分析柴油机窜气相关因素

1.活塞环的端口间隙

气缸窜气量大小随活塞环端口间隙的增大而增加。研究表明，当端口间隙增大25%左右时，其相当于活塞环径向磨损0.10mm左右时的窜气量（开口间隙与窜气量的关系如图5-11所示），气体首先通过缸壁与活塞之间的间隙，然后通过第一环的侧隙和背隙进入开口间隙处，向下一道环处缸壁和活塞之间的间隙中泄漏。

另外，活塞环的侧隙过大、弹力减弱也极易造成活塞环沿气缸壁高速滑磨时产生颤振、悬浮和不规则运动等现象，导致窜气量增加。

2.活塞环下端面与活塞环槽的接触面积

活塞环下端面与环槽的良好接触与配合是确保气缸密封的重要因素，接触面积大、贴合良好，能有效保证柴油机工作时气体不下窜；否则，会造成大量气体通过贴合面处形成的漏气通路窜入曲轴箱，特别是在高负荷、低转速情况下尤为严重。研究表明，当接触面积从100%减小到90%时，其窜气量约增加5倍以上。燃料燃烧过程中，由于燃烧产生的高压气体的作用，即使在活塞下行时，活塞环也是紧压在环槽的下侧面上的，所以必须使其接触面接触良好，以保证气密性。图5-12显示了在不同有效压力和转速下，活塞环下端面与环槽接触情况对窜气量的影响。

图5-11 窜气量与开口间隙的关系

图5-12 窜气量与活塞环下端面和环槽接触情况的关系

3.活塞与气缸壁之间的间隙

活塞与气缸壁之间的间隙过大会引起活塞沿气缸壁上下运动时发生偏摆。偏摆的活塞在运动过程中对活塞环会产生挤压作用，造成活塞环与气缸的适应性变差，引起活塞环在环槽内发生不规则的轴向、径向运动和扭曲变形，从而导致气缸的气密性下降。研究表明，当活塞与气缸壁之间的间隙（尤其是活塞顶部与气缸壁的间隙）增加20%时，其窜气量将增加1.5倍以上。图5-13为不同转速下，窜气量和活塞与气缸壁之间间隙的关系。

4.气缸异常磨损或热变形(www.xing528.com)

气缸异常磨损（圆度、圆柱度误差过大）或热变形，会使活塞环与气缸的适应性变差，当活塞环沿气缸壁上、下高速滑动时会产生径向振动，速度越高其振动越大。特别是活塞环的振动频率与活塞的往复运动频率同步，会导致活塞环端面与气缸脱离而产生较大的漏气通路，严重时还会导致断环和活塞烧结等严重事故。

5.柴油机的运转模式

柴油机的运转模式不同，其窜气量的差别也很大。一般情况下，转速高、负荷大，窜气量大（图5-14为柴油机在不同工况下其窜气量与转速的关系）。柴油机高速运转时，由于活塞环的惯性增大，导致与活塞环的往复运动不协调，使环在环槽内呈现悬浮和不规则运动状态，以及使振动次数增加，导致活塞环、缸壁、环槽间出现较大的漏气通路而使窜气量增加。

图5-13 窜气量和活塞与气缸壁之间间隙的关系

图5-14 窜气量与转速、工况的关系

1—气缸平均有效压力为0.7MPa 2—气缸平均有效压力为0.4MPa 3—气缸平均有效压力为0.2MPa

同时，不规则振动的活塞环还会与活塞环的运动产生共振现象，从而造成活塞环和环槽的异常损坏。另外，柴油机长期在低温、冷起动频繁以及低转速状态下运转，也是造成大量气体下窜的主要因素之一。

6.润滑油的黏度品质

合理选用润滑油的黏度品质是确保气缸气密性的重要措施之一。选用不当会引起气缸、活塞（环）过度磨损，气密性差，从而造成窜气量增加。润滑油若黏度过大，泵送性及流动性差，在活塞环与缸壁间（尤其是第一道活塞环上死点附近）很难有效形成润滑油膜，会造成机件的熔着磨损及气密性下降等问题。若黏度过低，虽然泵送性及流动性好，但受高温机件的作用，其润滑油膜的强度及承载能力均较低，油膜极易破裂，使其气密性下降而增加窜气量。