处理：①裂纹、严重划痕、环槽塌边、挡圈沟槽崩落等机械损伤的;②边间隙、销孔、裙部磨损超过极限值的。
