一、气缸磨损的基本规律
气缸的工作条件非常复杂,它是在润滑不良、高温、高压、交变载荷和腐蚀性物质的条件下工作的,一般来说,气缸的正常磨损有一定的规律性。
1.轴向截面的磨损规律
沿气缸轴向截面,在活塞环的有效行程范围内,其磨损呈上大下小的规律,即磨成一定的锥形,在第一道活塞环上止点略下处磨损最大。气缸口活塞环没有接触到的部位几乎没有磨损,于是就形成了“缸肩”。油环下止点以下的部位,也几乎没有磨损。
2.径向截面的磨损规律
在平行于气缸圆周方向的横截面上,气缸磨损成不规则的椭圆形,使气缸的圆度偏差增大。
3.同一台内燃机的磨损规律
不同气缸的磨损情况不尽相同,一般水冷内燃机第一缸的前壁和最后一缸的后壁磨损最为严重。
二、气缸磨损原因分析
气缸是内燃机曲柄连杆机构往复运动的载体,是燃烧室的组成部分。气缸长期处在复杂多变的环境下工作,必然会造成气缸磨损变形。一般情况下,机械磨损、磨料磨损、腐蚀磨损是影响气缸磨损变形的主要因素,但熔着磨损和穴蚀也不可忽视。
1.机械磨损对气缸影响
机械磨损是相对运动零件表面因摩擦而引起的损伤,影响磨损的因素包括摩擦力的大小和表面摩擦系数,是一种不可避免的正常磨损。气缸与活塞环的磨损程度与背压力、侧压力、活塞环自身的弹力、材质、加工精度和配合间隙等因素有关。
1)背压力是影响气缸磨成上大下小,形成锥形的主要原因背压力是指燃烧着的高压气体通过活塞与活塞环的侧隙到活塞环的背面形成的压力。由于有背压力的存在,加上活塞环自身弹力的作用,急剧增加了活塞环在气缸壁上的单位压力,使活塞环与气缸壁紧密接触,活塞环与气缸壁之间的润滑油很容易被挤出,润滑油膜难以形成,再加上高温气体的影响,润滑条件特别差,可能形成干摩擦,加剧气缸套的磨损。因各道活塞环的背压力不一样,第一道活塞环的背压力最大,第二、三道环的背压力依次减小(呈上大下小),所以气缸的磨损呈上大下小,形成锥形。
2)侧压力及活塞连杆组件装配不当,是造成气缸径向磨成椭圆的主要原因侧压力是指燃烧着的高压气体通过活塞对气缸壁两侧产生的压力,使内燃机有倾倒的趋势。侧压力使气缸壁和活塞裙部在左、右两侧方向上产生有一定压力的摩擦,因而受到磨损,左、右两侧的磨损较大。此外,活塞连杆组件装配不当,活塞向气缸壁某一方向靠近,活塞在气缸套内作往复运动的过程中,会使气缸壁发生偏磨现象。这两者的作用是造成气缸沿径向磨成椭圆的主要原因。
3)活塞环与气缸的材质、加工精度及配合间隙等选配不当活塞环在气缸中运动时,会使气缸磨损加快,间隙增加,高压可燃混合气体在压缩和燃烧过程中很容易吹散气缸上部的油膜,于是活塞环与气缸上壁产生边界摩擦,造成气缸壁上部磨损较大。