汽车发动机活塞检测与维修.doc

发动机活塞检测与维修摘要：近年来,随着汽车发动机功率和转速的不断增加,各世界著名汽车厂商也将发动机的性能来作为竞争的亮点，对发动机的性能与寿命要求越来越高。汽车发动机的维修保养就显得尤为的重要，对于汽车而言发动机则是心脏，而活塞就好比是心脏的动脉，活塞作为发动机的重要零件，对发动机的性能有着重要的影响。因此对于活塞的检测与维修就变得更为重要。从而对活塞的检测与维修进行简要的分析。关键词：活塞外表面；活塞裂纹；活塞环槽；活塞裙部 I Detection and repairof engine piston Abstract: in recent years,With the increasingof automobile enginepowerand speed,theworld famous automobile manufacturerswill bethe performance of the enginetocompete as abright spot,On the performanceand life of the engineof the increasingly high demand.The car enginemaintenanceis particularly importantfor automobileengineisthe heart,and the pistonisthe arteries of the heart,the pistonis an importantpart of the engine,has an importanteffect on the performance of the engine.So for theinspection and maintenanceof the pistonis becoming more and more important.So thedetection andrepairof the pistonare analyzed.Key words: The outer surface of piston；Piston crack；Piston ring groove ；The piston skirtII 目 录1. 引言.12. 活塞的构造及工作原理.1 2.2.作用.1 2.2.活塞的工作条件.1 2.3.活塞的结.1 2.3.1.活塞顶部.2 2.3.2.活塞头部.2 2.3.3.活塞裙部.3 2.4.活塞的运动及受力.3 3.活塞损伤的原因.3 3.1.活塞顶部烧蚀的原因.4 3.2.活塞外表面磨损的原因.5 3.3.活塞环槽磨损的原因.5 3.4.活塞裂纹和破裂的原因.54. 活塞的检测与维修.6 4.1.检测工具.6 4.2.活塞顶部烧蚀检测与修复.6 4.3.活塞外表面的检测与修复.6 4.4.活塞环槽磨损的检测与修复.7 4.5.活塞裂纹和破裂的检测与修复.75. 大众汽车活塞检修.86. 活塞选择原则.107.结论.10参考文献.11致谢.12 I 延安大学西安创新学院本科毕业论文1引言汽车是现代化社会重要的交通运输工具，是科学技术发展水平的标志。汽车已经进入了现代的生活之中与人类的生活已经密不可分，一方面它的高效率，高机动化等特点为人类带来了极大的方便，提高了人们的生活水平。随着汽车行业的发展，修车技术也在随着进步。从电子产品在汽车上的应用,到现代汽车诊断设备的使用、互联网在汽车维修资讯上的应用,以及维修管理软件在汽车维修企业发挥的作用等,处处体现现代汽车维修的高科技特征。汽车维修已不再是简单的零件修复,准确无误地诊断出故障所在,是现代汽车维修的最高境界。维修工的技术也在不断进步。但拥有一套理念的发动机大修工艺流程不是每个维修工所能做到的。它代表着精湛的修车技艺和丰富的理论知识。因此我们不仅要熟悉传统的大修工艺和以零件修复为主的作业内容还要精通跨入机电一体化、检测诊断和维修一条龙的汽车发动机维修技术。而发动机是汽车的动力的来源，而活塞是发动机产生动力的保证，所以对于活塞的维护检测和维修就显得极为重要。2活塞的构造及工作原理2.1作用 活塞主要功能是承受燃烧气体压力，并将此力通过活塞销传给连杆以推动曲轴旋转。此外活塞顶部与汽缸盖、汽缸壁共同组成燃烧室2.2活塞的工作条件 活塞在高温、高压、高速、润滑不良的条件下工作。活塞直接与高温气体接触，瞬时温度可达2200以上，受热严重而散热条件很差，所以活塞工作是温度很高，顶部高速可达350450，而且温度分布很不均匀。活塞顶部承受气体压力很大，特别是做功行程中压力最大，汽油发动机中压力高达35MPa，柴油发动机中压力高达69MPa，这就对活塞产生冲击，并承受侧压力的作用。活塞在气缸内以很高的速度（812ms）往复运动，且速度在不断的变化，这就产生了很大的惯性力，使活塞受到很大的附加载荷。活塞在这种恶劣的条件下工作，会产生变形并加速磨损，还会产生附加载荷和热应力，同时受到燃气的化学腐蚀作用。2.3活塞的结构活塞可分为三部分：活塞顶部、活塞头部和活塞裙部，如图2-1图2-1活塞结构剖视图2.3.1活塞顶部活塞顶部承受气体压力，它是燃烧室的组成部分，其形状、位置、大小都和燃烧室的具体形式有关，都是为满足可燃混合气形成和燃烧的要求。根据其形状，活塞可分为四大类：平顶活塞、凹顶活塞、凸顶活塞和成形活塞,如图2-2。 图2-2活塞分类2.3.2活塞头部 活塞头部指第一道活塞槽到活塞销孔以上部分。它有数道环槽，用依安装活塞环，气密封作用，又称为防漏部。柴油机压缩比高，一般有四道环槽，上面三道安装气环，最后一道安装油环。汽油机一般有三道环槽，其中有两道气环槽和一道油环槽，在油环槽底面上钻有许多小孔，使被油环从气缸壁上刮下的机油经过这些小孔流回油底壳。第一道环槽工作条件恶劣。活塞顶部的热量主要也是经过头部通过活塞环传给气缸壁，再由冷却水传出去。2.3.3活塞裙部 活塞裙部指从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，它包括活塞销的销座孔。活塞裙部对活塞在气缸内的往复运动起导向作用，并承受侧压力。裙部的长短取决于侧压力的大小和活塞的直径。所谓侧压力是指在压缩行程和做功行程中，作用在活塞顶部的气体压力的水平分力使活塞压向缸壁。压缩行程和做功行程气体的侧压力方向正好相反，由于燃烧压力大大高于压缩压力，所以，做功行程中的侧压力也大大高于压缩行程中的侧压力，（如图2-3所示）活塞裙部承受侧压力的两个侧面称为推力面，它们处于与活塞销轴线相垂直的方向。图2-32.4活塞的运动及受力 活塞主要受到燃气压力，运动中惯性力，测推力。顶面承受燃气压力与缸盖缸套组成燃烧室，换带部用于装配活塞环，销座部用于装配活塞销将燃气压力传给连杆，裙部在活塞的往复运动中起导向作用并承受侧向压力。活塞与连杆，曲轴等部件测成运动机构，将气体力经连杆传给曲轴。在筒形活塞式柴油机中，活塞承受侧推力，起滑块作用。在二冲程柴油机中，活塞还起闭气口，控制换气。活塞运动：活塞在气缸内做往复运动。3 活塞损伤的原因 活塞作为发动机的重要运动件之一，它所处的工作条件相当严酷，即高温、高负荷、高速运动、润滑不良和冷却困难等，使其成为发动机改进的重大障碍之一。随着发动机技术水平的提高，高速大负载发动机的研制和运用，使活塞处于一个更严酷的工作环境中，活塞就不可避免的成为发动机强化的首要障碍。 发动机在运转时，活塞工作在高负荷环境中。首先，活塞受气体压力、惯性力和侧向力的作用，气体压力和惯性力的方向和大小都是变化的，这就引起了活塞内应力的极度不均匀，容易引起材料的疲劳破坏。其次，活塞在径向和高度方向上的受热不均匀，引起内部附加极大的热应力，这也是活塞疲劳破坏的主要原因之一。此外，活塞的不同部位还承受着局部力的作用。活塞环岸作用着气体压力和活塞的惯性力，活塞在上止点摇摆使活塞上下边缘遭到冲击。而且由于活塞形状复杂，各部分金属分布不均匀，在不同的直径方向，活塞的刚度是不同的，在不同的刚度之间，轴线方向上，活塞的热变形和热应力是不同的，活塞的受力和内应力也是极度不均匀的。也就导致活塞的加速损坏。所以活塞主要损伤形式有：活塞顶部烧蚀、活塞裙部磨损、外表面及环槽磨损、裂纹和破裂等。3.1活塞顶部烧蚀的原因 (1)活塞顶面的烧蚀活塞烧蚀呈现在活塞顶部，轻者有疏松状麻坑，重者有局部烧熔现象。活塞顶面烧蚀将导致高温燃气窜入曲轴箱，加速润滑油的氧化变质、气缸密封性变差、压缩比下降、燃油燃烧过程变坏、发动机的动力性和经济性下降;严重时活塞开裂破碎，损坏缸套、连杆、曲轴、机体等零部件。活塞顶部烧蚀的原因主要是不正常燃烧造成的，使顶部接受过多热量或者是活塞环卡死和断环故障之后再大负荷情况下运转而烧顶的。当活塞冷却不良时，在活塞顶上如喷嘴油束对应区域，以及顶部突出的形状如活塞顶部W形凹坑等处产生局部过热，当温度超过一定值后，金属表面出现烧蚀。烧蚀较轻的活塞，允许继续使用，烧蚀严重时必须更换。(2）活塞顶面出现裂纹活塞顶面裂纹的方向一般与活塞销孔的轴线方向垂直，主要是热应力引起的疲劳裂纹。其原因:发动机超负荷运转，导致活塞变形量过大，而造成活塞顶面的疲劳开裂。燃烧系统工作不正常或发动机负荷过大时，导致活塞顶面的温度梯度增大，从而造成活塞顶面的热开裂。活塞材质不合格，导致高温强度降低。燃料中含有硫、钒等元素，则会引起高温腐蚀，从而加速裂纹的发展。3.2活塞外表面磨损的原因活塞裙部是起导向作用的，活塞裙部与缸壁间的磨损是不可避免的，随着使用时间的增长，二者间隙不断增大，当大到一定程度，将出现敲缸现象。磨损原因就是材质不好，热膨胀系数太高，高温的情况下造成涨缸。这个部位是飞溅式润滑的，机油好坏也是关键。长时间高温高速的情况下应该让发动机适当地休息冷却。在选配活塞销时，若销与销孔配合过盈太大，活塞在气缸里工作时会出现反椭圆现象，同样会引起敲缸和窜机油等现象的发生。3.3活塞环槽磨损的原因 主要是由于环槽中相对运动：往复、径向、回转和扭曲；其次是进气中灰尘硬粒，特别燃用重油，碳粒更大更坚硬；燃烧室高温使活塞头和环槽变形，材料性能下降，环与环槽之间的油膜破坏，环槽磨损更加严重。 环槽磨损使其与环的配合间隙增大，活塞环的密封性下降，产生漏气、压缩压力和爆发压力性能降低和进入环背面燃气增多，高压燃气将环压向缸壁致使环容易折断。环槽磨损使环槽截面形状由矩形变为梯形或出现磨台，且以第一、二道环槽为重为快，一般活塞环槽的磨损量在0.01mm/kh以内为正常。3.4活塞裂纹和破裂的原因 （1）活塞头触火面裂纹活塞头触火面产生裂纹是指在活塞顶面产生的径向或圆周向裂纹、起吊孔边缘裂纹及第一道环槽根部裂纹。 活塞头部裂纹主要是热应力引起的，同时还有机械应力的作用。柴油机运转时，活塞顶部温度分布不均匀。顶面中央或边缘温度最高，铸钢活塞可达450；铝活塞可达300375，顶面冷却侧及第一道活塞环槽的温度一般在200左右。在正常工作条件下，活塞头部各处存在着温差应力和高压燃气作用的机械应力等，而且这些应力又都是周期性的；当喷油定时不正，燃油雾化不良或火焰接触活塞顶面时就会造成局部过燃，引起过大的热应力；当柴油机超负荷运转或活塞顶部冷却不充分时也会引起热应力。过大的热应力会引起裂纹。柴油机频繁启动，停车也会引起热疲劳裂纹。 （2）活塞冷却侧裂纹 活塞顶面裂纹还会因为冷却不充分，活塞顶面散热不良所致。例如水冷活塞冷却侧结垢严重或活塞顶面积碳严重时就会使活塞局部过热，导致裂纹。通常，结垢层或积碳层超过0.5mm时，加强冷却水的定时处理等维修保养工作。活塞顶面的起吊孔边缘和第一道环槽根部就会因应力集中产生裂纹。4活塞的检测与维修4.1检测工具 游标卡尺 连杆检测仪 千分尺4.2活塞顶部烧蚀检测方法与修复 活塞顶部烧蚀的程度可用活塞顶部样板和塞尺进行测量，例如MAN-B&W S/L 60MC/MCE型柴油机活塞顶部烧蚀的测量。测量时，将样板置于活塞顶部，用塞尺测量样板与活塞顶部之间的最大间隙t 。测量时，还应使样板绕活塞轴线转动，每转45角测量一次，取其中最大值t 。当t超过15mm时应换新活塞。在缺乏备件或应急情况下可采用以下措施： （1）改变活塞的安装位置，当烧蚀尚不太严重，而且活塞结构又允许的情况下，改变活塞安装角度。例如，B&W型柴油机活塞顶部烧蚀部位对应于喷油器喷油方向，燃油在此部位集中燃烧和采用冷却效果不良的油冷，致使该部位产生烧蚀。由于活塞结构允许，在产生不太严重的烧蚀时将活塞安装位置转过90角，使烧蚀部位避开喷油方向继续使用。 （2）焊补修理，烧蚀严重时(最大烧蚀厚度接近规定值时)可采用堆焊工艺进行修补，焊后进行机械加工恢复活塞顶部形状。 （3）换新，当活塞顶部最大烧蚀厚度超过说明书规定值或使活塞顶部厚度减至设计厚度的一半时应将活塞报废换新。4.3活塞外表面的检测方法与修复 活塞裙部外表面磨损后，裙部直径减小，活塞与气缸的间隙增大；横截面产生圆度误差、纵截面产生圆柱度误差，这些都直接影响活塞的工作性能和柴油机的功率。用外径千分尺、游标卡尺测量活塞的上部、中部和裙部的外径，有减磨环的还要测每道环的外径。测量每一测量点的横截面上互相垂直的两个之间：首尾方向和左右舷方向。将测量值记录在表格中，计算出每个横截面的圆度、纵截面的圆柱度，以其中最大值与说明书或标准比较，以确定活塞的磨损程度。 磨损不严重时，光车裙部外圆，消除几何误差，满足活塞一缸套间隙的可继续使用。否则按材料处理：铝活塞换新；铸铁活塞热喷涂、镀铁尺寸恢复；铸钢活塞镀铁、堆焊恢复尺寸；减磨环过度磨损、严重拉伤或松动时应换新。4.4活塞环槽磨损的检测方法与修复 环槽磨损程度是利用样板和塞尺测量环槽高度的变化来确定的。样板是以新活塞的环槽高度为准制作的，也可以用一只新活塞环作为样板。测量时，将样板水平插入环槽并紧贴环槽下端面，用塞尺测量环与环糟上端面之间的距离，即环与环槽的配合间隙，称为平面间隙或天地间隙。测量值与说明书比较。当测量值超过极限值时，说明环槽严重磨损，应予以修复。根据环槽端面磨损情况可选用以下方法修复： （1）光车或磨削环槽端面，依加工后的修理尺寸配制相应加大尺寸的活塞环，保证平面间隙符合原有要求。采用此法将会使槽脊厚度(环槽之间的轴向高度)减小，强度降低。为了不使槽脊过分减薄，要求槽脊减薄量不得超过原槽脊设计厚度的20%25%。同时要求同一活塞上不得有两个环槽采用此法修复。因为如果同一活塞上各道环槽均采用此法修复时，由于各环槽的修理尺寸不同，新配制的各道活塞环尺寸不同。一只活塞上有多种规格的活塞环将给备件供应和管理带来麻烦。 （2）光车环槽端面或采用喷焊、堆焊、镀铬等工艺恢复环槽原有尺寸。例如，MAN-B&WL60MC/MCE型柴油机的活塞环与环槽最大平面间隙超过0.7mm时，可采用恢复尺寸的方法修复环糟端面，使平面间隙值恢复到0.40.45mm。 （3）环糟端面镶垫环恢复环槽原有尺寸。低速柴油机钢制活塞的环槽端面严重磨损时，可采用镶垫环的方法修复：首先光车环槽端面，消除几何形状误差，然后在环槽下端面镶耐磨垫环来恢复环槽原有尺寸和平面间隙。4.5活塞裂纹和破裂的检测方法与修复 活塞顶面冷却侧、筒状活塞的活塞销座处产生裂纹是很常见的，主要是由于过大的机械应力引起的，同时还会由于设计不良、材质不佳和毛坯制作缺陷等在这些部位存在应力集中而加速裂纹的产生。 活塞裂纹可通过观察或者着色探伤进行检查。钢质。铝质活塞的顶部裂纹较轻，可采用焊补工艺修理，钢质活塞顶部裂纹严重时采用局部更换。活塞环槽根部裂纹、活塞上穿透性裂纹及无法修理的冷却侧裂纹则应将及时更换。5.大众汽车活塞检修发动机大修主要取决于活塞与汽缸壁的间隙和气缸的磨损程度。活塞的最大磨损部位是活塞环槽的磨损，尤其是第一道环槽的磨损最为严重。活塞环槽的磨损造成活塞环的侧隙增大，造成气缸窜气和窜油滑油。活塞裙部的磨损较小，通常是在承受侧向力的一侧发生磨损和擦伤。当活塞裙部与缸壁间隙过大时，发动机工作易出现敲缸，并出现严重的窜油现象。活塞在工作时，由于气体压力和惯性力的作用使活塞销座孔型成椭圆形磨损，其最大磨损部位是座孔的上下方向，使活塞与活塞销的配合松旷，出现不正常的响声。 (1）除积碳 用清洁活塞环槽的工具或断裂的活塞环清除活塞环槽内的积碳。如图所示，如果积碳将活塞环嵌在环槽中不能转动，可将活塞总成浸泡在煤油中，待其软化后再用溶液和软刷清除活塞顶部的积碳。注意：不能用刚刷或刮刀、螺钉旋具等工具硬撬。如图2-4所示图2-4除积碳 （2)检查活塞环槽 检查活塞的磨损和损坏情况，特别是活塞头部的活塞环槽部分。如图2-5所示，用千分尺在与活塞销垂直的方向，测量活塞裙部直径，与标准尺寸的最大偏差量为0.04mm。超过标准时，在发动机大修时应该更换全部活塞。图2-5检查活塞环槽 (3)检查活塞与气缸壁的间隙 如图2-6所示，标准的间隙为0.020.04mm，维修极限为0.08mm。如果间隙接进或超过了维修极限，需检查活塞和气缸体是否过度磨损。图2-6检查活塞与气缸壁的间隙 （4）发动机大修后，根据气缸的修理尺寸选配同一级尺寸的活塞。在选用新活塞式要注意，应选用同一厂牌，以及重量和尺寸同一组的活塞，以保持材料。性能、重量和尺寸一致。 同一组活塞外径尺寸差一般不得超过0.020.025mm。同一组活塞重量差不应大于2g。(5） 活塞裙部的标准尺寸及修理尺寸见表5-1表5-1活塞裙部的标准尺寸及修理尺寸6活塞的选择原则 (1)按气缸的修理尺寸选用同一修理尺寸和同一分组尺寸的活塞。活塞裙部的尺寸是镗磨气缸的依据，即气缸的修理尺寸是哪一级，活塞也选用哪一级修理尺寸的活塞。但是，由于活塞的分组，只是在活塞选配后