柴油发动机活塞失效分析
柴油机组合活塞失效分析及改进措施
由于 目前柴 油机 向高速 、重载及大功率方向发展 ，相应对 柴油机 的强度提 出了更高的要求 ．作为柴 油 机 中工作条件最 为苛刻 的活塞 ，其设计、加工及材料等方面随着柴 油机 的 日益强化也在不断更新，这 些方 面 的工作质量直接影响着柴油机 的动力性、经济性、可靠性及使用寿命 ． 本文重点针对柴油机所用钢顶组合活塞的结构特点、失效形式及 原因等方面进行分析 ，特 别对其 薄弱 环节 即对 活塞顶 、活塞环槽 、活塞裙的失效机理进行探讨，提 出了相应 的改进措施．
一
１１ — ４
重 庆 三 峡 学 院 学 报
钢 顶铝裙活 塞在运 行 中经常 出现 活塞环槽 严 重磨损的情况 ，尤其是货运车更加突 出，其原 因主 要有 ：首先是活塞环与缸 套的匹配不好 ，故寿命太 短．随着大修 间隔时间的延长 ，特别是激光淬 火缸 套 的使用，使与之配对 的活塞环更不耐磨 ，活塞环 后期 已进入剧烈磨 损阶段 ，活塞环组 已不能正常封
第二代合金铸铁、可锻铸铁整体活塞虽然 能满足现 代大功率柴油机高强度的要求 ，但 由于铸造及模锻
技术要求高，成本高 ，质量难于保证 ，大量使用受到限制． 第三代钢顶组合活塞有钢顶铝裙组合和钢顶铁裙组合两种型式 ．
钢顶铝裙组合活塞具有整体铝合金活塞及合金铸铁、可锻铸铁整体活塞的优 点．采用耐热、耐磨 的合 金钢解决了活塞顶部热强度和磨损 问题 ，液态模锻铝裙强度 高、重量轻 ，既可提 高销座 比压又可减少 活塞 惯性力 ，故在大 功率柴油机上得到 了广泛的应用 ． 钢项铁裙 组合活塞是 目前 国际上高强度机车柴油机 最新 结构 设计 的高承载活塞．它综合了钢顶铝裙活
发动机活塞失效分析与应对措施
喷油正时及燃油喷射位置异常
2 活塞各部位主要失效模式分析及应对
措施
2.1
活塞顶部
图 3 活塞顶部穿孔
图4
活塞火力岸被烧穿
图示 3 中的活塞顶部有一个象是被子弹打穿
的洞，活塞顶部周围表面通常都被熔接的活塞材
活塞顶部与气缸、气缸盖构成等形成封闭的
燃烧室空间，活塞顶部直接接触高温高压的燃气，
不仅热负荷很高，各部分有温差热应力，而且还受
元素符合国家标准；在燃油成分和供应复杂地区
采用加强型燃油滤清器过滤燃油中多余杂质，也
可以预防此问题的产生。
2.1.2 活塞顶部烧穿
由于各种原因的气缸爆发压力异常增加
活塞顶与活塞销座 （爆燃、爆震等）；
气门等外力的撞击及安装
原因（卡簧安装不到位等）
异常燃烧导致的热负荷增加；
点火正时及
活塞顶面与火力岸 混合气混合异常、采用抗爆性不达标的燃
因，
并采取措施予以解决。
1.1
活塞失效的主要表现形式
发动机工作时，曲轴旋转带动连杆摆动，活塞
做往复运动，
气缸盖、
活塞顶部、
气缸构成的容积发
生周期性变化，从而实现进气、压缩、燃烧、排气的
工作过程[3]。活塞的损伤是发动机最常见的严重故
障，
与燃烧、
冷却润滑、
燃料供给等多方面有较强相
关性。活塞的主要故障主要表现形式见表 1。
烧熔/穿孔
异常燃烧导致活塞局部高温，
铝合金材料熔化；
进一
步发展成为穿孔
侵蚀
燃烧油滴滴到活塞表面将活塞损伤，主要发生在点
燃式发动机的爆震燃烧过程中
腐蚀
进气或燃料中硫、氯等含量超标或进气中有盐的成
车辆发动机缸套-活塞环磨损失效分析
车辆 发 动 机 缸 套 一活 塞 环磨 损 失效 分 析
何 星 王宪成 李 奇 孙 志新
（ 装 甲兵工程学院机械工程系 北京 １ ０ ０ ０ ７ ２ ）
摘要：为实现对车辆发动机缸套 一活塞环摩擦副磨损失效的全面分析和仿真计算 ，采用扫 描电子显微镜 观察 大修
发动 机 缸套 一活 塞 环试 样 表 面形 貌 ，分 析 其 磨 损失 效 特 征 。依 据 发动 机 保 险期 实 验及 大 修部 件 磨 损失 效 检测 数 据 ，分 析 缸套 一活 塞环 组 件 各 磨损 参 数 ，采 用 Ｐ ｅ ａ ｒ ｓ ｏ ｎ相关 分 析方 法 ，对 缸 套 一活 塞环 组 件 各 磨 损 参 数 与 发 动机 功 率 、 比油 耗 及
ｓ ｕｍｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗａ ｓ ａ ｎ ｌｙ ａ ｚ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｍｐ ｒｅ ａ ｄ ｂ ｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ Ｐｅ ａ ｒ ｓ ｏ ｎ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｎａ ａ ｌｙ ｓ ｉ ｓ ． Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｃ ｙ ｌ ｉ ｎ —
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｒ ｅ ｈ ｅ ｎ ｓ ｉ ｖ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｗｅ ａ ｒ － ｏ ｕ ｔ － ｆ ａ ｉ ｌ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ａ ｎ －
柴油发动机的常见故障及原因分析
柴油发动机的常见故障及原因分析摘要：随着时代的不断发展，我国现代机械产业的发展速度不断加快，柴油发动机设备的应用范围不断拓宽。
柴油发动机设备本身具有较强的应用优势，将其与机械产业结合，能够推动产业得到更加快速的发展。
由于柴油发动机本身具有一定的复杂性，所以在运行过程中容易受到不同因素影响而出现不同程度的损耗，如果情况较为严重甚至会引发某些故障问题。
因此，想要将柴油发动机的优势充分发挥出来，则需对常见故障进行全面摸索，分析造成故障的原因，根据问题采用具有针对性的维修和养护策略，如此才能保证柴油发动机的稳定运行。
本文在具体研究过程中从多方面入手，首先分析了柴油发动机的工作原理，并阐述了当前常见的故障问题以及具体的原因分析。
关键词：柴油机；常见故障；原因分析柴油发动机往往驱动力大，能够满足很多场合的需求。
但是在柴油发动机使用过程中，由于各种原因的存在使得柴油发动机使用过程中存在着很多问题，导致柴油发动机使用寿命远远达不到设计年限。
因此，对柴油发动机常见故障及原因分析进行分析探究就显得非常重要。
对柴油发动机进行故障诊断和原因分析是一门非常综合的学科，必须能够熟练地识别、诊断、检测柴油发动机当前的运行情况；能够敏锐的发现柴油发动机的异常情况；根据异常情况能够及时作出判断与决策，并能给予合适有效的解决方法。
1柴油机常见故障经过多年的经验，柴油机在使用中的常见故障有：柴油机不着火；柴油机起动困难；柴油机排气异常；柴油机温度高；柴油机飞车；柴油机运行不稳定；柴油机油压过低；柴油机异响等。
2柴油机故障原因分析2.1 燃油使用不当引起的故障燃油不仅是发动机的动力源，也是引起发动机故障的主要因素。
非常重要的是，清洁的燃油不含水和杂质，否则会导致喷油泵和喷嘴严重堵塞甚至损坏。
在我国，燃油质量问题一直是发动机寿命缩短和故障的主要原因。
因此，在使用进口发动机时，尽量使用优质低硫燃油，如果不能满足要求，可以对输油管道进行改造，并在油水分离器前加装粗滤器。
柴油机故障诊断与排除
冷却水温度过高：
1. 散热水箱散热片上尘土太多。 2. 水量不足。 3. 水泵皮带过松、打滑，造成水
泵出水量少，压力小，水循环 缓慢，水温升高。
机油温度过高：
1. 柴油机过载。 2. 机油冷却器芯子及油道结焦堵塞，
旁通阀长开。 3. 活塞、缸套磨损严重，窜气。 4. 润滑油稠粘、脏。 5. 冷却水不足或不畅。
3
三、突然停机
1. 燃油系统进入空气，燃油管道或燃油滤清器堵塞。输油泵失效。 2. 由于缺机油致使机油压力不足或断机油，使曲轴烧瓦抱死。 3. 由于水泵供水不足或失效、燃烧恶化排温升高引起活塞与缸套抱死，
（俗称拉缸）。 4. 运动部件的损坏，致使曲轴不能转动。
4
四、柴油机转速激增（飞车）
1. 调速器失灵，应检查调速器。 2. 调速弹簧断裂。 3. 油泵齿杆卡死或齿圈卡死。注意：柴油机飞车时应立即采取停车措
4. 节温器失灵，水走小循环。 5. 水泵故障，冷却水系有空气。 6. 缸盖冷却水道堵塞或不畅通，
机体上水孔不畅通，缸套外壁 有水垢。
7. 天气炎热，负载过重。 8. 冷却风扇不匹配，或装反向。
9. 柴油机水腔及水箱内腔积垢太
多。
9
九、润滑油稀释
1. 活塞环结胶或磨损超过极限值。 2. 使用的机油或柴油牌号不符合规定。 3. 燃油进入油底壳中，喷油器喷油压力过低或偶件卡滞，雾化不
3. 供油提前角是否正确，喷油器喷油压力和雾化情况是否良好，气门间 隙是否在规定范围之内。
4. 活塞环和缸套严重磨损，窜气严重。活塞环结胶卡死，失去弹性、断 裂等造成密封不良。进排气门严重漏气。
5. 冬季气温低，检查空气加热器是否良好。蓄电池电压低，使起动机达 不到最低起动转速。电气线路接头松脱。起动机齿轮不能嵌入飞轮齿 圈。
活塞环典型故障原因分析
活塞环典型故障原因分析作者：王国政刘国涛来源：《农机使用与维修》2014年第11期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。
汽车发动机零件失效分析
验收标准。 （２）正确按设计配合比施工。按施工配合
比施工， 首先要及时测定砂、石含水率， 将设 计配合比换算为施工配合比。其次， 要用重 量比，不要用体积比，最后，要及时检查原材料 是否与设计用原材料相符，这要求供方提供两 份同样材料，一份提供给实验室，一份给工地， 工地收料人员应按样本收料，如来料与样本不 符，应马上向上级汇报，及时更改配合比（材料 不合格不收料除外）。
综上所述，我们应从各个方面控制混凝土 质量， 以确保整个工程质量， 以保证企业信誉 和发展。
图 ８ 活塞断口组织形貌 ７２０ ×
３ 结论 此轿车发动机活塞， 在高温、高压条件
下作高速往复运动，承受着由周期性的燃气压 力和惯性力引起的交变的拉伸、压缩和弯曲 负荷，以及因活塞各部分温度分布极不均匀而 引起的热负荷。由于此活塞显微组织中出现 连续聚集的铜化二铝相和过烧，存在严重的质 量问题，直接导致零件在服役过程中首先在缺 陷处引起疲劳开裂， 造成活塞受力不均衡， 而 受到摩擦， 必然工作应力大幅增加， 从而造成 快速断裂， 并被其它工件击成碎块， 而最终失 效［２］。
（３）加强原材料管理，混凝土材料的变异将 影响混凝土强度。因此收料人员应严把质量 关， 不允许不合格品进场， 另外与原材料不符 及时汇报，采取相应措施，以保证混凝土质量。
（４）进行混凝土强度的测定，我们以 ２８ 天 强度为准， 为施工简便和质量保证， 我们一般 做 ７ 天试块等，以对混凝土强度尽量根据其龄 期测定其发展， 以明确确定其质量。
柴油机常见故障原因及分析排除方法
柴油机常见故障原因及分析排除方法对柴油机故障，一般可按下列原则进行：一．当柴油机运转中有不正常的现象时，可以用“看、听、摸、嗅”等综合判断那一个部位或那一个系统产生故障。
“看”——观察各仪表情况，排气颜色以及水、油的变化情况。
“听”——用细长的金属棒作为听诊器，触及柴油机外表面相应部位听运动件发生的声音及其变化情况。
“摸”——凭手指感觉检查配气机构等零件的工作情况和柴油机的振动情况。
“嗅”——凭感官的嗅觉，判断出柴油机出现异常气味的原因。
二．当柴油机突然发生故障，而且故障将影响柴油机正常的工作时，应及时停车检查，以避免发生扩大事故。
三．当判断是较大的故障或柴油机突然自行停车时，鉴定人员应首先细致了解整个故障发生的前后经过。
检查故障情况，分析故障的特征，判断其产生的原因。
对不能立即查明原因的故障，可以先将柴油机低速空载运转，再观察分析找出原因。
四．所列的柴油机常见故障和排除方法，仅供参考；在实际工作中，应根据当时、当地的具体条件和实践经验灵活掌握，找出产生故障的内、外原因，“对症下药”、及时排除。
五、判定柴油机故障现象后，应根据柴油机的结构和工作原理检查和分析故障的原因，以避免重复出现同一故障。
汽油机燃料系的常见故障诊断与排除1.油不进缸1.1故障现象特征汽车驾驶、维修人员常说的“油不进缸”，实质上就是在冷车时，缸内不来油或来油不畅的现象，致使混合气过稀(吸入缸内的燃油不足)，没有着火的症候，起动困难。
若向化油器进气道加入少量汽油后即可发动；但发动后节气门开度大时，化油器有回火现象；急加速时，发动机熄火。
在车辆的使用中，点火系工作正常，但发动机在启动过程中无声无息，不能发动。
或拉阻风拉钮，多次踩踏加速踏板勉强能发动，但怠速着不住车。
加速时化油器回火，而且很快地熄火，尤其低温起动时往往容易产生上述油不进缸的故障，由此而启动不良，这是常见故障之一。
油不进缸的故障现象有：(1)发动机发动不着，用手摇转曲轴时，感到轻松顶力较小，能摇多圈；(2)向化油器内倒点汽油，或是多次踏踩油门，使加速泵向喉管内注油，能着火但马上熄火；(3)用汽油泵手柄泵油，充满化油器，发动机能着火，但短时间就熄火，或运转中熄火。
柴油机工作异常现象解析
柴油机工作异常现象解析【摘要】柴油机工作异常现象是指柴油机在运行过程中出现的不正常情况，可能会导致机器性能下降甚至损坏。
本文首先分析了燃烧异常现象，包括燃烧不完全、燃烧失控等原因和解决方法。
其次探讨了排放异常现象，如排放持续增加、排放成分异常等情况的原因和处理方式。
随后对动力下降和启动困难等异常现象进行了解析，并提出了相应的解决方案。
最后讨论了异响异常现象的产生原因及解决方法。
综合分析了柴油机工作异常现象，探讨了预防与解决方法，以及技术改进与发展展望。
通过本文的研究可以更好地了解柴油机工作异常现象，并提出有效的解决策略，提高柴油机的工作效率和可靠性。
【关键词】柴油机, 异常现象, 燃烧, 排放, 动力下降, 启动困难, 异响, 综合分析, 预防与解决方法, 技术改进, 发展展望1. 引言1.1 柴油机工作异常现象解析柴油机是一种常见的内燃机，被广泛应用于各种交通工具和机械设备中。
柴油机在工作过程中可能出现各种异常现象，影响其性能和可靠性。
对柴油机工作异常现象的解析至关重要。
燃烧异常现象是柴油机常见的问题之一，包括过早点火、不完全燃烧和爆震等。
这些问题可能导致动力下降、油耗增加和排放增加等不良影响。
排放异常现象也是需要重点关注的问题，包括废气中CO、HC和NOx等有害物质超标排放的情况。
动力下降异常现象可能涉及到柴油机的机械部件故障或磨损，需要及时排查并解决。
启动困难异常现象可能源于燃油系统问题或电气系统故障，需要仔细诊断和修复。
异响异常现象可能来自柴油机的各种部件，可能影响到机器的稳定性和安全性。
对柴油机工作异常现象的综合分析有助于找出问题的根源，并提出有效的预防与解决方法。
技术改进与发展将为提高柴油机的工作效率和可靠性提供新的途径和方向。
对柴油机工作异常现象的深入研究不仅有助于提高柴油机的性能和可靠性，也对环境保护和资源节约具有积极的意义。
2. 正文2.1 燃烧异常现象解析燃烧异常现象是柴油机工作中常见的问题，主要表现为燃烧不完全、燃烧不稳定等现象。
针对柴油发动机活塞和活塞环装配中的几个问题
针对柴油发动机活塞和活塞环装配中的几个问题一、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。
浅谈泥浆泵缸套、活塞失效分析及合理使用和维护要求
设备运维
浅谈泥浆泵缸套、活塞失效分析 及合理使用和维护要求
（6）在使用过程中，要监控缸套与活塞的工作情况。发现 有钻井液刺漏情况时，就要及时更换新活塞，更换活塞时要详 细检查缸套内孔磨损情况，若磨损程度严重，缸套也需要更换。
1 缸套、活塞基本功能和构造
缸套、活塞是钻井泵实现把不同比重的钻井液从地面泵入 井 下 不 同 深 度 ，实 现 钻 井 液 冷 却 钻 头 、携 带 岩 屑 、平 衡 地 层 压 力、支撑井壁防止坍塌等作用的关键配件和装置。
缸套呈内壁光滑、耐磨、抗压的管状结构，每个缸套的大小 是按照缸套内径尺寸的大小来规定的，比如 φ180mm、φ170mm、 φ160mm，就指的是缸套内径大小。而缸套的外径都是相同的。 所以，同一材质的缸套，内径越小，缸套壁越厚，承压能力也就 相应增大。目前普遍使用的缸套材质有单一金属缸套、双金属 缸套和金属陶瓷缸套。单金属缸套的制造材料分高碳钢或合 金钢制造的单金属缸套和由低碳钢或低碳合金钢制造的单金 属缸套。高碳钢或合金钢制造的单金属缸套通常要经过整体 淬火，或内表面淬火，来提高缸套的整体强度和内表面的硬度， 进而提高缸套的抗磨性能，增加使用寿命。低碳钢或低碳合金 钢制造的单金属缸套要经过渗碳、渗氮、氰化或硼化等表面硬 化 处 理 ，有 些 生 产 厂 家 还 会 对 缸 套 内 部 作 镀 铬 、激 光 处 理 等 。 单金属缸套工作寿命相对较短，金属材料消耗量非常大。双金 属缸套有两种结构形式，分别为镶装式和熔铸式。目前，双金 属缸套的使用效果较好，国产双金属缸套的使用寿命超过 700 小时。金属陶瓷缸套是高技术条件下的产物，其使用寿命是双 金属缸套的的 2-3 倍。缸套安装在钻井泵的缸套座内，一端与 泵头液力端的金属台肩面接触，一端在拉杆箱内，由与缸套座 相匹配的由壬（俗称缸套帽子）固定。
船舶柴油机活塞环常见故障分析及处理措施
船舶柴油机活塞环常见故障分析及处理措施
梁 恩 胜
（ 江苏海事职业技术 学院 ， 江苏 南京 ２ １ １ １ ７ ０ ） 摘 要： 本 文针 对船舶 柴油机 活塞环的常见故障 ， 首先 对其 四大常见故障进行分析 ， 然后对故 障的处理措施 以及 日常 维护要 点进行 分析探 究， 以期望为船舶轮机人 员提供 一些有效 的维护活塞环依 据。 关键词 ： 船 舶柴油机 ； 活塞环 ； 故 障分析 ； 处理措施
１ 概述 长期工作中受到不同程度的磨损或柴油机润滑不良使活塞环过热、 黏着 也就是活塞环 随着航运市场的持续低迷 ， 大量的船舶公司开始减少支出， 开始缩 和疲劳等造成活塞环弹力不符合使用标准或完全不符合 ， 使活塞环的密封不 良或者没有密封。 减船员的｛ 量， ｒ 以及 — 储 员 可以胜 汨 多项 旧 务， 因 此船 舶的 设备的 保养 的径向压力减小或者完全没有， 成了 探讨的问题。 大多数的 远洋船舶配备的都是Ｉ ｝ 吕 ＝ Ｉ 机， 而柴油机 燃 ３活塞环常见故障的处理措施 烧室又是由气缸盖、 气阀、 缸套、 活塞、 和活塞环组成。而平时最需要更换 ３ ． １活塞环黏着处理措施 及保养的部分就属活塞环， 因此活塞环的维护与保养是昭员们必不可少 （ １ ） 大型二冲程低速柴油机， 要防止气缸过热和气缸油过多 ， 尤其防 的—项知识 ， 并 且对于活塞环的常见故障船员们也必须能够正确的处理 ， Ｉ Ｅ 多余气缸油进 入 气缸 Ｅ 部。 （ ２ ） 大型二冲程低速柴油机采用的是气缸注 调节注油器对活塞环加大冷却防止高温造成 这样船舶在运行中才能有效的减少并防止柴油机出现故障， 保证船舶的 油器注油润滑冷却活塞环， 正常运 行。 活塞研 导致活塞环发生黏着。（ ３ ） 力 嘣＆ 对活塞组件的冷却， 适当增加 ２活塞环常见故障分析 活塞环的平面间隙， 防止活塞环在运动中膨胀卡死。 ２ｌ活塞环黏着故障分析 ３ ． ２ 活塞环异常磨损处理措施 活塞环的黏着又称为活塞环固着 ， 是活塞环懵内受到油的污染和高 （ １ ） 轮机人员在操作柴油机时， 操作方法要正确； （ ２ ） 轮机屁 在检修安 调整好与钢壁间 的间隙； （ ３ ） 加大 温使积碳堆积是活塞环不能 自由运动的现象。它会导致活塞环密封性能 装活塞环时要 严格根据规程来安装 ， 下降， 气缸喘气， 功率下降， 活塞环折断和缸套磨损加剧的重要故障。 活塞 对燃油的过滤使燃油品质提高 ， 尽可能的处理好重油的品质 ； （ ４ ） 选用品 环的黏着主要是由于活塞环和气缸套过热、 润滑油过多和燃烧不 良导致 质较好的机油 ， 特别是使甩含硫量较低的燃油时要采用高碱性机油。（ ５ ） 的。 过载或者长时间工作的活塞和缸套使滑油氧化或焦灼， 燃油的燃烧不 对活塞环举行镀铬的处置增添活塞环的耐磨性 ； （ ６ ） 在活塞环的外表面镀 良又会＿ 在缸 内形成移 碳， 以至于较多的积碳杂质阻塞研槽 ， 使活塞环黏着 铜 ， 能让活塞环在工作中更好的磨合 ； （ ７ ） 在选用材质的时辰要选用合金 在环懵内使活塞环不能正常的工作 。通常第一、 第二道活塞环最容易黏 铸铁； ｉ 着， 严重时所有活塞环都会发生黏着。 ３ － ３活塞环断裂处理措施 （ １ ） 增大活塞环的搭扣间隙， 增大活塞环搭扣间隙是让活塞环在受热 ２ ２活塞环异常磨故障分析 活塞环在长时间的工作 中径向厚度会受到—定的磨损 、 使活塞环与 膨胀时候留有一定的伸张空间 ； （ ２ ） 定期的清理燃烧室中的积碳 ， 从而减 缸套之间的间隙增大， 而不能正常的使用。 活塞环的磨损隋势又分为疲 少活塞环在运行中受到积碳的阻碍 ； （ ３ ） 在气缸套 匕 部分留有—定的缓冲 劳磨损 、 偏 向磨损、 工作面擦伤等。（ １ ） 疲劳磨损 主要特 点是活塞环在恶 空间 ， 从而防止活塞环的第一道环碰撞到磨台防止冲击折断； （ ４ ） 修锉活 劣、 高温高压的工作环境中， 活塞环的上下工作表面有严重的 划痕 目 磨损 塞环的 搭扣， 棱边倒角； （ ５ ） 防止活塞环过度磨损 ， 过度磨损后的活塞环在 严重 ， 活塞环在高温高压的环境中色泽暗淡； 活塞环工作面磨损最为严重 运动中很容易发生疲劳折断 ； （ ６ ） 定期对缸壁的检查 ， 防止缸壁磨损过度 的就属离燃烧室最近的第一道活塞环（ 压缩环 ） ， 大多数气缸活塞环沿轴 导致活塞环工作中受到高压燃气膨胀， 缸冷活塞环收缩， 反复导致活塞环 线方向的外径都会有不同程度的细小的划痕； 燃油品质不好 、 燃油过滤不 径向 膨胀收缩而疲劳折断。 ３ ． ４ 活塞环弹力丧失处理措施 清洁， 造成回 油孔周围积聚有大量的油渍 、 泥渣和漆膜造成活塞环严重磨 损。引起活塞环疲劳陛损伤的直接原因是柴油棚 ０ 装人 新的活塞环在活 （ １ ）对于—些活塞环只是弹力稍微减少的没有其他问题的活塞环可 塞环碴哈期间运转模式 及轮机员维护管理Ｉ 不当而造 或的磨损。 （ ２ ） 偏向磨 以经过修整后继续使用， 对于—些严重的活塞环工作人员要根据情况跟 损 主要特点是活塞环的 匕 端与下端有较小的磨损， 单侧面或在圆周方向 换或修整活塞环； （ ２ ）在安装活塞环的时候要严格按照要求安装活塞环 ， 面上有不同 程度的磨损。 造成活塞环偏向 磨损的直接原因 是 由于两岸 在柴油机工作期间要多注意观察新安装的活塞环以免事故的发生； （ ３ ） 在 这样可以有效的增加活塞环的弹眭。 轴瓦在长期工作中磨损过大使得活塞在气缸中的位置不当所至。 （ ３ ） 工作 活塞环的内表面进行开纹路处理， 面擦伤 主要特点是活塞环单侧或圆周工作面 Ｅ 有纵向沟槽； 接触面出现 ４ 结论 金属剥离或大面积划伤 ； 工作面擦伤与粘环现象往往同时出现。 其主要影 活塞环作为柴油机燃烧室重要组成之一，在柴油机正常的运行 占据 因此 ， 我们在密切关注航运事业的同时不能忽略活塞环在 响因素有 ： 轮机 ＾ 、 员在选用不符合标准尺寸的大活塞环使气缸与缸套之 着重要的作用。 间的配合间隙变小 ； 在安装活塞环时方法不正确或在安装活塞环时随意 船舶运行中出现的各种故障。活塞环故障的控制墼 觅 ｊ 生 瀚 机工作 人 减小或增大环 口而引起的错误 作变形； 安装气缸套或固定气缸盖的方 员在 日 常的 工作中 对于柴油机的日 常维护与保养以 及及时的发现船舶柴 对于发现的问题能够有效的进行 法不正确 ， 使缸套发生变形 ； 长期高温工况下运转柴油机， 造成润滑油油 油机在运行 中出现的不同程度的问题 ， 膜的破坏。 分析和解决 ， 防止故障的发生造成严重的影响。 同时， 在 日常的保养中， 不 ２ ３活塞 障 昕 仅要注意到活塞环的工作状况 ， 还要注意柴油机整体以及其他辅助机械 活塞环断裂是活塞环常见的失效形式； 造成活塞环断裂的直接因素 的运行隋况， 以防出现道渤嫩 等觋象。 是轮机员在使用柴油机以及在维修柴油机时操作不当造成的。其主要影 参考文献 响因素有： 柴油机长期在高温高匿 重 转， 造成活塞环卡在气缸 内不能运 Ⅲ １ 丁宏船舶柴油枳操作与管理眦 上海 上海浦江教育出版社’ ２ Ｏ １ ４ 转； 轮机 人员在选择滑油的时候选用粘度较高的滑油； 选择不合理的活塞 ｃ ２ 】 周卫杰． 船舶柴油机结构与维修【 Ｍ １ ． 上海 上海浦江教育出版社２ ０ １ ４ 环或安置活塞环的方式不正确， 使活塞环在气缸内工作产生应力汇集在 【 ３ 】梁恩胜． 灰色关联分析法在船舶柴油机故障诊断中的应用 般船科学 ２ ０ １ ４ Ｏ ＿ ４ Ｚ 处； 活塞与缸套的营合间隙太小； 柴油机长时间在爆 工况下工作等。 技术’ ２ ． ４活塞环弹力丧失故障分析 『 ４ ］ 陈艳 唐前鹏． 内燃机 活塞材料及其强化工艺研究现状与展望口 ｌ 热加工 活塞环弹力丧失的主要特点是轮机员在拆检活塞环时发现活塞环 Ｙ － － ￣， ２ ０ １ ３ （ １ ４ ） ： ５ ６ － ５ ８ ． 端口 变大， 在装 ＾ 环槽时无法与 槽的轴向面贴合。 其主要原因是活塞环在
柴油发动机活塞熔顶开裂失效分析
柴油发动机活塞熔顶开裂失效分析张帅;李晓荣;苏辉;王萌;李承谦【摘要】某机型活塞在特定地域市场上出现活塞熔顶及活塞开裂的故障现象.从活塞的材料结构、配缸间隙、活塞的冷却、发动机运行工况等方面分析故障现象,使用FEA分析工具及发动机试验等,通过加强活塞冷却、优化油泵喷油量、控制油气分离器工艺过程,有效解决活塞开裂问题.【期刊名称】《汽车零部件》【年(卷),期】2014(000)011【总页数】2页(P52-53)【关键词】活塞开裂;热负荷;温度场【作者】张帅;李晓荣;苏辉;王萌;李承谦【作者单位】保定长城内燃机制造有限公司,河北保定072650;保定长城内燃机制造有限公司,河北保定072650;保定长城内燃机制造有限公司,河北保定072650;保定长城内燃机制造有限公司,河北保定072650;保定长城内燃机制造有限公司,河北保定072650【正文语种】中文Abstract:Failure phenomena of pistons appear in special geographical market, such as dissolving of the top and cracking.Those failure phenomena were analyzed from many directions, including the material structure of the piston, cylinder clearance ,cooling and the operatingcondition of the ing analysis tools of FEA and engine experiments, through strengthening the piston cooling, optimizing the pump fuel injection quantity and controlling the process of the oil and gas separator, the failure was successfully solved.Keywords:Piston cracking;Thermal load;Thermal field活塞组件是发动机中工作条件最严酷的零部件，发动机的工作可靠性与使用耐久性在很大程度上与活塞组的工作情况有关，活塞组件与气缸一起保证发动机的密封，否则发动机就不能正常运转。
活塞故障现象及原因分析ppt课件
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（4）由于连杆组各配合间隙过大，在惯性力作用下连杆发生疲 劳断裂和破坏 ；
（5）气缸套支承肩断裂：气缸套材质问题、缸套支承肩结合部 不平或缸体的倒角过大或过小产生干涉、装配不良在压入缸套时支 承肩部位受力不匀、缸套敲入机体时支承肩处产生隐性裂纹或缸套 中心线和曲轴中心线垂直度超差等。气缸套断裂会引起活塞头部火 力岸啃缺或打坏缸体。
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（3）配缸间 隙过大，外圆严重磨损、敲缸等原因都会引起裂 纹或掉块。
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五、相 关 件 断 裂 、活
塞破碎
5.1 活 塞 破 碎
障 现 象 及 分 析 ：活
塞 头 部 、裙 部 碎 裂
（1）发 动 机 长 期 超
负荷运转 ，使活塞承
受的热交变应力过大
，超过了自身的强度
（1） 由于提前角变 化和爆震等产生的不正 常燃烧而引起的顶面烧 成小凹坑或环岸边烧蚀 程 蜂 窝 状 ；如 图 一a
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（2）发动 机长期在 大负荷下 工作，使 机温升高， 活塞热量 不能及时 排 出 ；顶 岸 出现蚀点 及顶岸至 环区域出 现熔蚀 ； 如 图 一b
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极限，从而导致活塞
破坏；
(2）由 于 润 滑 不 好
，活塞与气缸发生干
磨擦，严重时能使发
动 机 发 生 抱 瓦 、抱 缸
现象，连杆不能正常
运动，捣坏活塞和缸
体。
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（3） 活 塞 行 程 变 化顶面受到持续 撞 击 ，在产 生 疲 劳 裂纹和断裂； （4）活 塞 镶 圈 粘 结 破 坏 ，引 起 环 岸 整体掉块损坏头 部； （5）活 塞 化 学 成 份或金相组织不 合格造成活塞强 度降低。
关于某船发电机的故障分析与处理
柴油发电机组以其较高的可靠性、经济性、可维性在船舶上已得到广泛应用。
近年来，因在安静性、操纵性等方面的独特优点，舰船采用电力推进系统也已成为发展趋势。
本文主要阐述了某船柴油发电机作为供电设备在修理过程中遇见的问题以及处理和解决的方法。
本文针对某船2#发电机在排除负荷试验手尾（过载预警故障）过程中发生的故障进行分析，经拆检，故障导致了2#发电机的活塞、活塞气环、连杆螺栓、进排气挺杆、排气阀、气阀导管、排气门座等零部件损伤。
下面分别从现场勘察、原因分析、处理方法等几个方面进行了详细说明。
一、现场描述及拆检情况1、系泊试验出现的问题2019年10月某日，某船发电机单机负荷报验顺利完成，但由于报验过程中，发现2#发电机及4#发电机90％负荷时配电板没有预报警，于是施工部门在发电机负荷报验完后按项目组安排继续使用专用设备测试发电机过流预报警。
在测试过程中发现不能对过流保护模块进行模拟测试，于是启动发电机加负荷进行测试。
轮机钳工负责柴油机运转过程监控，电器调试人员负责发电机负荷的加载和卸载工作。
在做完2 号发电机过流报警测试后，施工人员开始降负荷，直至负荷为0，主开关分闸。
然后转机旁控制箱并通知轮机可以停机。
在机旁控制过程中，操作人员把转速从1000 转调到最低转速（600 转左右），等待发电机空车运转了 5 分钟左右，把机旁控制箱上的开关扭到停车位置上，当发电机转速降到100-200 转之间时，机旁控制箱的电源指示灯突然不亮了，而且听到了柴油机加速的声音，看到飞轮转速很快。
操作人员意识到柴油机出现故障，马上按下机旁控制箱的紧急停机按钮，但并无反应，同时在集控室发现配电板上电压表和频率表都达到了最大值。
集控室先后按下配电板应急停车按钮，未停车；设备操作人员跑到机旁拉手动紧急停车操作杆，但是拉不动；再次按机旁紧急停车按钮无动作。
施工人员迅速一起操作拉动机械紧急停车拉杆后防爆装置动作停机。
停机后进行手动盘车，开启机旁控制箱操滑油预供泵给油，发现机旁控制箱电源指示灯又亮了,机旁检查220V 和24V 两路电源均正常。
康明斯柴油发动机故障分析预防与排除
5 结束语 对于康明斯柴油发动机在使用过程中出现的故障可 谓是错综复杂的，针对不同的故障现象只有了解康明斯柴 油发动机系统构造并针对故障现象入手，根据使用环境因 素进行综合判断。那么，在遇到任何康明斯柴油发动机的 故障，都可以很快速的找到故障原因，从而准确并节时的 进行故障处理。对于笔者而言，在考虑其故障发生、分析、 排除、预防的同时，重中之重还是在于日常的维护与保养。 所谓三分修、七分养也就是这个意思。只有保证日常的维 护与保养的有效实施，才能达到减少康明斯柴油发动机的 故障并延长其使用寿命的最终目的。
Internal Combustion Engine & Parts
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康明斯柴油发动机故障分析预防与排除
马鑫
（河钢矿业司家营北区分公司，唐山 063700）
摘要院美国康明斯公司与中国的合作始于 1975 年，生产发动机、涡轮增压器、滤清器、发电机组等产品。康明斯柴油发动机在我国
分别有东风康明斯柴油发动机组、重庆康明斯柴油发动机组，作为中国发动机行业最大的外国投资者，康明斯在中国拥有八家合资和
3.2 排气系统 排气系统的故障往往是日常维修保养比较容易忽视 的一个环节，使用者往往认为他的作用就是将废气进行 排出的一个过程，不认为他会造成康明斯柴油发动机较 大的故障或影响，这就是使用者对其工作原理不清楚的 一个体现。一个设计成熟且优良的发动机排气系统，能够 通过自身燃烧气体的转移控制来提高发动机的使用性 能，也就是我们常说的废气增压。为了提高康明斯柴油发 动机的使用性能并延长发动机的使用寿命，就要考虑到 以下几点：康明斯柴油发动机排气系统排除的排气背压压 力需要控制在其标定范围内，一般不会超过 0.01MPa。换 句话说就是，康明斯柴油发动机燃烧做功后所产生的热 能和废气要能够比较畅通的在康明斯柴油发动机排气系 统中排出。如果排气系统产生过高的排气背压将会导致 发动机热能转换不及时造成康明斯柴油发动机机体整体 温度过高或是直观的通过水温表来显示为水温过高报 警。并且排气背压的压力过高，还会导致康明斯柴油发动 机功率降低、燃油燃烧不充分、增加燃油消耗。如果排气 系统混入较多的脏颗粒或者其他杂质进入废气增压，会 导致涡轮增压器的涡轮轴承出现故障。排气系统管路、管 路接头、管路卡子及其他固定件和支撑件的检查也是预 防排气系统故障的主要措施。尤其是支撑和定位件的齐 全有效，可以保证各部件连接处密封圈或密封垫不因为 自重影响而导致的损坏和泄漏。如果支撑和定位件的失 效，会因设备在运行过程中的震动导致涡轮增压器外壳 的开裂、涡轮增压器轴承的损坏、排气歧管连接失效漏气 或断裂等等故障。再有就是排气系统要避免出现进水或 积水现象，排气系统如果进水会导致部件锈蚀损坏从而 引起设备故障。针对于以上故障分析，其主要预防手段就 是：保证康明斯柴油发动机排气系统管路及相关附件的齐 全有效。保证排气系统的清洁，最后就是要定期对其检 查、维护、清洁等工作及时到位的实施。 4 康明斯柴油发动机 PT 燃油系统 随着技术的发展和社会的进步，人类的环保意识日益 增强，美国、欧洲和日本都已相继执行更高的环保标准，对 发动机的排气进行更加严格的限制。为了满足新的排放标
内燃机铸造铝合金活塞失效分析
析 中断裂信 息 的重要来 源之 一 。失效 活塞 的宏观 外 貌如 图 １ 所示 ， 其中 １ 样 品为失 效 断开件 ， ２ 样 品为 失效未 断开 件 。 由图 １可 以看 到 ， 在 活 塞燃 烧 室 顶 部靠 边缘处 均存 在 穿孔 ， 连接 穿 孔 端 有 一条 贯 穿 整 个 活 塞燃烧 室顶 部 的裂 纹 ， 裂纹 长 度 与 活 塞顶 圆直 径相 等 。活塞 顶及 燃 烧 室 表 面 覆 盖 了 大 量 黑 色 物
ＭＥＩ Ｈｕ ａ— ｓ ｈｅ ｎ ｇ，ＸＩ ＡＯ
，Ｌ Ｉ Ｒｏ ｎ ｇ— ｑ ｉ ａ ｎ ｇ，ＺＨＡＮＧ Ｘｉ ｕ — ｒ ｏ ｎ ｇ， ＷＡＮＧ Ｃｈ ａ ｎ ｇ－ ｐ ｅ ｎ ｇ
（ Ｓ ｏ ｕ ｔ ｈ ｗ ｅ ｓ ｔ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ，Ｃ ｈ ｏ ｎ ｇ ｑ ｉ ｎ ｇ ４ ０ ０ ０ ３ ９ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ：ｐｉ ｓ ｔ ｏ ｎ；ｆ ａ ｉ ｌ ｕ ｒ ｅ ａ ｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ；ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｄｅ ｆ ｅ ｃ ｔ
活塞 被称 为 内燃 机 的 “ 心脏 ”． 它是 发 动 机 内 的
重要 零件 。为 了降 低惯 性 载 荷 ． 内燃 机 活 塞一 般 用 铸造 或锻 造铝 合金 制造 。 由于活塞 在工作 过程 中受 高温 、 高 压燃气 作用 ． 承 受 了很 高 的机械 负荷 和热 负
１ 理化 检 验
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柴油发动机活塞失效分析材料科学与工程学院金属材料工程专业笑嘻嘻指导教师：学习1.前言柴油机作为各种机械的动力装置，活塞是其主要配件之一，由于它在气缸内以高速度作不匀速往复运动，且又在高温、高压和液体润滑困难等条件下工作，所以是一种容易磨损的配件。
在一般正常使用情况下，只有在柴油机大修时才更换新活塞。
活塞主要失效形式有：环岸断裂，严重时整圈脱落；环槽，销座和裙部的严重磨损；销座内侧上部出现裂纹以及燃烧室边缘烧蚀【1】。
在实际工作中，活塞除了正常磨损外，还有早期损坏失效的可能。
如其顶部与气门相碰形成印痕、活塞被捣碎及活塞顶部被顶出一个锥坑等【2】。
柴油机因运转不正常，排气声音显著变化而停车后，若正转不动，反转易，则极有可能发生上述故障，至于故障产生的原因，可能多种多样的，但归纳起来，不外乎使用、维修不当所致。
2.柴油发动机活塞的主要失效形式2.1环槽的磨损钢顶铝裙活塞在运行中经常出现活塞环槽严重磨损的情况，尤其是货运车更加突出，其原因主要有：首先是活塞环与缸套的匹配不好，故寿命太短．随着大修间隔时间的延长，特别是激光淬火缸套的使用，使与之配对的活塞环更不耐磨，活塞环后期已进入剧烈磨损阶段，活塞环组已不能正常封气、控油，机油消耗明显上升，这样就会使活塞环、活塞环槽及缸套剧烈磨损。
另外，空气及机油滤清器的滤清效果不佳，机油没有按规定更换，机油内磨料过多，大修间隔时间过长，发动机高速、重载、柴油机运行条件恶化，喷油器雾化不良，燃烧质量差等都是加速活塞环槽、缸套和活塞环磨损的因素【3】。
2.2活塞顶部开裂活塞顶开裂主要是由于柴油机载荷反复变化而产生的热应力循环，气缸内燃烧压力周期性变化而产生的机械应力循环，活塞顶表面的高温，以及钢顶和铝裙装配间隙不当而产生的附加应力等因素综合作用的结果。
2.2.1钢顶周向薄壁处开裂图一钢顶铝裙支承面如图一所示，当活塞顶和铝裙装配成一对时，对铝裙上产生A、B两个支承面。
支承面A 在自由状态下不起支承作用，按设计要求，二者问有一定的配合间隙，支承面A有～个坡度，在竖直方向上有一个高度差，这是为了更好地解决活塞顶和铝裙间在气体压力、惯性力和温度作用下的综合变形。
即在自由状态下A面径自中心线向外呈张口状，在载荷作用下则呈闭合状，从而使配合面上受力均匀，不致出现应力集中问题．而活塞顶与铝裙之间的配合情况对活塞的应力状态、变形和寿命有着重要的影响。
活塞顶火力岸周向裂纹的根本原因就是铝裙的支承面与钢顶的配合间隙增大，因为在高温下铝的热强度比钢低，此间隙在自由状态下很小，在载荷状态下由于气体力和温度的作用，铝裙为适应钢顶的变形，使得铝裙上的支承面A受挤压而发生塑性变形。
这样由于该配合间隙的增大，引起活塞顶应力的增加，在这一增大的交变载荷作用下，活塞顶火力岸周向薄壁处产生疲劳裂纹。
2.2.2钢顶热裂、烧穿活塞钢顶是在高温燃气的冲击下工作的。
过高的活塞温度也是一个破坏因素，这在燃烧室较深及冷却较差的活塞中最常见。
气缸中的燃气温度最高可达2500 K以上，在这样高的温度下工作的活塞除本身应具有足够的机械强度外，还必须具有良好的冷却性能，使活塞顶部温度及第一道气环温度严格控制在规定的范围内【4】。
从活塞钢顶烧损的部位来看，钢顶在此处的厚度一般只有4 ～7 mm，当活塞内腔的壁面温度局部偏高时，就容易引起积碳，大大影响钢顶的冷却，使钢顶局部温度升高。
因该处材料强度较弱，故极易引起热裂，并在强大的高温燃气的冲击下，钢顶被烧穿而形成孔洞。
2.3活塞裙部失效活塞裙的损坏一般是在高速、重载的大功率柴油机运行了十几万或二十几万公里之后出现的，这些损坏的部位和形状很有规律。
有的裂纹起源于活塞螺栓沉孔座U形槽内侧靠近活塞销的过渡圆角处，当该裂纹扩展横向贯通时，活塞裙断裂；在活塞裙内腔组合螺栓孔上的弹性套孔壁与连杆头避让坑底部圆角相交处也有发生裂纹现象。
其结果损坏缸套、缸盖、连杆，甚至伤及曲轴与机体，危及行车安全并造成重大的经济损失。
通过对损坏活塞裙的宏观和微观分析表明，活塞裙的断裂，属于机械应力引起的疲劳损坏。
活塞裙损坏部位是活塞裙结构的薄弱环节，如活塞裙销座区，特别是螺栓下穿式组合活塞裙部销座区强度因螺栓孔而大大削弱。
螺栓孔位置的布置受到限制，活塞裙部的U形槽处形成了高应力集中区。
活塞裙螺栓沉孔座面U形槽根部加工质量不佳，有尖角或切削表面粗糙而形成撕裂缺口，是开裂损坏的另一重要原因【5】。
此外，活塞裙毛坯的质量和性能，共晶硅铝金S i 相和金属间化合物相的大小及分布状态，都直接影响活塞裙的疲劳强度【6】。
3.活塞早期失效形式3.1气门头部顶碰活塞气门头部丁碰活塞产生的原因主要有：气门间隙发生变化；曲轴回转半径不对；气门凹陷度不合要求；正时齿轮传动位置存在误差；轴瓦或活塞销的配合间隙过大；凸轮轴与轴套间隙过大；减压机构调整不当等【7】。
这些因素造成气门头部顶碰活塞产生循环撞击，从而活塞产生变形，断裂等失效。
3.2捣碎活塞柴油机工作时，活塞顶与气门相碰是引起活塞被捣碎的主要原因之一。
因此，易使气门在头部或在安装气门锁片的细颈处折断，进而造成气门掉人气缸，若不及时停车，危害极大。
气门头部的断裂是气门损坏的一种形式，它发生在头部向杆部过渡的部位，即热负荷最大的位置。
而气门杆部锁片切槽处断裂是损坏的又一种形式，导致此状况的出现不仅仅是由于材料的高温强度不足所致，而气门和配气机构参数选择不当及装配不良也会导致这种断裂的发生[8]。
为此，引起捣碎活塞的具体原因有很多种，如：气门锁片脱落；气门弹簧折断或弹力不足；气门导管严重磨损或安装不当；气门咬死在气门导管内；气门摇臂及衬套严重磨损；气门座圈脱落等。
3.3活塞顶部出现锥坑实践证明，喷油嘴伸进燃烧室的距离必须符合技术要求。
在喷油器的拆装过程中，如果不慎漏装了垫圈，喷油嘴伸出气缸盖下平面的长度增加，以至于活塞行至上止点时就会被喷油嘴顶住出现锥坑，造成顶坏活塞或顶断喷油嘴事故发生。
4.改进措施4.1合理选择配合间隙图二外圈配合间隙图二所示，a 、b为组合活塞顶裙外圈接触面间的初始配合问隙，这两个间隙对活塞应力状态影响很大。
如果间隙过小时，活塞顶热变形在配合面受阻，环槽区应力增高，第一道环槽开口变窄，将会加快环槽磨损，活塞裙油环槽上部甚至出现压裂；而如果间隙过大，活塞顶的热应力虽小，但机械应力又太大。
因此，必须通过三维有限元计算和多方案实验研究确定a 、b间隙的最佳值。
4.2采用锥形裙部支承面组合活塞内、外支承面的径向定位和配合间隙对活塞的受力状况影响很大，为了保证组合活塞在全部宽度上接触良好，将裙部支承面设计成从内侧向下倾斜至外侧的结构。
研究表明，随着倾斜度的增加，热态下支承面内侧的脱开量明显减少。
4.3对冷却油腔结构参数进行优化对高强度柴油机活塞来说，进行高效的冷却，降低其热负荷，是活塞设计成功的关键之一。
振荡冷却是组合活塞理想的冷却方式，设计良好的振荡冷却，传入活塞的热量90％以上可被冷却油带走。
冷却效果取决于冷却腔的结构、冷却机油的充满度及冷却油量等。
组合活塞的冷却方式主要有两种：一是活塞采用外腔进油( 连杆一活塞销一活塞裙一活塞顶)中央腔回油的结构( 见图二)；二是采用喷油冷却( 见图三)。
良好的冷却标志是活塞各特征点的最高温度均在许用范围内，其衡量指标据有关资料介绍为：进出油差 2 0 ~4 0℃；对于连杆供油的组合活塞冷却油量推荐值为5.1~11.5 kg/(kW·h)；充满度为40 ~60 ％为最佳；活塞内外冷却腔的热交换系数达到837 k J/( m·h·℃) 加快环槽磨损，活塞裙油环槽上部甚至出现压裂；以上要达到上述指标必须优化振荡冷却腔结构系而如果间隙过大，活塞顶的热应力虽小，但机械应数，找出最佳进出油孔直径和出油孔高度等【9】。
图三喷油冷却油孔4.4活塞环及环槽表面强化处理活塞环槽摩擦副匹配的优化，采用高性能和寿命长的活塞环，采用高效空滤系统，提高机油品质，按规定更换机油，提高“三滤”滤清质量和柴油机清洁度等是降低活塞环槽磨损的主要措施。
对活塞环槽而言，可以采取表面氮化、激光淬火、感应淬火、镀铬、加环槽护圈等办法，提高其耐磨性【10】。
活塞顶经离子软氮化后，其耐磨性、耐蚀性和疲劳强度均明显提高【11】。
目前采用活塞顶软氮化处理来提高环槽耐磨性的活塞已装车运用，效果良好。
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