四、贴合能力
弹簧涨紧的刮油环的贴合能力取决于其横截面和所调整的切向力,而常规等宽单体压缩环贴合能力的额定值则首先决定于开口宽度。在一定的几何尺寸下,无论是装配应力还是弹性应力都是由开口宽度决定的,因此,合适的应力状况和可装配性为贴合能力限制了相对窄的范围。
单体环的贴合能力在整个圆周上是不均匀的,特别是在环开口对面达到最大值。由于在开口端部没有弯曲力矩,因此该处的贴合能力降为零。图13原理性地显示出常规活塞环和一种FO(形状优化)活塞环在整个活塞环圆周上贴合能力的比较。如图14所示的FO活塞环通过靠近开口处径向宽度的可变设计得到了形状优化的活塞环,从而改善了活塞环的局部弯曲能力和对汽缸不均匀变形的适应能力。
迄今为止,汽油机和柴油机上的试验结果已证实这种贴合能力优化的FO活塞环降低机油耗的巨大潜力。为了换用FO活塞环,美国Federal-Mogul公司开发了一种全新的制造方法,并于2005年第一季度首次大量生产、装用FO活塞环。
五、活塞环的侧面强化
现在新一代发动机的要求使得侧面强化成为活塞环磨损或材料协调性的基础。氮化钢活塞环侧面镀铬在重型柴油机上已很好地证实了其可靠性。开发的新镀层方法,使得矩形环和梯形环侧面的镀铬层厚度最大可达10μm,同时能取消传统工艺过程中所必需的昂贵的精加工。“闪光镀铬技术”制造的活塞环,在2005年已开始在商用车柴油机上使用。
不久的将来,车用汽油机和柴油机的机械负荷、热负荷还要进一步提高,要求活塞环在设计和制造工艺上进一步创新,活塞环基础材料的强度和耐磨性也要进一步开发。未来车用柴油机第一道压缩环除了应用铸铁材料外,钢材料也将得到应用。
目前选用的电化学镀层、热喷镀镀层和PVD镀层等,在原则上尚未达到其使用极限,应根据活塞环的使用条件采取不同的解决方案。为了满足低机油耗和曲轴箱通风所提出的要求,应采用具有最佳几何形状的活塞环,例如最合适的工作表面或形状优化的FO活塞环,以进一步提高活塞环的贴合能力。