隨著我國汽車市場的不斷完善，要想滿足當(dāng)前的汽車市場需求，需提高汽車產(chǎn)品質(zhì)量、創(chuàng)新設(shè)計和節(jié)約成本，而這些90%都是在設(shè)計開發(fā)階段就決定的，因此有必要在設(shè)計開發(fā)階段引入新技術(shù)、新理論和新方法。文章是一篇電氣自動化論文下載范文，主要論述了發(fā)動機新型復(fù)合式單氣環(huán)的結(jié)構(gòu)及密封機理的研究。

　　摘要：本文對發(fā)動機新型復(fù)合式單氣環(huán)的結(jié)構(gòu)和密封機理作了研究，并指出新型復(fù)合式活塞環(huán)解決了傳統(tǒng)活塞環(huán)氣環(huán)開口間隙漏氣的問題，漏氣量將大大降低。同時，新型活塞環(huán)改善了傳統(tǒng)活塞環(huán)振顫的問題，能最大限度地降低由于共振給活塞環(huán)帶來的傷害。除此以外，新型活塞環(huán)的控油和布油能力也大大增強，積碳問題也得到進一步地改善。

　　Abstract： This paper studies the structure and sealing mechanism of the new-type composite single gaseous ring of engine and puts forward that the composite single gaseous ring with new pattern solves the air leakage of clearance-compression of the traditional piston ring and the air leakage will be greatly reduced. At the same time， the new piston ring improves the vibration of the traditional piston ring， and it can minimize the damage of the piston ring caused by the resonance. In addition， the ability of oil-control and oil-arrangement of the new piston ring has been greatly enhanced， the problem of deposition has also been further improved.

　　關(guān)鍵詞：發(fā)動機,新型復(fù)合式單氣環(huán),結(jié)構(gòu),密封機理

　　Key words： engine;new-type composite single gaseous ring;structure;sealing mechanism

　　中圖分類號：TK403 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311(2015)12-0144-02

　　0 引言

　　發(fā)動機在運行過程中，經(jīng)常出現(xiàn)“機油消耗量過高”、“活塞環(huán)與氣缸壁磨損嚴(yán)重”和“發(fā)動機動力性下降”等問題，很重要的一個原因是發(fā)動機上使用的活塞環(huán)在結(jié)構(gòu)設(shè)計上有所欠缺或者加工質(zhì)量不過關(guān)，造成發(fā)動機活塞環(huán)漏氣量較大，活塞環(huán)與氣缸壁摩擦損失嚴(yán)重，機油耗高。發(fā)動機氣缸漏氣量的改善一直是需攻關(guān)的問題[2]。桶面環(huán)和矩形環(huán)都無法解決機油消耗量大和耐磨性差的問題，必須設(shè)計出一種新型活塞環(huán)以解決上述問題[3]。

　　1 新型復(fù)合式單氣環(huán)結(jié)構(gòu)

　　圖1是新型復(fù)合式單氣環(huán)結(jié)構(gòu)圖，經(jīng)改造后只有一個環(huán)槽，但是該環(huán)槽可以同時將三環(huán)疊加安裝進來，要求每個環(huán)開口錯開120度進行安裝，但對環(huán)開口形狀、結(jié)構(gòu)要求不高。

　　圖2是傳統(tǒng)活塞環(huán)結(jié)構(gòu)圖，主要包括搭疊式切口直切口，斜切口三種氣環(huán)切口間隙。之所以會有多種活塞氣環(huán)切口間隙是因為其降低漏氣量是通過改變?nèi)�漏氣通道的曲折性實現(xiàn)的[4]。但該原理也給活塞環(huán)的制造帶來了挑戰(zhàn)，越是密封效果好的切口，如搭疊式切口，其制造和安裝的難度也是最大的[5]。

　　新型復(fù)合式單氣環(huán)有效的解決了傳統(tǒng)多氣環(huán)活塞環(huán)開口間隙漏氣的問題，同時也具有很高的安全性和經(jīng)濟性。為了保證在熱態(tài)時中間環(huán)的背隙很小，在安裝時應(yīng)保證三環(huán)中間一環(huán)半徑大，同時為了彌補由于半徑大可能造成的熱膨脹量，應(yīng)保證其開口間隙大。另外還要求較之上環(huán)和下環(huán)，中間環(huán)較厚一些。

　　2 新型復(fù)合式單氣環(huán)密封機理

　　新型復(fù)合式單氣環(huán)密封機理為：

　　①上浮動環(huán)和下浮動環(huán)環(huán)組合后，在活塞圓周方向形成了斜道密封環(huán)，增加了圓周方向的密封性。

　　②上浮動環(huán)和下浮動環(huán)是正扭曲環(huán)，裝入氣缸后，環(huán)與環(huán)槽間的側(cè)隙會減小，可以減少活塞環(huán)與環(huán)槽側(cè)隙的懸浮漏氣，提高了新型復(fù)合式單氣環(huán)的密封性。

　　③相對于上下浮動環(huán)，中間穩(wěn)定環(huán)半徑較大。在熱態(tài)下，由于中間穩(wěn)定環(huán)的熱膨脹，與上下浮動環(huán)一起封閉了活塞環(huán)開口間隙，這樣活塞環(huán)開口間隙就徹底封閉了。

　　④由于上浮動環(huán)，中間穩(wěn)定環(huán)，下浮動環(huán)組成的特殊結(jié)構(gòu)，避免了共振現(xiàn)象的發(fā)生，大大減少了活塞環(huán)浮動造成的漏氣。

　　⑤三環(huán)的開口錯開120度，安裝于同一環(huán)槽中，形成復(fù)雜曲折的漏氣通道，可以有效地降低活塞環(huán)的漏氣。

　　⑥新型復(fù)合式單氣環(huán)構(gòu)成特殊的潤滑油腔，使上下環(huán)與氣缸壁的接觸面得到良好的潤滑，減少了環(huán)與氣缸壁的磨損，減少了機械損失。并且有助于密封由于活塞環(huán)浮動造成浮動漏氣。

　　3 新型復(fù)合式單氣環(huán)功用

　　由于新型復(fù)合式單氣環(huán)的特殊結(jié)構(gòu)，所以它改進了一些傳統(tǒng)活塞環(huán)在實際應(yīng)用過程中存在的問題。

　　3.1 活塞環(huán)開口間隙漏氣問題 新型活塞環(huán)上浮動環(huán)，下浮動環(huán)主要密封汽缸壁和活塞之間的間隙。中環(huán)的作用主要是配合其它兩環(huán)密封活塞環(huán)開口間隙。如此一來由于開口間隙已經(jīng)被封閉了，就不會出現(xiàn)氣體泄漏現(xiàn)象了。氣體只有在活塞環(huán)發(fā)生浮動時，才會產(chǎn)生漏氣通道，而且這個漏氣通道的面積是不斷變化的。

　　由于加工誤差造成的熱態(tài)下的機械變形及氣缸筒變形(橢圓度超差)，不僅會影響活塞環(huán)與缸筒之間的配合，可能還會使活塞環(huán)與缸筒局部出現(xiàn)微小縫隙。有研究資料顯示，當(dāng)橢圓度到0.012mm以上時，氣缸筒的漏氣量可能增加20%，兩者之間存在直接的聯(lián)系。要想避免和解決上述問題，采用新型活塞環(huán)是一種有效途徑，如此不僅可以加強活塞環(huán)與氣缸壁圓周上的密封性，也能夠有效降低兩者之間的漏氣量。 　　3.2 活塞環(huán)震顫效應(yīng) 在垂直于活塞銷的平面內(nèi)，由于隨時間變化的燃氣爆發(fā)力和慣性力的作用，活塞產(chǎn)生搖擺和橫向運動，稱活塞系統(tǒng)的二階運動[6]。

　　壓縮行程時活塞的運動路線是由下止點向上止點，此時活塞環(huán)受到向上的慣性力，向下的氣體壓力，摩擦力，活塞環(huán)重力。做功行程時活塞的運動路線和壓縮行程是相反的，此時活塞環(huán)受到向上的摩擦力和慣性力，向下的氣體壓力，活塞環(huán)重力。新型活塞環(huán)由于將活塞環(huán)開口間隙封閉了，改變了氣體壓力，此時氣體壓力會把活塞環(huán)緊緊的壓在環(huán)槽底部，進而保證了活塞環(huán)在運動的過程中不會出現(xiàn)浮動，不僅大大地提高了發(fā)動機的動力性，也有效地節(jié)約了成本。

　　由于三環(huán)疊加的特殊構(gòu)造，中間穩(wěn)定環(huán)質(zhì)量較大且與上下浮動環(huán)的截面積、質(zhì)量都不同，所以共振頻率不同。上下浮動環(huán)具有良好的彈性，上下浮動環(huán)互為阻尼。當(dāng)它們在高速往復(fù)運動狀態(tài)下，由于阻尼作用，新型活塞氣環(huán)振動沒有固定的頻率，所以能夠很好的避開活塞運動的往復(fù)運動周期。即使活塞環(huán)出現(xiàn)振動，由于新型活塞氣環(huán)具有緩沖振動的作用，也能夠有效避開活塞振動周期，使活塞環(huán)正常運行。

　　3.3 燃燒室結(jié)膠積碳問題 對于內(nèi)燃機來說，機油耗損的主要原因是機油通過活塞環(huán)竄入氣缸內(nèi)燃燒，幾乎占到油耗損總量的80%以上[7，8]。新型復(fù)合式單氣環(huán)的上浮動環(huán)，中間穩(wěn)定環(huán)，下浮動環(huán)構(gòu)成了一個潤滑油腔，如圖3所示。可以把少量的機油儲存在這個潤滑油腔內(nèi)。新型活塞環(huán)組工作時，環(huán)組由上止點向下止點運行時，上浮動環(huán)與氣缸壁間的潤滑油一部分被刮入潤滑油腔內(nèi)，新型活塞環(huán)組由下止點向上止點運行時，潤滑油腔內(nèi)的潤滑油可以均勻的分布在氣缸壁上，這樣在氣缸壁上就形成一層薄的油膜，保證了新型活塞環(huán)組的良好潤滑。由于氣缸壓力遠遠大于曲軸箱壓力，因此壓力差會控制機油向上溢出，減少潤滑油造成進入燃燒室，造成燃燒室不完全燃燒，形成結(jié)膠積碳。

　　新型復(fù)合式單氣環(huán)間積碳機會很小，這是因其減少了活塞環(huán)開口間隙漏氣量，也就減少了碳積聚在活塞環(huán)間的幾率，減少了蠟和膠質(zhì)物隨氣體沉積的機會，再加上金屬本身就具有吸附性等造成的。另外由于三環(huán)疊加，環(huán)與環(huán)之間相對運動，使得新型活塞環(huán)具有自潔功能。在降低發(fā)動機漏氣及降低機油耗的領(lǐng)域，鄭州雙元活塞環(huán)有限公司的設(shè)計專利取得較明顯的成效，環(huán)結(jié)構(gòu)是在一道氣環(huán)槽中配置兩片楔形環(huán)的組合氣環(huán)，在同一道氣環(huán)槽中，靠近活塞頂端方向的為上環(huán)，另一片為下環(huán)。其楔形角度根據(jù)不同機型采用不同的角度，上、下環(huán)之間的環(huán)隙形成潤滑油腔。其潤滑油腔結(jié)構(gòu)與我們的新型復(fù)合式單氣環(huán)的儲油腔很相似。

　　4 結(jié)論

　　①新型復(fù)合式單氣環(huán)有效的解決了傳統(tǒng)多氣環(huán)活塞環(huán)開口間隙漏氣的問題;

　　②新型活塞環(huán)減緩了活塞環(huán)浮動現(xiàn)象，并減少了由此帶來的危害;

　　③有效的改善了積碳問題;

　　④由于特殊的結(jié)構(gòu)帶來的作用，不僅簡化了制作工藝，也具有良好的經(jīng)濟效益。

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