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发动机活塞环的密封机理与结构特点
来源:农机使用与维修  作者:佚名  2017-06-21 10:57:50

    摘要:本文通过对活塞环的密封机理,及活塞环的结构特点的介绍,进一步增加对活塞环的认识,旨为提高发动机的修理质量。

    活塞环是柴油机中形状简单而作用十分重要的零部件,它密封燃烧室以保证柴油机正常工作。活塞环分气环和油环两类。气环用来密封汽缸,防止汽缸内气体窜人曲轴箱,并将活塞头部热量传给汽缸壁;另外,还起刮油和布油作用。油环是用来刮除汽缸壁上的多余润滑油,防止润滑油进人燃烧室。虽然活塞环结构简单,但是若选配不当或安装方向不正确,活塞环都无法正常工作,将失去作用。所以我们要了解活塞环的密封机理,知道活塞环的结构特点,以便在选配安装时能够正确操作。

    1 活塞环的密封机理
    气环开有切口,自由状态下其外径大于汽缸直径。将气环装入汽缸后,在弹力作用下,使环的四周紧贴在汽缸壁上,形成第一密封面,从而防止了气体沿气环与汽缸壁间接触面漏气;同时,部分高压气体沿活塞与缸壁之间由活塞环侧面(侧隙)进人活塞环背面(背隙),使活塞环紧贴在缸壁上,密封更牢靠。作用在活塞环上面的高压气体,将活塞环压紧在环槽中,使下端面和环槽贴紧,形成第二个密封面。可见,气环的弹力和气体压力共同保证了汽缸密封的可靠性,且汽缸压力越高密封性越好。这时环的开口间隙是气体泄漏的唯一间隙。
    在实际使用中,活塞环、活塞环槽和汽缸的加工质量对汽缸密封性影响很大。环的开口间隙的存在使气环很难实现良好的密封,因此,一般设置2~3道气环。安装时活塞环的开口相互错开一定角度,高压燃气经过几道气环节流后压力迅速下降。其泄漏量仅为进气量的0.2%~1.0%。由于活塞环背面间隙和侧面间隙的存在,柴油机工作时活塞环便产生了泵油作用。其过程是,当活塞带动活塞环向下止点运动(如进气行程)时,活塞环贴靠在环槽的上方,活塞环从汽缸壁上刮下的润滑油充入环侧下方,当活塞带动活塞环向上止点运动(如压缩行程)时,活塞环又贴靠在环槽的下方,同时将油挤到环侧的上方。如此往复运动,将润滑油泵向活塞顶。活塞环的泵油随着发动机转速的提高而加剧,使润滑油的油耗增加:在燃烧室内和活塞环槽内形成积碳,造成汽缸的早期磨损。

    2 活塞环的结构特点
    2.1气环种类
    根据气环的断面形状,将活塞环分为以下几种:
    (1)矩形环。矩形环形状简单、加工方便,是最常用的活塞环。矩形环的特点是泵油作用较强,增加机油消耗。另外由于其与缸壁接触面较大,其磨合性较差。
    (2)梯形环。梯形环的结构特点是断面呈梯形,它有较好的抗粘性。当活塞在汽缸内左右摆动时,梯形环相对于环槽径向摆动,环与环槽的侧面间隙在不断变化,将沉积在环槽中的胶状物、积碳挤出,并促使环槽内机油更新。梯形环的另一优点是,作用在楔面上气体压力的径向分力,有助于将气环压向汽缸壁,提高了环的密封性。梯形环有双面梯形环和单面梯形环两种。梯形环常用于大功率车用柴油机或增压柴油机的第一道气环。
    (3)锥形环。锥形环即在矩形环上车削一个锥角,其锥角一般为0.5°~1°,由于锥形环与缸壁是线接触,有利于磨合和密封。该环向上止点运动时有布油作用,形成的油楔改善润滑,向下止点运动时刮油效果好。锥形环一般安装在第二道活塞环槽内。锥形环安装时切勿装反锥形角。
    (4)扭曲环。扭曲环是将矩形环的内圆或外圆切去一部分制成的。扭曲环装入汽缸后,由于断面中性层外侧的拉应力及内侧压应力不在同一个平面上,因而产生一个扭曲力矩,使环在环槽内发生扭曲变形。扭曲环有如下特点:由于在活塞环槽中扭曲,减少了在槽内的上下移动量,从而减少了泵油作用;扭曲环具有锥形环的特点,有较好的磨合性、润滑性、密封性。安装扭曲环时,内圆上切口一般装于第一道环槽。这是由于第一道环槽活塞环背压大,活塞环接触面积大,散热性好,密封性好。外圆有上、下切口的一般装于二、三环槽,有利于刮油和密封。
    (5)桶形环。桶形环的外表面呈凸圆弧形,其主要优点是环与汽缸壁始终为圆弧接触,因而能加快磨合和提高密封性能。桶形环对汽缸表面适应性和对活塞摆动的适应性较好。环在随同活塞上下运动时,易于气缸壁形成油楔,因而使摩擦和磨损大为减轻。工程机械用柴油机也常用作第一道气环。
    2.2油环种类
    油环主要是控制机油上窜到燃烧室,维持活塞与缸壁间有最小限度的润滑油膜,并起到布油作用。其结构形式主要有:整体式和钢片组合式。
    (1)整体式油环。整休式油环为提高表面接触压力,在外圆上均开有环形槽以形成二道刮油滑肩,有的又在滑肩上倒角或加工成鼻形,以进一步减少接触面积,提高刮油能力,环槽内均有回油孔,以提高回油能力。整体式刮油环在中小负荷和转速较低的发动机中应用较多,而下部凹切倒角油环在重型和大功率柴油机中应用较多。
    (2)钢片组合式油环。钢片组合式环由两个刮片和一个胀簧组成。该环的特点有:刮片与缸壁的接触压力高,)长力分布均匀且柔软性较好;由于上下刮片滑动时能够独立动作,所以对缸壁有良好的适应性。同时在胀簧的作用下,上下刮片与环槽上下端面间能保持较好的密封状态,其刮油性、气密性、抗结胶能力及回油通路大,防止机油上窜的性能较好。

    3 结束语
    掌握发动机活塞环的结构特点,有益于完善修理技术,使拖拉机达到较好的作业状态,从而减少功率损失,提高生产效率。
 

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