內(nèi)燃機的無端隙活塞環(huán)

松濤

自從1855年英國的南斯波登發(fā)明了自身膨脹的彈性活塞環(huán),，使活塞在氣缸中工作時密封性大大提高,，內(nèi)燃機的熱效率也隨之提高,，其基本結(jié)構(gòu)一直沿用至今。成為內(nèi)燃機中起著非常重要作用的零部件,，人們試圖進一步提高其密封性,，設(shè)計了多種形式的切口和結(jié)構(gòu)的活塞環(huán)
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7 R8 @' `% T7 L/ r5 c2 d　　自從1855年英國的南斯波登發(fā)明了自身膨脹的彈性活塞環(huán)，使活塞在氣缸中工作時密封性大大提高,，內(nèi)燃機的熱效率也隨之提高,，其基本結(jié)構(gòu)一直沿用至今。成為內(nèi)燃機中起著非常重要作用的零部件,，人們試圖進一步提高其密封性,，設(shè)計了多種形式的切口和結(jié)構(gòu)的活塞環(huán)。最常見的是斜切口,、階梯切口的活塞環(huán),，還有許多組合式活塞環(huán)等。由于受生產(chǎn)率,、材料選擇等因素的影響,，這些結(jié)構(gòu)的活塞環(huán)未得到普及和應(yīng)用。目前應(yīng)用最廣泛的還是南斯波登發(fā)明的直切口活塞環(huán),。無端隙活塞環(huán)（對角線切口活塞環(huán)）不僅同斜切口,、階梯切口活塞環(huán)一樣能自行補償因磨損而增大的端隙，還獨創(chuàng)了利用三角形密封活塞環(huán)槽與氣缸之間任何可以產(chǎn)生竄氣的間隙,。其氣缸,、活塞、活塞環(huán)組合可達到非常好的密封,。所以比現(xiàn)有技術(shù)提高了燃油利用率,，節(jié)約潤滑油，尤其是無端隙活塞環(huán)密封的非常嚴密,，還具有自動補償因磨損增大端隙的功能,，從而大大地減少了排氣污染，延長了減少排污的周期,。并且是從燃燒過程中解決排氣污染,，從產(chǎn)生污染源處解決環(huán)境保護。
3 @, t1 Z; ^" B0 C. ^& @ 　　下面是詳細論述對無端隙活塞環(huán)的研究結(jié)果,。
) f: ?! X/ z5 h( o& [　　一,、無端隙活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)和定義
　　活塞環(huán)的切口為對角線切口，即活塞環(huán)徑向截面由外徑的上邊角至內(nèi)徑的下邊角的對角線,，兩端頭互補的切口,。這種切口長度為活塞環(huán)兩端頭重疊的長度。對角線切口本身查堵住從活塞環(huán)上側(cè)隙向活塞環(huán)下端竄氣，它只是保留了活塞環(huán)受熱膨脹所需的間隙,。其本身自動補償因氣缸與活塞環(huán)磨損而增大的端隙,。所以稱之為無端隙活塞環(huán)。
) V) o8 a: u  A3 d- u: A　　二,、密封性
　　內(nèi)燃機在壓縮,、爆燃、排氣三個沖程中,，燃燒室內(nèi)的高壓氣體從活塞環(huán)的上側(cè)隙進入環(huán)槽內(nèi)形成了活塞環(huán)的背壓,，沒有任何縫隙可使高壓、高溫氣體竄入第一道壓縮環(huán)與第二道壓縮環(huán)的中間以及曲軸箱內(nèi),，其密封性非常好,。
4 E3 U& ]+ _* h2 Z3 o　　三、節(jié)省燃油
/ j* Z+ b( S" n4 b　　由于該活塞環(huán)密封較嚴,，阻止了由燃燒室向活塞環(huán)下端及曲軸箱內(nèi)竄氣,，從而增大了壓縮壓力，使燃燒速率加快,，燃燒更加充分,，并且在爆燃沖程中活塞環(huán)不竄氣，燃燒壓力得到充分的利用,，使曲軸的轉(zhuǎn)矩增大,，還減少了燃燒混合氣向第一道活塞和第二道活塞環(huán)中間竄氣。綜合不竄氣,、壓縮壓力的增高,、燃燒速率加快、燃燒充分,、爆燃沖程的壓力增大等因素都是節(jié)省燃油的原因所在,。
; S- j9 d3 h+ m: T& N, r4 n! p     四、節(jié)省潤滑油
　　由于無端隙活塞環(huán)密封嚴,，排氣沖程中是第一道壓縮環(huán)與第二道壓縮環(huán)中間沒有高壓氣體向燃燒室逆流就不會將潤滑油吹入燃澆室,。隨著氣缸與活塞環(huán)的磨損，活塞環(huán)對角線切口的自動補償,，不會造成因氣缸和活塞環(huán)磨損使活塞環(huán)端隙增大而出現(xiàn)的燃機油的現(xiàn)象,，從而節(jié)省了潤滑油。另外,，在壓縮,、爆燃沖程、沒有可燃氣稀釋潤滑油和高溫爆燃氣使第一壓縮環(huán)以下的潤滑油膠質(zhì)化和碳化,，則延長了更換潤滑油的里程,。
1 ^! s; G$ z6 o$ ]0 o) O. v　　五、提高內(nèi)燃機的動力
/ e7 D, R% B! L/ h4 H9 F$ g* l　　由于無端隙活塞環(huán)的密封性非常好，壓縮沖程,、爆燃沖程無泄漏,，爆燃工作壓力相應(yīng)增高,，活塞經(jīng)連桿作用在曲軸上的力增大,，使內(nèi)燃機的扭矩增大，提高了內(nèi)燃機動力,，并且這種動力不會因氣缸和活塞環(huán)的磨損而降低,。
  g+ g& J0 J3 I! S6 z$ e  t　　六、冷啟動性好
　　直切口活塞環(huán)在冷車時端隙較大,，一般在—30～20°C時,，端隙大于0.3～0.7mm（指發(fā)動機或剛大修的內(nèi)燃機）。比較舊的內(nèi)燃機或接近大修的內(nèi)燃機其端隙會更大,，從而造成壓縮壓力低,，燃料霧化不良，啟動時較困難,。而無端隙活塞環(huán)不存在端隙,、壓縮壓力相對要高得多，產(chǎn)生的壓縮熱也較高,，便于冷車啟動,。
　　七、延長大修里程,，改善潤滑條件,，延長零部件壽命。
: k- `& F8 c( n% Q  r! B　　由于無端隙活塞環(huán)密封性能好,，在爆燃沖程是沒有灼熱的氣體和炭粒向第一道活塞環(huán)以下泄漏,，不會造成第二道活塞環(huán)、油環(huán)積炭及機油因高溫炭化和膠質(zhì)化而將環(huán)卡死在槽內(nèi)的現(xiàn)象,，不會因油環(huán)卡死造成活塞,、活塞環(huán)和氣缸缺潤滑油而磨損。并減小了燃燒室向曲軸箱泄漏高溫可燃混合氣（在直切口活塞環(huán)的內(nèi)燃機中,，這些可燃混合氣中含有HC,、CO和NO化合物其中NO化合物與冷卻水蒸氣作用生成硝酸。硝酸與鋅二烴基二硫磷酸脂發(fā)生化學反映,。并與機油中的另一種抗磨添加劑反應(yīng)而使它們的保護膜減少,。硝酸還腐蝕鑄鐵，生成鐵碳化合物顆粒,，導(dǎo)致潤滑條件變差,，加劇對潤滑條件較差的配氣凸輪、搖臂和挺桿的磨損。曲軸次之）,，從而改善了曲軸箱內(nèi)潤滑質(zhì)量,，延長了零部件的使用壽命。
9 X1 c3 p3 a2 n0 J8 n       端隙自動補給,，延長了大修里程,，無端隙活塞環(huán)的自行補償端隙功能能使氣缸磨損到直徑加大至0.5MM，它是直切口活塞環(huán)的第二個大修尺寸（指小型高速內(nèi)燃機,，缸徑∮不大于81MM,，缸徑∮大于81MM為第一個大修尺寸），加上大修時加工缸桶的余量,，是四個大修里程,。這只是單一的計算，考慮綜合因素,，三倍的大修里程是完全可以滿足的,。而且動力不減，排放也不會有污染,。
* @6 H1 G2 h, x. X　　八,、減少排污
- \& K% d6 L# }. g　　無端隙活塞環(huán)密封性好，沒有壓縮沖程,、爆燃沖程從燃燒室向第一道壓縮環(huán)與第二道壓環(huán)中間泄漏高壓混合氣,。（在直切口活塞環(huán)內(nèi)燃機中壓縮沖程壓縮在燃燒室的高壓混合氣，經(jīng)第一道壓縮環(huán)的端隙進入第一道環(huán)與第二道環(huán)的中間,。進入爆燃沖程高壓灼熱的混合氣再次泄漏至兩環(huán)中間,。因縫隙小而滯燃的混合氣便生成了HC、CO和NOx化合物,。在排氣沖程時,，燃燒室壓力降低，兩環(huán)中間的高壓混合氣從第一道活塞環(huán)端隙逆流,，其中決大部分成為排出尾氣（廢氣）中的HC,、CO和NOx的成分）。對比現(xiàn)有技術(shù),，無端隙活塞環(huán)減少了尾氣（廢氣）中排放的HC,、CO和NOx化合物。從燃燒的角度治理了排污,，達到環(huán)保排放要求,。并具備排放一致性。

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