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汽车发动机活塞的气环有哪些种类?

 zgg2017 2017-07-19

活塞环有气环和油环两种。气环的作用是保证活塞和气缸套滑动配合严密,防止高温、高压气体漏入曲轴箱,同时把活塞顶部所受的大部分热量经气缸壁传散出去。活塞环开有切口,具有弹性,随活塞作往复运动时,活塞环与气缸壁贴合,或张开或收缩,保证塞顶部与气缸形成封闭的空间。请关注:容济点火器

气环开有切口,具有弹性,在自由状态下外径大于气缸直径,它与活塞一起装入气缸后,外表面紧贴在气缸壁上,形成第一密封面,被封闭的气体不能通过环周与气缸之间,便进入了环与环槽的空隙,一方面把环压到环槽端面形成第二密封面,同时,作用在环背的气体压力又大大加强了第一密封面的密封作用,气环密封效果一般与气环数量有关,汽油机一般采用2道气环,柴油机一般多采用3道气环。

1、气环作用:气环是保证气缸与活塞间的密封性,防止漏气,并且要把活塞顶部吸收的大部分热量传给气缸壁,由冷却水带走。其中密封作用是主要的,因为密封是传热的前提。如果密封性不好,高温燃气将直接从气缸表面流入曲轴箱。这样不但由于环面和气缸壁面贴合不严而不能很好散热,而且由于外圆表面吸收附加热量而导致活塞和气环烧坏;油环起布油和刮油的作用,下行时刮除气缸壁上多余的机油,上行时在气缸壁上铺涂一层均匀的油膜。这样既可以防止机油窜入气缸燃烧掉,又可以减少活塞、活塞环与气缸壁的摩擦阻力,此外,油环还能起到封气的辅助作用。

2、工作条件:活塞环在高温、高压、高速和润滑极其困难的条件下工作,尤其是第一道环最为困难,长期以来,活塞环一直是发动机上使用寿命最短的零件。活塞环工作时受到气缸中高温高压燃气的作用,温度很高(特别是第一道环温度可高达600K),活塞环在气缸内随活塞一起作高速运动,加上高温下机油可能变质,使环的润滑条件变坏,难以保证良好的润滑,因而磨损严重。另外,由于气缸壁的锥度和椭圆度,活塞环随活塞往复运动时,沿径向会产生一张一缩运动,使环受到交变应力而容易折断。因此,要求活塞环弹性好,强度高、耐磨损。目前广泛采用的活塞环材料是合金铸铁(在优质灰铸铁中加入少量铜、铬、钼等合金元素),第一道环镀铬,其余环一般镀锡或磷化。

3、气环的密封原理 :

活塞环在自由状态下不是正圆形,其外廓尺寸比气缸直径大。当活塞环装入气缸后,在其自身的弹力作用下环的外圆面与气缸壁贴紧形成第一密封面,气缸内的高压气体不可能通过第一密封面泄漏。

高压气体可能通过活塞顶岸与气缸壁之间的间隙进入活塞环的侧隙和径向间隙中。进入侧隙中的高压气体使环的下侧面与环槽的下侧面贴紧形成第二密封面,高压气体也不可能通过第二密封面泄漏。进入径向间隙中的高压气体只能环的外圆面与气缸壁更加贴紧。

这时漏气的惟一通道就是活塞环的开口端隙。如果几道活塞环的开口相互错开,那么就形成了迷宫式漏气通道。由于侧隙、径向间隙和端隙都很小,气体在通道内的流动阻力很大,致使气体压力p迅速下降,最后漏入曲轴箱内的气体就很少了,一般仅为进气量的0.2%~1.0%。

4、气环开口形状:

开口形状对漏气量有一定影响。直开口工艺性好,但密封性差;阶梯形开口密封性好,工艺性差;斜开口的密封性和工艺性介于前两种开口之间,斜角一般为30°或45°。(如下)

5、气环的断面形状:

气环的断面形状多种多样,根据发动机 的结构特点 和强化程度,选择不同断面形状的气环组合,可以得到最好的密封效果和使用性能。常见的气环断面形状如图

矩形环断面为矩形。形状简单,加工方便,与气缸壁接触面积大,有利于活塞散热。但磨合性差,而且在与活塞一起作往复运动时,在环槽内上下窜动,把气缸壁上的机油不断地挤入燃烧室中,产生“泵油作用”,使机油消耗量增加,活塞顶及燃烧室壁面积炭。

6、 根据气环的断面形状,可分为以下几种:

气环的断面形状很多,最常见的有矩形环、扭曲环、锥面环、梯形环和桶面环

① 矩形环

断面为矩形,其结构简单,制造方便,易于生产,应用最广。但是矩形环随活塞往复运动时,会把气缸壁面上的机油不断送入气缸中。这种现象称为'气环的泵油作用' 。

活塞下行时,由于环与气缸壁的摩擦阻力及环的惯性,环被压靠在环槽的上端面上,气缸壁面上的油被刮入下边隙和内边隙;活塞上行时,环又被压靠在环槽的下端面。结果第一道环背隙里的机油就进入燃烧室,窜入燃烧室的机油,会在燃烧室内形成积炭,造成机油的消耗量增加,另外上窜的机油也可能在环槽内形成积炭,使环在环槽内卡死而失去密封作用,划伤气缸壁,甚至使环折断,可见泵油作用是很有害的,必须设法消除。为了消除或减少有害的泵油作用,除了在气环的下面装有油环外,广泛采用了非矩形断面的扭曲环。

② 扭曲环是在矩形环的内圆上边缘或外圆下边缘切去一部分,使断面呈不对称形状,在环的内圆部分切槽或倒角的称内切环,在环的外圆部分切槽或倒角的称外切环。装入气缸后,由于断面不对称,产生不平衡力的作用,使活塞环发生扭曲变形。活塞上行时,扭曲环在残余油膜上浮,可以减小摩擦,减小磨损。活塞下行时,则有刮油效果,避免机油烧掉。同时,由于扭曲环在环槽中上、下跳动的行程缩短,可以减轻'泵油'的副作用。目前被广泛地应用于第2道活塞环槽上,安装时必须注意断面形状和方向,内切口朝上,外切口朝下,不能装反。

③ 锥面环 断面呈锥形,外圆工作面上加工一个很小的锥面(0.5°~1.5°),减小了环与气缸壁的接触面,提高了表面接触压力,有利于磨合和密封。活塞下行时,便于刮油;活塞上行时,由于锥面的'油楔'作用,能在油膜上'飘浮'过去,减小磨损,安装时,不能装反,否则会引起机油上窜。

④ 梯形环 断面呈梯形,工作时,梯形环在压缩行程和作功行程随着活塞受侧压力的方向不同而不断地改变位置,这样会把沉积在环槽中的积炭挤出去,避免了环被粘在环槽中而折断。可以延长环的使用寿命。但是主要缺点是加工困难,精度要求高。

⑤ 桶面环 桶面环的外圆为凸圆弧形,是近年来兴起的一种新型结构。当桶面环上下运动时。均能与气缸壁形成楔形空间,使机油容易进入摩擦面,减小磨损。由于它与气缸呈圆弧接触,故对气缸表面的适应性和对活塞偏摆的适应性均较好,有利于密封,但凸圆弧表面加工较困难。

7、区分活塞环两道气环的方法

如图,第一道环和第二道环叫做压缩环和机油环。一道环窄 边缘平滑一点, 二道环宽 边缘刺手。 二道环一般是黑色的, 其钢性较好。压缩环可用来密封燃烧室内的压缩空气;机油环则用来刮除汽缸上多余的机油。它们的材质不一样,第一道环的工作环境最差 ,其余的环依次递减。 所以在制作方面是特意加工的, 以增强它的耐磨 抗高温高压 不宜变形以提高 密封性能和抗腐蚀能力 !

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