柴油機(jī)活塞環(huán)開口方向淺析

周春月 張永超

(一拖(洛陽)柴油機(jī)有限公司,河南洛陽 471004)

柴油機(jī)活塞環(huán)開口方向淺析

周春月 張永超

(一拖(洛陽)柴油機(jī)有限公司,河南洛陽 471004)

本文根據(jù)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的工作狀況和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的外形結(jié)構(gòu)特點(diǎn),根據(jù)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞環(huán)的工況及活塞環(huán)的功用,對(duì)比不同結(jié)構(gòu)的活塞在安裝活塞環(huán)時(shí),活塞環(huán)開口方向的不同安裝方式,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能造成的影響,并且對(duì)不同結(jié)構(gòu)的活塞在工作時(shí),活塞各部分結(jié)構(gòu)的受力分析,和活塞環(huán)的受力分析進(jìn)行對(duì)比,明確活塞環(huán)開口的最佳方向。

柴油機(jī) 活塞環(huán) 開口方向

1 引言

往復(fù)式四沖程柴油機(jī)的活塞環(huán)一般為三道，分別為一、二環(huán)的氣環(huán)和三環(huán)的油環(huán)，活塞環(huán)作用包括密封、調(diào)節(jié)機(jī)油、導(dǎo)熱、導(dǎo)向四個(gè)作用。密封：指密封燃?xì)猓蛔屓紵业臍怏w漏到曲軸箱，把氣體的泄漏量控制在最低限度，提高熱效率。漏氣不僅會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力下降，而且會(huì)使機(jī)油變質(zhì)，這是氣環(huán)的主要任務(wù)；調(diào)節(jié)機(jī)油(控油)：把氣缸壁上多余的潤滑油刮下，同時(shí)又使缸壁上布有薄薄的油膜，保證氣缸和活塞及環(huán)的正常潤滑，這是油環(huán)的主要任務(wù)。

圖2 正常橢圓活塞的貼合面Fig.2 The abutted surface of the good oval-shapped piston

圖3 活塞環(huán)的建議安裝方向Fig3 The proposal setting direction of piston ring

活塞環(huán)的開口方向?qū)Πl(fā)動(dòng)機(jī)的性能和機(jī)油耗等有直接的影響，錯(cuò)誤的安裝活塞環(huán)開口方向能夠?qū)е掳l(fā)動(dòng)機(jī)竄氣、竄機(jī)油、功率下降、下排氣大、燒機(jī)油等等一系列故障。活塞環(huán)開口方向安裝必須錯(cuò)開，但是如何錯(cuò)開，錯(cuò)開的角度各主機(jī)廠家都有不同的想法。現(xiàn)代常見的活塞環(huán)布置方式一般為三種，如圖1所示。

從圖1中，可以直觀的發(fā)現(xiàn)，在活塞環(huán)不發(fā)生故障時(shí)，對(duì)置式安裝對(duì)燃燒室的燃?xì)鈿饬髯枇ψ畲螅鐖D1，一環(huán)和三環(huán)的開口重合，如果二環(huán)在此處存在零件缺陷或其他故障導(dǎo)致漏氣，則相當(dāng)于燃燒室與曲軸箱直通，危險(xiǎn)系數(shù)大。

偏置式的氣流阻力次于對(duì)置式，但優(yōu)于均布式，在通常情況下，活塞環(huán)有兩道環(huán)正常工作，發(fā)動(dòng)機(jī)就能夠運(yùn)行，所以偏置式和均布式兩種方式是目前最常用的兩種形式，但是在考慮零件質(zhì)量無法保證的前提下，存在某一到環(huán)密封失效的隱患，所以均布式略優(yōu)于偏置式。

2 活塞環(huán)開口位置的確定

傳統(tǒng)柴油機(jī)的點(diǎn)火方式為壓燃，空壓比比較大，活塞燃燒室內(nèi)各點(diǎn)受到的高溫高壓燃?xì)獾膲毫κ遣灰恢碌模剂显诓煌螤畹娜紵覂?nèi)燃燒順序也是不一樣的，也就導(dǎo)致了不同形狀的燃燒室和不同位置的燃燒室對(duì)活塞的作用力方向也不同。三道活塞環(huán)中第一道活塞環(huán)直接承載高溫高壓的燃?xì)猓r最為惡劣，磨損也最嚴(yán)重，開口間隙增加的最快，所以第一道環(huán)開口方向朝向燃燒室內(nèi)氣體壓力最低處視為最優(yōu)。

2.1 燃燒室位置對(duì)環(huán)位置的影響

(1)偏置式。活塞頂部中心點(diǎn)與燃燒室中心點(diǎn)不重合，這種燃燒室的氣缸壓力的特點(diǎn)是，渦流室對(duì)面的氣缸壓力小于靠近我渦流室的氣缸壓力，所以第一道活塞環(huán)開口朝向渦流室對(duì)面應(yīng)視為最優(yōu)。

(2)非偏置式。活塞頂部燃燒室中心點(diǎn)與活塞頂部中心點(diǎn)重合，這種燃燒室的活塞，在不同的工況、不同的運(yùn)行狀態(tài)下氣缸壓力都是以燃燒室為中心向外擴(kuò)散并均布的.也就是說第一到活塞環(huán)所受到的壓力在活塞圓周各個(gè)方向都是一樣的，所以第一到活塞環(huán)的開口方向可是朝向任意一點(diǎn)。

2.2 活塞裙部對(duì)環(huán)位置的影響

活塞裙部的主要作用是導(dǎo)向，他的工況是貼著缸套并受到活塞上端的氣體和下端的連桿雙重力度，側(cè)面受到缸套的摩擦力，由于連桿隨著曲軸擺動(dòng)，所以活塞受的測(cè)量力有擺動(dòng)。氣體的密封主要靠氣環(huán)來完成，但是由于活塞裙部在設(shè)計(jì)時(shí)尺寸就大于活塞的防漏部，所以活塞的防漏部分是不受側(cè)向力的，同時(shí)活塞環(huán)在活塞的環(huán)槽內(nèi)存在一定的間隙，所以活塞環(huán)不直接承受側(cè)向壓力，特別是裙部為橢圓的活塞，因工作面曲率變化比較平穩(wěn)，并且在正常的工作溫度下，活塞裙部與缸套全面貼合，壓力全部有裙部承受，因此從活塞裙部的作用和結(jié)構(gòu)來看，活塞環(huán)的開口方向與裙部沒有直接關(guān)系，即活塞環(huán)的開口方向與活塞裙部所受側(cè)向壓力方向沒關(guān)聯(lián)(如圖2)。

綜上分析結(jié)果，第一道活塞環(huán)開口位置應(yīng)位于作功行程時(shí)，燃燒室內(nèi)氣體壓力最低處為宜.偏置式燃燒室，位置在噴油器對(duì)面；非偏置式燃燒室，第一道環(huán)的開口可為任意位置，3個(gè)氣環(huán)的開口必須組成迷宮式通道，以相互錯(cuò)開120。為最佳；各環(huán)的開口無需躲開活塞所受的側(cè)壓力方向。推薦活塞環(huán)開口安裝方向如圖3所示。