發(fā)動機(jī)活塞與氣缸的配缸間隙.doc

發(fā)動機(jī)活塞與氣缸的配缸間隙發(fā)動機(jī)活塞與氣缸的配缸間隙是極為重要的技術(shù)參數(shù)。不同車型的發(fā)動機(jī)，特別是現(xiàn)代強(qiáng)化發(fā)動機(jī)，由于其各自的結(jié)構(gòu)，材質(zhì)及其他各種技術(shù)參數(shù)不同，活塞與氣缸的配缸間隙也不盡相同。 不論何種發(fā)動機(jī)，其合理的配缸間隙都是同制造廠家根據(jù)發(fā)動機(jī)的特點(diǎn)材質(zhì)，設(shè)計經(jīng)驗(yàn)并經(jīng)多次試驗(yàn)而確定的隨車的使用說明己和維修手冊，是指導(dǎo)使用和維修的大綱。在未能吃透發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用機(jī)理之前，不可隨意減小配缸間隙，相反，對于使用后的發(fā)動機(jī)，考慮到發(fā)動機(jī)缸體等零部件的變形及其他因素，在大修鏜磨氣缸時，對于發(fā)動機(jī)制造廠家提供的維修數(shù)據(jù)，（配缸間隙）還應(yīng)選取上偏差，以免由于未能糾正發(fā)動機(jī)零部件的變形因素引起的位置精度的偏差，導(dǎo)致不易發(fā)現(xiàn)的偏缸等故障。 1 發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)，材質(zhì)等不同，配缸間隙亦不同。 發(fā)動機(jī)活塞與氣缸必須有一定的配缸間隙，首先是由于活塞與氣缸是發(fā)動機(jī)中最重要的摩擦副之一，如缸套與活塞及環(huán)組間的摩擦力小，發(fā)動機(jī)的摩擦功耗也小，反之，將造成相當(dāng)大的功耗；而且活塞與氣缸的摩擦表面保持一定的間隙，是考慮活塞裙部的熱變形、彈性變形及氣缸壁與活塞裙部接觸之間的載荷和速度等的影響，以保證活塞裙部有足夠的潤滑油膜，否則，將導(dǎo)致缸套一活塞環(huán)組的急劇磨損。 其次，由于車用發(fā)動機(jī)活塞是由鋁合金制造的，鋁合金的膨脹系數(shù)稍小一些，但與鑄鐵相比還是有較大的區(qū)別，盡管目前大多采用的硅鋁合金相對其他鋁合金的膨脹系數(shù)稍小一些，但與鑄鐵相比還是有較大的區(qū)別。如果配缸間隙太大，會引起“敲缸”密封不良（漏氣、竄油）、動力下降；太小，則會使活塞裙部沒有膨脹的余地，接觸壓力超過活塞和氣缸之間的油膜所能承受的擠壓強(qiáng)度（一般4.9MPa-9.8MPa）潤滑油膜將被破壞，引起粘著磨損（拉缸）故障，不同材料的活塞其配缸間隙亦不相同（表 1）。表 1 不同材料活塞的配缸間隙活塞材料 配缸間隙/mmY合金 0.001 6DLo Ex合金 0.001 4D過共晶合金 0.001 1D注：表中D為氣缸直徑/mm。 此外，還由于活塞的特殊結(jié)構(gòu)，不同的發(fā)動機(jī)也有不同的配缸間隙，如桑塔納的活塞材料為ALSi共晶（Al12SiCuNiMg）并通過磷變質(zhì)處理。以防止出現(xiàn)偏析和粗大晶粒。桑塔納活塞內(nèi)壁靠活塞銷座孔處，鑄入膨脹系數(shù)很小的鋼圈或鋼片，以阻止裙部的熱膨脹，并在活塞裙部加工有環(huán)形槽，以便貯存潤滑油，用以改善活塞與氣缸的磨合并減少摩擦損耗。由于桑塔納活塞的特殊結(jié)構(gòu)，從而保證了桑塔納發(fā)動機(jī)活塞與氣缸間隙較小（0.019mm-0.039mm）而不發(fā)生拉缸。但其維修數(shù)據(jù)配缸間隙為0.025mm-0.045mm。 根據(jù)減小配缸間的間隙的計算公式計算。桑塔納轎車JV 1.8發(fā)動機(jī)配缸間隙的正確值為0.024mm-0.028mm。雖然該值尚在桑塔納轎車發(fā)動機(jī)維修手冊提供的修理數(shù)據(jù)中、下偏差范圍內(nèi)，但公差范圍實(shí)在太?。▋H為0.004mm），對多數(shù)維修廠來說，加工難度很大。 應(yīng)當(dāng)指出的是，目前我國的不少車型是從國外引進(jìn)開發(fā)的，國內(nèi)不少廠家在開發(fā)生產(chǎn)進(jìn)口車型的活塞時，沒有條件在活塞上鑲整體防脹鋼圈而將其取消（國外大部分活塞都鑲有整體防脹鋼圈或鋼片），并相應(yīng)對整體結(jié)構(gòu)和相應(yīng)尺寸作合理修正，同時將其配缸間的間隙相應(yīng)加大（如原蘇聯(lián)的拉達(dá)2105發(fā)動機(jī)）以此來滿足原設(shè)計要求。 2 配缸間隙對整機(jī)裝配尺寸和質(zhì)量的影響 發(fā)動機(jī)是由許多的零部件的組成的，其所有尺寸構(gòu)成尺寸鏈，某一零件尺寸的變動，將會影響整機(jī)的裝配尺寸的裝配質(zhì)量。 如長安機(jī)器廠生產(chǎn)的462Q型發(fā)動機(jī)，為獲得較高的配缸精度，保證發(fā)動機(jī)的缸孔與活塞裙部有良好的貼合面，裝配時把活塞與缸孔分組裝配，以保證活塞與氣缸的配合間隙均在0.04mm-0.05mm的范圍內(nèi)，如表 2所示。 如按照公式計算，其最小的配缸間隙僅為0.0186mm-0.0217mm。按此配缸間隙算出鏜磨氣缸直徑與制造廠分組中缸孔的最小極限尺寸62.005mm相差0.025mm左右；與最大極限尺寸62.02mm相差0.04mm左右。眾所周知，活塞環(huán)在標(biāo)準(zhǔn)的缸孔內(nèi)的開口間隙為0.15mm-0.30mm。這樣鏜磨缸孔相對小了0.025mm-0.04mm，相應(yīng)圓周亦小了0.0785-0.126mm，如果碰上開口間隙為下偏差的活塞環(huán)裝配進(jìn)缸孔內(nèi)，其開口間隙最小的僅為0.024mm-0.0715mm（遠(yuǎn)小于0.15mm-0.30mm開口間隙的要求）發(fā)動機(jī)工作后，勢必引起活塞環(huán)卡死在活塞環(huán)槽中，導(dǎo)致活塞環(huán)密封失效，燒機(jī)油，“熄火滯缸”，嚴(yán)重的發(fā)生拉缸故障。須知目前的氮化鋼質(zhì)環(huán)，由于其硬質(zhì)層硬度高達(dá)HV 1000-HV 1200，須修整開口間隙達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求時，用一般的銼刀難以銼得動，只有用金鋼銼或水磨砂紙滴上機(jī)油，細(xì)心修磨，并且要觀察活塞環(huán)在缸筒中圓周貼合情況，是否漏光等，否則，必然會出現(xiàn)上述故障。而且，由于活塞環(huán)是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)氣缸缸徑制造的，其開口間隙，彈力、漏光度等諸多參數(shù)的變化，導(dǎo)致活塞環(huán)使用性能指標(biāo)下降，甚至失效。 更重要的是，462Q型發(fā)動機(jī)的活塞材質(zhì)、結(jié)構(gòu)與桑塔納有很大的不同，該活塞的膨脹系數(shù)大，必須留有較大的配缸間隙（維修尺寸為0.04mm-0.06mm）。 目前 ，國內(nèi)汽配市場的狀況還不規(guī)范。汽配零件的材質(zhì)、尺寸等難盡人意，維修廠汽車零配件的進(jìn)貨渠道又不如制造廠可靠。有不少人購買的活塞直徑偏小，鏜磨氣缸又是根據(jù)活塞編號對應(yīng)進(jìn)行鏜磨的，在未能吃透其內(nèi)在品質(zhì)（包括化學(xué)成份等）貿(mào)然采取減小配缸間隙的作法并非恰當(dāng)（對于內(nèi)鑲有防脹鋼片的或鋼圈的特殊結(jié)構(gòu)的活塞，實(shí)際上是減小配缸間的公差；對一般的共晶硅鋁合金的活塞 ，則誤差較大，易產(chǎn)生拉缸的嚴(yán)重的后果）。所以對材料不詳?shù)幕钊?，裝配時必須將活塞加熱到80-100C的狀態(tài)下進(jìn)行，否則，在實(shí)際使用中可能會出現(xiàn)沒有間隙的情況。 3 配缸間隙對發(fā)動機(jī)形位精度的影響 由于發(fā)動機(jī)的使用后會引起零件的扭曲變形以及裝配質(zhì)量的影響，如果減小配缸間隙將更直接影響其形位精度。 隨著現(xiàn)代發(fā)動機(jī)的強(qiáng)化，采用新材料、新工藝新結(jié)構(gòu)，提高了制造水平和裝配質(zhì)量，大大延長了車用發(fā)動機(jī)的使用壽命，如進(jìn)口柴油車發(fā)動機(jī)的大修間隔里程達(dá)50萬km以上，汽油機(jī)大修間隔里程也達(dá)30萬km以上。但經(jīng)過大修的發(fā)動機(jī)，盡管裝用原廠同一品牌純正零部件，發(fā)動機(jī)的使用壽命也大為縮短，一般不超過20萬km，僅為原車的20%-30%。究其原因，是使用后的氣缸體、曲軸、連桿等的彎曲、偏缸等難以校正的恢復(fù)到原有精度，氣缸鏜磨質(zhì)量難達(dá)到原廠的加工精度要求；磨合質(zhì)量差或受條件限制無磨合設(shè)備；裝配質(zhì)量難達(dá)制造廠的水平（包括清潔度，各緊固件的擰緊力矩）等。 在多年的實(shí)踐中，我們根據(jù)發(fā)動機(jī)的使用的技術(shù)狀況、年限（可估算其變形量）以及季節(jié)氣溫不同，較新發(fā)動機(jī)，在夏季時配缸間隙取小一些（下偏差）；冬季時取大一些（上偏差）。并且在裝配時，嚴(yán)格按照廠家提供的維修數(shù)據(jù)，檢測活塞環(huán)的開口間隙和側(cè)隙，避免發(fā)動機(jī)工作后，由于活塞環(huán)開口間隙和側(cè)隙過小，導(dǎo)致端口頂死或活塞環(huán)卡死在環(huán)槽中，引起擦傷，“拉缸”等惡性故障發(fā)生。微型車、轎車的發(fā)動機(jī)經(jīng)過這樣維修后，活塞環(huán)的使用壽命大大延長了，多在8萬km-10萬km以上。應(yīng)當(dāng)指出，發(fā)動機(jī)的技術(shù)狀況和整體質(zhì)量不僅取決于發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)、零件的材質(zhì)及加工精度，而且還取決于裝配質(zhì)量等。而裝配間隙是保證裝配質(zhì)量的重要因素之一，其中包括活塞和缸孔的裝配間隙，直接影響著發(fā)動機(jī)的性能、質(zhì)量及壽命，在未能吃透其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使用機(jī)理之前，切不可隨意減小或變更發(fā)動機(jī)