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谈汽油机和柴油机活塞环的技术现状及发展趋势
来源:本站整理  作者:佚名  2012-11-12 10:21:49


最近20多年内,国外车用汽油机第1道压缩环都已由铸铁环改用钢环,特别是欧洲和日本偏爱于氮化钢环(见表2)。在车用汽油机高转速条件下,轴向高度低的第1道钢环已成为标准零件,在此期间开发的发动机第1道环超过90%采用氮化钢环,而第2道环大多采用成本较低的铸铁环,并根据各自的功能要求选择相应的结构形式和工作表面涂层。

 

在欧洲轿车柴油机即升功率大于50kW/L的高强化发动机上,第1道压缩环必须使用牌号为52/56的球墨铸铁,第2道环采用牌号为32的调质耐磨灰铸铁(见表3)。通过采用强化的球墨铸铁(GOE 56)或18%铬钢来改善环侧面特别是上侧面的耐磨性。当然,特别是在环轴向高度低的情况下,使用钢环存在着环槽磨损增大的风险,但在平时情况下环槽和环侧面的总磨损量差异并不大。

 

在柴油机上,由于活塞环的轴向高度较高,其材料向钢演变的倾向并不明显,一方面是因为铸铁环和环槽镶圈材料之间的材料配对非常好;另一方面是因为铸铁材料具有非常好的加工性,这对形成尖锐的环下工作边棱特别重要。

 

商用车柴油机第1道压缩环使用球墨铸铁已有非常丰富的经验,从球墨铸铁环在欧洲柴油机的使用上占有很高的比例就可以看出(见表3)。但是,自上世纪60年代以来,具有非常低轴向磨损的18 % 铬钢镀层压缩环,在商用车柴油机的应用上也具有相当丰富的使用经验。此外,随着汽缸爆发压力超过20 MPa,可望钢活塞环的应用会有所增加。

 

2. 活塞环的结构型式

车用汽油机第1道活塞环100%采用矩形环,其工作表面根据有关机油耗和曲轴箱通风方面的要求,采用对称球形、单边球形或锥形。大约30%的欧洲轿车汽油机,为了改善机油消耗,工作表面不是带有单边鼓形度就是带有锥度。

 

轿车柴油机大部分第1道活塞环同样采用矩形环。在最近25年内,轿车柴油机第1道活塞环采用双梯形环的比例稳定在30%左右。随着汽缸直径的增大,受燃烧侧的影响,双梯形环的比重也随之增加(见图2)。

 

3. 活塞环的轴向高度

最近25年,国外汽油机第1道压缩环明显趋向于低轴向高度(见图3)。由于转速的提高和由此而导致的活塞质量的减轻或尺寸的缩小,活塞环高度的降低在技术上是必要的。对于第1道活塞环必须应用轴向高度低的环而言,开发氮化钢环是一个前提条件。当今,开发汽油机时,1.0mm和1.2mm环高是第1道活塞环优先选择的尺寸,而第2道活塞环优先选择1.2 ~1.75mm之间的尺寸。

 

在柴油机上,由于汽缸爆发压力大大升高,不会出现活塞环轴向高度降低的趋势(见图4、图5),其中活塞环高度的降低很可能出现在缸径小于75mm的柴油机上,而在商用车柴油机上,由于爆发压力的升高而倾向于加大活塞环的高度。当考虑到应用轴向高度低的活塞环对降低摩擦功率具有相当大的作用时,也要特别注意对轴向耐磨性可能产生的影响。

 

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