浅谈林海149FM 系列汽油发动机

浅谈林海149FM 系列汽油发动机
活塞和活塞环装配中的几个问题
姓名卢勇
单位江苏省泰州市林海集团
摘要：针对发动机活塞连杆活塞环、活塞环的密封等关键技术问题进行综合分析，根据本人在实际工作中，通过对149FM汽油发
动机活塞、活塞环、滑套的改进，达到对装配效率，装配质量
的提高。

关键词:活塞、活塞环、滑套的改进
论文主体：
活塞连杆组件包括活塞、连杆、活塞销、活塞环、连杆瓦、活塞销挡圈。

活塞承受气缸中气体压力所造成的作用力，通过活塞销传给连杆，推动曲轴旋转向外作功。

在149FM系列汽油发动机活塞连杆的装配过程中，发动机连杆活塞装配质量的好环直接影响发动机的动力性、可靠性和使用寿命，因此在装配过程中一定要注意以下问题。

1）质量差，活塞连杆是高速旋转的部件，质量误差如果相对太大，在发动机运转时就会不平稳，抖动大，活塞质量误差必须小于5克，连杆质量差应小于15克，活塞连杆组件应小于25克。

2）清洁度，应用干净煤油，清除活塞连杆总成及连杆体，连杆螺孔中的杂物，确保活塞连杆清洁度，在装配过程中应处在无灰尘的环境中，清洁度达不到要求会使缸套早期磨损，减少发动机的使用寿命。

以下对活塞活塞环的装配及滑套的改进的相关问题进行讨论以求指正。

一.活塞的装配
活塞一般用硅铝合金制造，它的特点是导热性和耐热性高，且耐
腐蚀，重量轻，线膨胀系数小铸造性能好。

活塞的主要作用是承受气缸中气体压力所造成的作用力，并将此力通过活塞销传给连杆，以推动曲轴旋转作功。

活塞顶部还与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。

由于活塞顶部直接与高温燃气接触，燃起的最高温度可达2500K以上。

因此活塞的温度也很高，其中活塞顶部的温度高达600——700K。

高温一方面会使活塞材料的机械强度显著下降，另一方会使活塞的热膨胀量增大，容易破环活塞与其相关零件的配合。

对于柴油机活塞，燃气带来的瞬间压力最大时可达6000-9000KPa，采用增压时则会更高。

高压会导致活塞的侧压力加大，客观上会加速活塞外表面的过快磨损，也容易引起活塞的变形。

因此，在装配时活塞应加热到60℃—100℃，把活塞销用手推入，严禁在冷态下强行装配活塞销。

应注意装配方向——连杆大头内卡槽与活塞顶部燃烧室凹坑，相对活塞销轴心线在同一侧。

二.活塞环的装配
活塞环主要材料为合金铸铁，（在优质的铸铁中加入锰、磷、铜、鉬等合金元素），它的特点是耐高温、耐磨、耐腐蚀、有高的强度、弹性和冲击韧性。

工作表面镀上多孔性鉻或锡，以改善润滑条件和磨合性能，还可用喷钼来提高活塞环的耐磨性。

活塞环包括气环和油环。

气环的作用是保证活塞与气缸壁间的密封，防止气缸中的高温、高压燃气大量漏入曲轴箱，同时还将活塞顶部的大量热量传导到气缸壁，再由冷却水或空气带走。

油环用来刮除气缸壁上多余的机油，并在气缸壁上铺涂一层均匀的机油膜，这样既可以防止机油串入气缸燃烧，又可以减少小活塞、活塞环与气缸的磨损和摩擦力，此外，油环也可以起到封气的辅助作用。

活塞环保证活塞与气缸壁之间的密封和刮除气缸壁上多余的机油，活塞环工作时受气缸中高温、高压燃气的作用。

在气缸中作高速运动，加上高温下机油可能变质，使之润滑变坏，活塞环是发动机所有零件中工作寿命最短的。

当活塞环磨损失效时，发动机将出现起动困难、功率不足，曲轴箱压力升高，通风系统严重冒烟，机油消耗增大，排气冒蓝烟，燃烧室、活塞等表面严重积碳等不良现象。

活塞环有切口，在自由状态下不是圆环形，外形尺寸比气缸内径大。

因此，它随活塞装入气缸后，产生弹力而紧贴在气缸壁上，形成第一密封面，使燃气不能通过环与气缸接触面之间的间隙。

活塞环在燃气压力作用下压紧在环槽的下端面上，形成第二密封面。

于是燃气便绕流到环的背面，并发生膨胀，其压力下降。

同时，燃气气压力对环背的作用力使环更紧地贴在气缸壁，大大地加强了第一密封面。

第一密封面是关键，如果它密封不良，气体短路漏出，环的背压就建立不起来，也形不成良好的第二密封面。

但是只要整个环圈上还有些弹力，被密封的气体就会帮助密封，而且被密封的气体压力越高，附加的密封力就越大。

这时漏气的唯一通道是环的开口间隙（或称端隙）。

压力已有所降低的燃气，从第一道的切口漏到第二道气环上平面时，又把这道气环压贴在第二道环槽下端面上，于是，燃气又绕流到这个环的背面，再次发生膨胀，其压力又进一步降低。

如此继续下去。

从最后一道环漏出的燃气，其压力和流速已经大大减少，因而漏气量也就减少了。

一般正常的漏气量只有吸气量的0．2％—1％。

因此，为数不多的几道切口相互错开的气环所造成的“迷宫式”封气装置，就可以对气缸中的高压燃气进行有效的密封。

气缸内燃气漏入曲轴箱的通道主要是活塞环的切口。

因此，切口的形状和装入气缸后的间隙大小对漏入曲轴箱的燃气量有直接的影响，切口间隙过大，漏气就严重，发动机的功率就小；而间隙过小，活塞环受热膨胀后可能卡死或折断，所以应控制切口间隙一般为0．25㎜——0．8㎜。

一道环要比其它环要大些。

100系列柴油机活塞活塞环有贰道气环，壹道油环。

第一道气环为镀铬桶面环，其优点是当桶面环上下运动时，均能与气缸壁形成楔形空间，使机油容易进入摩擦面，从而使磨损大为减少，有利于密封。

第二道气环为锥形环，安装时有字的方向朝向活塞顶部，锥形环可以改善环的磨合，环在气缸内可向下刮油，而向上滑动时，由于斜面的油楔作用，可在油膜上浮起，减少磨损，第三道为异向外倒角油环。

衬环开口同油环本体开口相互错开180·。

三道环装入活塞槽后转动灵活、无卡滞现象。

应有间隙、边隙为第一道0．04㎜——0．10㎜，第二道0．03㎜——0．07㎜，第三道0．025㎜——0．07㎜，背隙
为0．5㎜——1㎜，在活塞装入气缸时，活塞环应相互错开120·，并且不在活塞销轴线方向上，燃烧室方向应朝向大泵侧。

装配活塞环应注意以下2个问题。

1.装配前的检测
活塞环的工作表面不得有刻痕、擦伤、剥落，外圆柱面和上下端面应有—定的光洁度，曲度偏差不应大于0.02—0.04毫米，环在槽中的标准下沉量不得超过0.15- 0.25毫米，活塞环的弹力、间隙符合规定。

此外，还应检查活塞环的漏光度，即将活塞环平放在气缸内，在活塞环下边放一个小灯炮，上面放一块遮光板，然后观察活塞环与气缸壁之间的漏光缝隙，由此可知活塞环与气缸壁的接触是否良好。

在一般情况下，用厚薄规测量活塞环漏光缝不应超过0.03毫米。

连续漏光缝的长度不应大于气缸直径的1／3，若干处漏光缝隙长度不应大于气缸直径的1／3，若干漏光总长度不应超过气缸直径的1／2，否则，应更换。

2.安装活塞环时的注意事项
安装活塞环之前，应按每个气缸孔、活塞和每个环槽进行个别选配，并按原厂规定检查每个环的弹力、漏光度和各项间隙、检验合格后，应使用专用夹具，将环套进入活塞环槽内装入气缸前，在活塞及活塞环四周涂好机油，并将各环口位置正确地分布。

如果是四道环，第一、二道活塞环的开口应与活塞销轴线成45度，并彼此错开180度；第三、四两道活塞环的开口与第一、二两道的开口成90度，亦与活塞销轴线成45度，并彼此错开180度，如果是三道活塞环的，第一道环的开口应位于活塞销轴线相交的45度处，其余各道依次彼此相隔120度。

装活塞环时，还应注意环的构造形状和缺角的方向及其记号，不可颠倒装反。

三. 装配滑套的改进
活塞装入气缸时应用专用工具滑套装配。

滑套的尺寸直接影响活塞的装配效率和质量。

车间原来使用的滑套如图1所示，最大口出为105㎜，在使用时不大好用。

原因分析如下：1、滑套套入活塞时不容易放进去。

2、活塞环进气缸时不好进，还经常会出现活塞环断裂的现象。

活塞环为何会不好装入气缸呢？经过长时间的仔细观察发
现：滑套大口在套入活塞时会挡在活塞环上，用手捏一下环就好套了，但装配效率跟不上。

于是测量了活塞在自由状态下的大小为105㎜——106㎜之间，比滑套的大口尺寸还大，于是把滑
原使用滑套改进后滑套
套大口加大到106．8㎜，活塞环就容易进了，但活塞环断裂的就更多了，这是因为滑套大口加大后,锥度变大,气缸的上端口有一个很小的倒角.活塞环在进入气缸的时候，由于滑套锥度变化太大，活塞环收得太快，遇到气缸口的倒角，突然张开,又有推活塞的力活塞环就断了。

当时就想：如果把锥度改小但滑套长度又增加了，活塞裙部又不容易进入气缸口。

那么用什么办法才可以使滑套套上但又不增加长度的情况下大口尺寸到106．5㎜以上呢？这个问题困扰了我好长时较间，直到有一天看到水泵皮带轮，有锥度，皮带槽的地方比锥度的地方大。

哪滑套可不可以用两级变化，先把活塞环收拢并平稳过渡到特定的地方呢？于是测量了活塞头部的长度为25㎜，重新作了新的滑套如图2。

用两级变径，对滑套改进。

以上问题都得到了良好的改善，使装配效率和质量有了提高。

参考文献：
1．高大安．内燃机构造．中国建筑工业出版社出版．1992
2. 凌同光．汽车常用材料及加工工艺．上海科学技术出版社出版．1991。