浅析发动机气缸套拉缸的原因及预防

　　浅析发动机气缸套拉缸的原因及预防

　　殷建祥      李月霞

　　河南省中原内配股份有限公司

　　摘要 拉缸是指活塞、活塞环在气缸套内部做往复运动接触区域范围内，使气缸套内壁表面出现明显的纵向机械划痕和刮伤纹迹的现象，造成发动机启动困难、功率下降、机油消耗增加、噪声增大等故障。本文主要从零部件加工精度和设计配合不当，用户使用不当等原因进行分析，阐述了预防拉缸的主要措施，要彻底消除引起气缸套拉缸的诸多原因，需要发动机设计，气缸套、活塞、活塞环等发动机关键零部件的专业生产厂家都要引起高度重视，共同努力，关注各个环节，加强生产过程质量控制，避免因气缸套拉缸而导致发动机失效。

　　关键词 气缸套 拉缸 活塞 活塞环

　　中图分类号：TG405 文献标识码：A

　　0前言

　　发动机气缸套和活塞环是在高温、高压、交变载荷和腐蚀的情况下工作的一对摩擦副。长期在复杂多变的情况下工作，其结果是造成气缸套磨损变形，影响了发动机的动力性、经济性和使用寿命。拉伤的部位多在垂直活塞销轴线的气缸套两侧表面，拉缸的损坏部件多为气缸套（内壁表面）、活塞（侧面和头部）（见图1）。引起拉缸的因素很多，它主要与发动机的工作状况（温度和负荷），活塞、活塞环和气缸套之间的配合间隙、及其匹配材料、材料热膨胀系数等方面状况有密切关系。

　　图1汽缸套和活塞的拉缸损坏

　　1 因零部件设计、加工质量、装配配合造成拉缸的原因

　　(1)气缸套内孔网纹设计不合理或制造不合格，内孔粗糙度过于光滑，沟槽少且浅，储存机油少，油膜薄，引起拉缸；

　　(2)气缸套内孔圆度、圆柱度超差,使活塞与缸套密封性降低，气缸内的高温气体下窜，破坏活塞、活塞环与气缸壁之间的油膜,进而引起拉缸；

　　(3)气缸套内孔直径小，造成配合间隙过小，活塞受热膨胀后被卡住，拉伤气缸壁，产生拉缸；

　　(4)活塞裙部线性设计不合适，配缸间隙过小，活塞在缸套内做往复运动时，活塞裙部与缸套发生干摩擦，产生大量的热，气缸套与活塞受热后膨胀，膨胀后气缸套与活塞之间配缸间隙更小，从而引起整体拉缸；

　　(5)活塞材料膨胀系数大，活塞受热膨胀时，使活塞超过正常的膨胀量，导致与缸套内壁产生接触摩擦，造成拉缸；

　　(6)活塞头部外圆直径偏大，受热膨胀后，与缸套内壁产生接触摩擦，造成头部拉缸；

　　(7)活塞销孔偏心设计不当，造成运动失衡引发拉缸；

　　(8)活塞环开口处呈尖角状态，或活塞环外圆表面有镀铬瘤，引起活塞环直接拉伤缸套内表面；

　　(9)活塞环设计或制造的弹力过大，活塞环和汽缸套之间很难形成润滑油膜或油膜很薄，产生干摩擦或半干摩擦，引起拉缸；

　　(10)活塞环大面积漏光，气缸内高温气体下窜，破坏掉缸套内表面的油膜，引起拉缸；

　　(11)发动机缸体孔同轴度低，引起缸套压入缸体孔后变形，且导致缸套孔中心轴线与凸轮轴中心线不垂直，发动机工作时产生拉缸；

　　(12)活塞环对口（相邻的上、下环开口重叠在一起，且被阻滞在某相对稳定的位置）会产生窜气和窜油，影响发动机的动力性能与油耗增大，同时严重磨损气缸套，甚至造成拉缸；

　　(13)活塞环与活塞环槽之间的配合间隙过小。活塞、活塞环之间的配合间隙（闭口间隙、背间隙、侧间隙）过小时，受热膨胀后的活塞环运动受阻，出现 “卡滞”现象，活塞环对气缸套内表面的瞬时压力增大，气缸套内表面和活塞环两磨擦副摩擦表面之间形成油膜困难，润滑条件恶化，出现拉缸故障（见图2）；

　　图2 汽缸套拉缸现象

　　(14)活塞环与活塞环槽之间的配合间隙过大。活塞环的闭口间隙过大时，发动机下窜气、烧机油。下窜气和烧机油严重时会引起油膜破坏和积碳严重，从而导致拉缸；

　　(15)气缸套外径与缸体孔配合有问题。如果气缸套外径过大或缸体孔直径过小，气缸套外径和缸体孔椭圆度过大，形成压入配合（特别是干式缸套），缸套压入缸体孔后，内孔产生变形，缸套内壁呈现部分凸出现象，缩小了活塞与缸套的间隙，产生拉缸现象；

　　(16)气缸套支承肩与缸体沉孔配合有问题。如果气缸套支承肩过厚或者缸体沉孔深度过浅，凸出高超，如果缸盖螺栓预紧力过大，导致气缸套内孔椭圆，使活塞与缸套密封性降低，气缸套内的高温气体下窜，破坏活塞与气缸套内壁之间的油膜,进而引起拉缸；

　　(17)活塞销与销孔的配合过紧。活塞裙部受侧压力及受热膨胀引起的变形在活塞销的轴向最大，如果活塞销与销孔配合过紧，引起活塞变形，当受热后这种变形量就更大，从而产生拉缸现象；

　　(18)气缸套水封槽与密封圈装配问题。如果气缸套水封槽浅，或者是密封圈过粗，当套上密封圈装入机体后，槽底局部受橡胶密封圈的作用向内变形，引起气缸套内孔局部变形，从而引起局部拉缸。

　　2 因发动机工作过程异常导致拉缸原因

　　(1) 发动机的温度过高。发动机在高速运转工作时，气缸套内瞬时温度可高达3000℃。温度过高会造成机油变稀，压力下降，使气缸套的内壁表面润滑条件变差，气缸套与活塞、活塞环发生干摩擦或半干摩擦，造成拉缸。过热现象还会引起气缸套和活塞环同时过膨胀，配合间隙变小，导致严重拉缸。严重者会发生熔着性磨损（如图3）。发动机出现高温主要是由于冷却系统出现机械故障。

　　图3 熔融磨损

　　(2) 初期磨合不好。新发动机或刚更换过的气缸套与活塞、活塞环，均存在凹凸不平的加工痕迹。初期磨合时，相对运动表面微观凸起处产生金属直接接触，油膜不易形成，容易出现干摩擦或半干摩擦现象。在这种情况下，如果直接带负荷运转会出现局部接触，单位面积压力过大，容易产生局部拉缸现象（如图4）。

　　图4 局部拉缸现象

　　(3) “三滤”失效，空气、机油、燃油没有很好过滤，固体颗粒被带入气缸套内部，也会产生拉缸现象。也可能是进气管开裂，工作中吸进大量灰尘和砂粒等硬质颗粒进入气缸中。

　　(4) 严重积炭。由成发动机燃烧不充分、润滑油被吸入气缸套而燃烧、增压器漏油等原因造成燃烧室过多的积碳，过多的积炭造成活塞环粘结或咬死在环槽内,导致活塞头部产生拉缸。

　　(5) 柴油机供油角太早，始燃量大，燃烧粗暴，热负荷大，缸套热量传不出去，从而引起高温拉缸。

　　(6) 冷却水套水垢粘附过多。特别是缸套外表面，若形成一层水垢，因其导热系数低，导致发动机过热，使缸套内壁上的油膜受到破坏，引起干摩擦，产生拉缸。

　　(7) 频繁低温启动。发动机低温启动时，润滑油粘度大，流动性差,在气缸套内壁难以形成有效的油膜而导致拉缸。

　　(8) 不按规定要求，使用劣质机油，发动机机油质量差，机油压力低，造成活塞与气缸套内壁润滑不良而拉缸。

　　3 预防拉缸的主要措施　　

　　3.1 从设计、制造、装配过程进行控制

　　在设计过程，选配好气缸套、活塞、活塞销和活塞环之间的材料匹配性，测算其材料热膨胀系数在高温高压下它们之间的配合间隙，保证在工作中不出现异常接触。特别对缸套内孔网纹、活塞裙部线性、活塞环形状结构等关键项进行优化设计。

　　提高气缸套、活塞和活塞环等关键零部件的加工精度，对几何尺寸和形位公差方面严格控制。倒角、毛刺等微观缺陷也要消除。

　　在装配过程，要对各零部件关键配合尺寸的检测，对分组缸体、缸套、活塞一定要组别对应装配，注意装配方法、装配顺序和装配温度，提高装配精度。

　　3.2 从日常使用保养方面进行预防

　　（1）对新装发动机和大修后的发动机，一定要先经过磨合,即在保持良好润滑的条件下，按照转速由低到高，负荷从小到大的原则，认真按磨合规程操作，磨合期后的润滑油应及时更换。

　　（2）合理操作使用发动机，不要经常长时间超负荷作业，不要乱轰油门，不要缺水启动。

　　（3）保持冷却水正常温度70℃～95℃,避免发动机过热。冬季启动前应采取预热措施。

　　（4）加强空气滤清器的维护保养，严防灰尘吸入气缸内。

　　（5）维护好润滑系统,防止机械杂质和积炭混入机油内而加剧气缸套的磨损。

　　（6）维修时按照使用说明书的规定,正确选配活塞、气缸套和活塞环，活塞环、活塞不能装反，另外，在修理上还要注意活塞偏缸，同时要保证气缸套的尺寸精度。

　　（7）发动机出现异常情况（异响、高温等现象）要及时停车检查，防止事故进一步扩大。

　　4. 结论

　　总之，拉缸问题可造成发动机启动困难、功率下降、机油消耗增加、噪声增大等故障，使发动机不能正常工作。严重的会使发动机缸体、气缸套、活塞和活塞环等关键零部件报废。在使用过程要注意发动机的温度不能过高，经常检查冷却系统、空气滤清器、机油等方面。这样才能减少或避免发生拉缸现象，提高发动机的使用寿命。

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