隨著我國汽車市場的不斷完善，要想滿足當前的汽車市場需求，需提高汽車產品質量、創新設計和節約成本，而這些90%都是在設計開發階段就決定的，因此有必要在設計開發階段引入新技術、新理論和新方法。文章是一篇電氣自動化論文下載范文，主要論述了發動機新型復合式單氣環的結構及密封機理的研究。

　　摘要：本文對發動機新型復合式單氣環的結構和密封機理作了研究，并指出新型復合式活塞環解決了傳統活塞環氣環開口間隙漏氣的問題，漏氣量將大大降低。同時，新型活塞環改善了傳統活塞環振顫的問題，能最大限度地降低由于共振給活塞環帶來的傷害。除此以外，新型活塞環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.

　　關鍵詞：發動機,新型復合式單氣環,結構,密封機理

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

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

　　0 引言

　　發動機在運行過程中，經常出現“機油消耗量過高”、“活塞環與氣缸壁磨損嚴重”和“發動機動力性下降”等問題，很重要的一個原因是發動機上使用的活塞環在結構設計上有所欠缺或者加工質量不過關，造成發動機活塞環漏氣量較大，活塞環與氣缸壁摩擦損失嚴重，機油耗高。發動機氣缸漏氣量的改善一直是需攻關的問題[2]。桶面環和矩形環都無法解決機油消耗量大和耐磨性差的問題，必須設計出一種新型活塞環以解決上述問題[3]。

　　1 新型復合式單氣環結構

　　圖1是新型復合式單氣環結構圖，經改造后只有一個環槽，但是該環槽可以同時將三環疊加安裝進來，要求每個環開口錯開120度進行安裝，但對環開口形狀、結構要求不高。

　　圖2是傳統活塞環結構圖，主要包括搭疊式切口直切口，斜切口三種氣環切口間隙。之所以會有多種活塞氣環切口間隙是因為其降低漏氣量是通過改變塞漏氣通道的曲折性實現的[4]。但該原理也給活塞環的制造帶來了挑戰，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]。

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

　　2 新型復合式單氣環密封機理

　　新型復合式單氣環密封機理為：

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

　　②上浮動環和下浮動環是正扭曲環，裝入氣缸后，環與環槽間的側隙會減小，可以減少活塞環與環槽側隙的懸浮漏氣，提高了新型復合式單氣環的密封性。

　　③相對于上下浮動環，中間穩定環半徑較大。在熱態下，由于中間穩定環的熱膨脹，與上下浮動環一起封閉了活塞環開口間隙，這樣活塞環開口間隙就徹底封閉了。

　　④由于上浮動環，中間穩定環，下浮動環組成的特殊結構，避免了共振現象的發生，大大減少了活塞環浮動造成的漏氣。

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

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

　　3 新型復合式單氣環功用

　　由于新型復合式單氣環的特殊結構，所以它改進了一些傳統活塞環在實際應用過程中存在的問題。

　　3.1 活塞環開口間隙漏氣問題 新型活塞環上浮動環，下浮動環主要密封汽缸壁和活塞之間的間隙。中環的作用主要是配合其它兩環密封活塞環開口間隙。如此一來由于開口間隙已經被封閉了，就不會出現氣體泄漏現象了。氣體只有在活塞環發生浮動時，才會產生漏氣通道，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)，不僅會影響活塞環與缸筒之間的配合，可能還會使活塞環與缸筒局部出現微小縫隙。有研究資料顯示，當橢圓度到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系。要想避免和解決上述問題，采用新型活塞環是一種有效途徑，如此不僅可以加強活塞環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 活塞環震顫效應 在垂直于活塞銷的平面內，由于隨時間變化的燃氣爆發力和慣性力的作用，活塞產生搖擺和橫向運動，稱活塞系統的二階運動[6]。

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

　　由于三環疊加的特殊構造，中間穩定環質量較大且與上下浮動環的截面積、質量都不同，所以共振頻率不同。上下浮動環具有良好的彈性，上下浮動環互為阻尼。當它們在高速往復運動狀態下，由于阻尼作用，新型活塞氣環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運動周期。即使活塞環出現振動，由于新型活塞氣環具有緩沖振動的作用，也能夠有效避開活塞振動周期，使活塞環正常運行。

　　3.3 燃燒室結膠積碳問題 對于內燃機來說，機油耗損的主要原因是機油通過活塞環竄入氣缸內燃燒，幾乎占到油耗損總量的80%以上[7，8]。新型復合式單氣環的上浮動環，中間穩定環，下浮動環構成了一個潤滑油腔，如圖3所示。可以把少量的機油儲存在這個潤滑油腔內。新型活塞環組工作時，環組由上止點向下止點運行時，上浮動環與氣缸壁間的潤滑油一部分被刮入潤滑油腔內，新型活塞環組由下止點向上止點運行時，潤滑油腔內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，形成結膠積碳。

　　新型復合式單氣環間積碳機會很小，這是因其減少了活塞環開口間隙漏氣量，也就減少了碳積聚在活塞環間的幾率，減少了蠟和膠質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。另外由于三環疊加，環與環之間相對運動，使得新型活塞環具有自潔功能。在降低發動機漏氣及降低機油耗的領域，鄭州雙元活塞環有限公司的設計專利取得較明顯的成效，環結構是在一道氣環槽中配置兩片楔形環的組合氣環，在同一道氣環槽中，靠近活塞頂端方向的為上環，另一片為下環。其楔形角度根據不同機型采用不同的角度，上、下環之間的環隙形成潤滑油腔。其潤滑油腔結構與我們的新型復合式單氣環的儲油腔很相似。

　　4 結論

　　①新型復合式單氣環有效的解決了傳統多氣環活塞環開口間隙漏氣的問題;

　　②新型活塞環減緩了活塞環浮動現象，并減少了由此帶來的危害;

　　③有效的改善了積碳問題;

　　④由于特殊的結構帶來的作用，不僅簡化了制作工藝，也具有良好的經濟效益。

　　參考文獻：

　　[1]高立新，殷海晨，張建宇，等.第二代小波分析在軸承故障診斷中的應用[J].北京工業大學學報，2009，35(5)：577-581.

　　[2]吳志紅.改進活塞環設計降低漏氣量[J].內燃機配件，2003，30(1)：19-21.

　　[3]單紹平.柴油機組合式活塞環的研究[D].西南交通大學，2005：2-3.

　　[4]韓海燕，鐘振遠，張優云.沙塵環境下活塞環動力學研究及其漏氣分析[J].潤滑與密封，2007，32(9)：6-9.

　　[5]雷基林，申立中，劉強，畢玉華，顏文勝.活塞環結構對柴油機機油耗的影響分析[J].內燃機工程，2010，32(5)：79-83.

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