發(fā)動機拉缸問題的研究

【摘要】活塞是發(fā)動機中一個關鍵零件，起著關鍵性的作用，其質(zhì)量好壞直接影響發(fā)動機的性能。簡單介紹了發(fā)動機拉缸的原理，詳細地闡述了如何避免拉缸。

【關鍵字】發(fā)動機；活塞；拉缸；間隙

一、簡述

發(fā)動機是將熱能轉(zhuǎn)化成機械能的一種裝置。活塞是發(fā)動機的心臟，活塞在高溫環(huán)境下，頭部和裙部發(fā)生膨脹，最終由橢圓型變成圓型。配缸間隙過小，產(chǎn)生咬缸、拉缸現(xiàn)象，汽車在高速行駛時，一旦發(fā)生拉缸，其后果很嚴重。因此掌握活塞拉缸的原因，預防拉缸的出現(xiàn)，對我們設計者有著重要的指導意義。下面我們從設計方面和使用方面進行詳細的闡述。

二、設計方面

1、間隙方面原因

1.1 活塞與缸套配合間隙

活塞與氣缸的裝配間隙有嚴格規(guī)定，間隙過大，車在冷啟動時會“敲缸”，同時會出現(xiàn)竄氣、燒機油現(xiàn)象?；钊^部的擺動量加大，活塞頭部與裙部、汽缸局部接觸，壓力非常高，從而引起拉缸。從密封角度來講，間隙越小越好，但過小，會導致拉缸的出現(xiàn)。發(fā)動機工作時，高溫使活塞、活塞環(huán)、缸套受熱膨脹，由于活塞的膨脹系數(shù)比活塞環(huán)、缸套的膨脹系數(shù)大，因此，活塞受熱后的膨脹量比缸套膨脹量大，這樣將破壞活塞與缸套之間的油膜，導致拉缸。由于配缸間隙過小而導致拉缸的現(xiàn)象也不少，如圖1。配缸間隙一般為0.01～0.10mm。

1.2 活塞環(huán)間隙

側(cè)隙方面：發(fā)動機在運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生積碳，堆積在活塞環(huán)槽內(nèi)，這樣直接影響活塞環(huán)側(cè)隙和背隙，活塞受熱膨脹后，側(cè)隙和背隙變得越來越小，妨礙活塞環(huán)的活動，給活塞環(huán)施加異常的壓力，使活塞環(huán)與汽缸內(nèi)壁直接接觸摩擦，從而引起拉缸。背隙計算公式：

Dn =[D-2（T+N）]±0.1

Dn—活塞環(huán)的環(huán)槽底徑，單位為mm；

D—公稱直徑，單位為mm，

T—活塞環(huán)徑向厚度，單位為mm，

一道環(huán)為0.6～0.9；二道環(huán)為0.7～1.0；鋼帶組合油環(huán)為0.45～0.60；螺旋撐簧組合油環(huán)為0.5～0.7。

側(cè)隙可以參照表1，在實際中還要考慮其它因素。

活塞環(huán)側(cè)隙設計標準值（mm）

氣缸直徑活塞環(huán)四沖程二沖程

水冷風冷水冷風冷

25-60第一環(huán)0.030.040.050.07

第二環(huán)0.03

油環(huán)0.03

60-100第一環(huán)0.040.050.060.09

第二環(huán)0.030.040.040.05

油環(huán)0.03

100-170第一環(huán)0.060.080.10.12

第二環(huán)0.040.050.060.06

油環(huán)0.04

表1活塞環(huán)側(cè)隙設計標準值

1.3 活塞銷與活塞銷孔間隙

活塞銷與活塞銷孔過盈量過大，會使活塞銷座變形，形成局部間隙過小，破壞油膜，引起干磨擦過熱拉缸。如果活塞銷與銷座孔的配合間隙過大，會出現(xiàn)敲擊聲。經(jīng)驗數(shù)據(jù)，過盈量0.013-0.037mm，間隙0.005-0.021mm。

2、活塞型線、橢圓度

鋁活塞在工作過程中受熱、受力分布不均勻，活塞在活塞銷軸線方向膨脹量較大，因此在設計時就將活塞設計成橢圓形?；钊娜共繖E圓度一般在0.30～0.65mm，頭部橢圓度一般在0.02～0.1mm，這樣活塞在受熱時，變成圓形，與氣缸周圍間隙均勻。型線的設計原理是模擬活塞在缸內(nèi)運動姿勢，保證活塞在換向時能圓滑過渡。如果橢圓度和型線設計的不當，活塞很容易在氣缸中卡死。

3、活塞表面硬度和表面處理的影響

活塞表面硬度對拉缸的影響，對一批拉缸和不拉缸活塞表面硬度進行測量，發(fā)現(xiàn)拉缸活塞表面硬度比不拉缸低l0～30HBW。活塞熱處理過程中升溫速率、淬火溫度和保溫時間等某一參數(shù)稍有偏差，在遇到高溫，產(chǎn)生異常膨脹變形現(xiàn)象，造成拉缸。

三、使用方面

1、發(fā)動機磨合不正確

對于新發(fā)動機或大修發(fā)動機，零件看似表面光滑，實際上卻存在微米級的高低突起，如果不按規(guī)定行駛，造成早期磨損，嚴重時發(fā)生拉缸事故。為了使發(fā)動機在今后隨心所欲，必須嚴格遵守磨合規(guī)定，以保證磨合的質(zhì)量。在2000km以內(nèi)，要避免長時間高速超載行駛。

2、禁止經(jīng)常低溫啟動

發(fā)動機冷起動后不應猛踩油門，至少需15～30s才能在潤滑系中形成油膜。大油門踩下去，這就意味著摩擦表面將有一段時間處于無潤滑的狀態(tài)，如以很高的速度和負荷運轉(zhuǎn)，極易引起拉缸。

3、潤滑油使用不當

潤滑油選擇不合適，將會導致發(fā)動機拉缸燒瓦。潤滑油粘度過大，其流動性差，特別是在低溫起動時，不易快速到達摩擦表面，加速了發(fā)動機的磨損；潤滑油的粘度過小，不易形成可靠的油膜，也會加劇氣缸的磨損。因此，選擇適當牌號的機油。

4、發(fā)動機水溫過高

發(fā)動機工作時，冷卻水的正常溫度應保持在80℃～90℃左右，此時可發(fā)出最大功率，燃油消耗最經(jīng)濟，零件磨損也不大。如果冷卻水的溫度過高，發(fā)動機金屬零件長時間在高溫作用下，強度、彈性和耐磨性會下降；同時高溫使活塞熱膨脹量超過限值，將配缸間隙完全消除，造成活塞在氣缸內(nèi)卡死。

總結(jié)

發(fā)生拉缸的原因是多方面的，其中設計方面是原因之一。認真分析拉缸原因，對今后工作有一定指導作用。按照使用手冊上正確操作，可以提高發(fā)動機使用壽命。

參考文獻

[1]倪計民.汽車內(nèi)燃機原理[M].上海：同濟大學出版社，1997

[2]周龍保主編.內(nèi)燃機學.北京：機械工業(yè)出版社，1999

[3]吳兆漢等編.內(nèi)燃機設計.北京：北京理工大學出版社，1990

作者簡介

趙世來（1982-），男，發(fā)動機設計工程師，本科，主要從事運動件的設計。