隨著我國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)的不斷完善，要想滿(mǎn)足當(dāng)前的汽車(chē)市場(chǎng)需求，需提高汽車(chē)產(chǎn)品質(zhì)量、創(chuàng)新設(shè)計(jì)和節(jié)約成本，而這些90%都是在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)階段就決定的，因此有必要在設(shè)計(jì)開(kāi)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(dòng)化論文下載范文，主要論述了發(fā)動(dòng)機(jī)新型復(fù)合式單氣環(huán)的結(jié)構(gòu)及密封機(jī)理的研究。

　　摘要：本文對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)新型復(fù)合式單氣環(huán)的結(jié)構(gòu)和密封機(jī)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(kāi)口間隙漏氣的問(wèn)題，漏氣量將大大降低。同時(shí)，新型活塞環(huán)改善了傳統(tǒng)活塞環(huán)振顫的問(wèn)題，能最大限度地降低由于共振給活塞環(huán)帶來(lái)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(qiáng)，積碳問(wèn)題也得到進(jìn)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(dòng)機(jī),新型復(fù)合式單氣環(huán),結(jié)構(gòu),密封機(jī)理

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

　　中圖分類(lèi)號(hào)：TK403 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311(2015)12-0144-02

　　0 引言

　　發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)“機(jī)油消耗量過(guò)高”、“活塞環(huán)與氣缸壁磨損嚴(yán)重”和“發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性下降”等問(wèn)題，很重要的一個(gè)原因是發(fā)動(dòng)機(jī)上使用的活塞環(huán)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上有所欠缺或者加工質(zhì)量不過(guò)關(guān)，造成發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)油耗高。發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸漏氣量的改善一直是需攻關(guān)的問(wèn)題[2]。桶面環(huán)和矩形環(huán)都無(wú)法解決機(jī)油消耗量大和耐磨性差的問(wèn)題，必須設(shè)計(jì)出一種新型活塞環(huán)以解決上述問(wèn)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(gè)環(huán)槽，但是該環(huán)槽可以同時(shí)將三環(huán)疊加安裝進(jìn)來(lái)，要求每個(gè)環(huán)開(kāi)口錯(cuò)開(kāi)120度進(jìn)行安裝，但對(duì)環(huán)開(kāi)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(huì)有多種活塞氣環(huán)切口間隙是因?yàn)槠浣档吐�氣量是通過(guò)改變?nèi)�漏氣通道的曲折性�?shí)現(xiàn)的[4]。但該原理也給活塞環(huán)的制造帶來(lái)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(kāi)口間隙漏氣的問(wèn)題，同時(shí)也具有很高的安全性和經(jīng)濟(jì)性。為了保證在熱態(tài)時(shí)中間環(huán)的背隙很小，在安裝時(shí)應(yīng)保證三環(huán)中間一環(huán)半徑大，同時(shí)為了彌補(bǔ)由于半徑大可能造成的熱膨脹量，應(yīng)保證其開(kāi)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(jī)理

　　新型復(fù)合式單氣環(huán)密封機(jī)理為：

　　①上浮動(dòng)環(huán)和下浮動(dòng)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(dòng)環(huán)和下浮動(dòng)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(huì)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(duì)于上下浮動(dòng)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(dòng)環(huán)一起封閉了活塞環(huán)開(kāi)口間隙，這樣活塞環(huán)開(kāi)口間隙就徹底封閉了。

　　④由于上浮動(dòng)環(huán)，中間穩(wěn)定環(huán)，下浮動(dòng)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(dòng)造成的漏氣。

　　⑤三環(huán)的開(kāi)口錯(cuò)開(kāi)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(rùn)滑油腔，使上下環(huán)與氣缸壁的接觸面得到良好的潤(rùn)滑，減少了環(huán)與氣缸壁的磨損，減少了機(jī)械損失。并且有助于密封由于活塞環(huán)浮動(dòng)造成浮動(dòng)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(jìn)了一些傳統(tǒng)活塞環(huán)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中存在的問(wèn)題。

　　3.1 活塞環(huán)開(kāi)口間隙漏氣問(wèn)題 新型活塞環(huán)上浮動(dòng)環(huán)，下浮動(dòng)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(kāi)口間隙。如此一來(lái)由于開(kāi)口間隙已經(jīng)被封閉了，就不會(huì)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(dòng)時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生漏氣通道，而且這個(gè)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(jī)械變形及氣缸筒變形(橢圓度超差)，不僅會(huì)影響活塞環(huán)與缸筒之間的配合，可能還會(huì)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(shí)，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(wèn)題，采用新型活塞環(huán)是一種有效途徑，如此不僅可以加強(qiáng)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(xiāo)的平面內(nèi)，由于隨時(shí)間變化的燃?xì)獗�發(fā)力和慣性力的作用，活塞產(chǎn)生搖擺和橫向運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)活塞系統(tǒng)的二階運(yùn)動(dòng)[6]。

　　壓縮行程時(shí)活塞的運(yùn)動(dòng)路線是由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)，此時(shí)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(shí)活塞的運(yùn)動(dòng)路線和壓縮行程是相反的，此時(shí)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(kāi)口間隙封閉了，改變了氣體壓力，此時(shí)氣體壓力會(huì)把活塞環(huán)緊緊的壓在環(huán)槽底部，進(jìn)而保證了活塞環(huán)在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)浮動(dòng)，不僅大大地提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)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(dòng)環(huán)的截面積、質(zhì)量都不同，所以共振頻率不同。上下浮動(dòng)環(huán)具有良好的彈性，上下浮動(dòng)環(huán)互為阻尼。當(dāng)它們?cè)诟咚偻鶑?fù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，由于阻尼作用，新型活塞氣環(huán)振動(dòng)沒(méi)有固定的頻率，所以能夠很好的避開(kāi)活塞運(yùn)動(dòng)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)周期。即使活塞環(huán)出現(xiàn)振動(dòng)，由于新型活塞氣環(huán)具有緩沖振動(dòng)的作用，也能夠有效避開(kāi)活塞振動(dòng)周期，使活塞環(huán)正常運(yùn)行。

　　3.3 燃燒室結(jié)膠積碳問(wèn)題 對(duì)于內(nèi)燃機(jī)來(lái)說(shuō)，機(jī)油耗損的主要原因是機(jī)油通過(guò)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(dòng)環(huán)，中間穩(wěn)定環(huán)，下浮動(dòng)環(huán)構(gòu)成了一個(gè)潤(rùn)滑油腔，如圖3所示。可以把少量的機(jī)油儲(chǔ)存在這個(gè)潤(rùn)滑油腔內(nèi)。新型活塞環(huán)組工作時(shí)，環(huán)組由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，上浮動(dòng)環(huán)與氣缸壁間的潤(rùn)滑油一部分被刮入潤(rùn)滑油腔內(nèi)，新型活塞環(huán)組由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，潤(rùn)滑油腔內(nèi)的潤(rùn)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(rùn)滑。由于氣缸壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于曲軸箱壓力，因此壓力差會(huì)控制機(jī)油向上溢出，減少潤(rùn)滑油造成進(jìn)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(jī)會(huì)很小，這是因其減少了活塞環(huán)開(kāi)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(jī)會(huì)，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(duì)運(yùn)動(dòng)，使得新型活塞環(huán)具有自潔功能。在降低發(fā)動(dòng)機(jī)漏氣及降低機(jī)油耗的領(lǐng)域，鄭州雙元活塞環(huán)有限公司的設(shè)計(jì)專(zhuān)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(jī)型采用不同的角度，上、下環(huán)之間的環(huán)隙形成潤(rùn)滑油腔。其潤(rùn)滑油腔結(jié)構(gòu)與我們的新型復(fù)合式單氣環(huán)的儲(chǔ)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(kāi)口間隙漏氣的問(wèn)題;

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

　　③有效的改善了積碳問(wèn)題;

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

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