柴油机活塞环开口安装方向分析

柴油机活塞环开口安装方向分析

李小阳 ,孙松林 ,匡迎春 ,刘保华

(湖南农业大学工程技术学院 ,湖南 长沙 410128)

摘 要 : 采用对比分析方法 ,根据柴油机活塞环的结构等因素对活塞环安装方向的要求 ,比较分析了一些柴油机活 塞环开口的安装方向 ,明确了柴油机活塞环开口的正确安装方向 . 关 键 词 : 柴油机 ;活塞环 ;开口 中图分类号 : S 219 . 031

文献标识码 :A

Analysis of t he Set t ing Directio n of Pisto n Ring Cap of Diesel Engine

L I X iao 2ya n g , SUN So n g 2lin , K UAN G Y ing 2chun , L I U Bao 2hua

( C ollege of Engineering and Technology , HNAU ,Changsha 410128 , P RC )

Ab stra ct :By int ro ducing t he st ruct ure of pisto n rings cap of diesel engine ,t he aut ho rs set fo rt h t he rea 2 so n fo r it s right set ting ,make a co mparative analysis of and f urt her mo re point o ut it s set ting directio n . Ke y wo r d s : d iesel engine ;pisto n ring ;crack

活塞环按其作用不同分为气环和油环. 气环的 主要作用是密封气缸 ,防止漏气并将活塞头部热量传 给气缸壁 , 帮助活塞散热1 . 活塞环的安装方向 , 历 来被人们所重视 ,并都有具体的技术要求 ,活塞环开 口错开是大家公认的 ,但是错开的位置与相互间的角 度并不一致. 笔者从活塞环的结构 、内燃机的工作情 况等因素考虑 ,对环口安装方向进行分析 ,旨在找寻 活塞环开口的正确安装方向.

式次之 ,c 型均布式最小 . 但由于 a 型的 1 ,3 环对口重 叠 ,存在潜在的短路危险. 2 环若在 1 环开口对应处 密封不好 ,气体将直接经此处从 3 环开口处泄漏 . c 型从表面看 ,气流阻力最小 ,但 2 环若在 1 环开口对 应处密封不好 ,仍有第 3 道环作为一道屏障. b 型特 点介于 a 型与 c 型之间. 由于在一般情况下 ,只要有 二道气环起作用便能使高速柴油机正常工作 ,所以 b 型与 c 型是常采用的 2 种形式. 但在目前零件制造质 量不能充分得以保证的情况下 ,应考虑到某一环密封 失效的可能 ,所以 c 型均布式迷宫通道应视为最佳通 道 .

1 最佳通道的选择

现代高速柴油机一般都由 2～3 道气环组成迷宫 式通道

1

,常见的几种通道形式见图 1 .

2 活塞环开口位置的确定

燃料燃烧时 ,在燃烧室内各点的气体压力是不一 致的 ,不同形状的燃烧室气体载荷点作用在活塞顶部 的位置也是不一致的. 由于柴油机第一道气环工作条 件最差 ,直接承受高温高压气体的作用 ,磨损最为严 重 ,开口间隙增加的速率最高 ,所以第一道环口位置 应朝 向 燃 烧 室 内 气 体 压 力 最 低 处 , 以 利 于 气 体 密 对置式

偏置式 图 1 迷宫式通道的形式

均布式

封2 2 . 1 .

Fig. 1 The fo r m of mazy p athway

很显然 ,a 型对置式通道气流阻力最大 , b 型偏置

燃烧室位置对环位置的影响

(1) 偏置式. 活塞顶部燃烧室轴线与活塞轴线不

重合 ,如 4125 ,4115 ,2105 型 ,部分 95 系列的涡流室

式燃烧室. 单缸涡流室式柴油机在涡流室对面的气缸 压力小于靠近涡流室的的气缸压力 ,所以第一道活塞 环开口处于气压最低处的第一位置即涡流室对面 ,对 于气体的密封最为有利.

收稿日期 :2002209226

基金项目 :湖南省教育厅资助项目 (01C131)

作者简介 : 李小阳 ( 19692) , 男 , 汉族 , 湖南汨罗人 , 硕士 研究生 ,湖南农业大学工程师 .

湖南农业大学学报(自然科学版)2003 年4 月166

(2) 非偏置式. 活塞顶部燃烧室轴线与活塞轴线重合,如90 系列球形燃烧室、105 型系列U 型燃烧室等.英国Munro R. 等曾对活塞顶部燃烧室凹坑几何轴线与活塞轴线相重合的柴油机活塞进行过温度测量,2 个测量点的位置均靠近第一道环槽,两测量点温度在不同转速、不同负荷下均相差很小3 . 由于活塞表面上各点的温度与所承受的气体压力成正比关系,所以可以认为,对于这种活塞轴线与活塞顶部燃烧室凹坑轴线相重合的柴油机,第一道活塞环顶面在圆周范围内,各点所受到的气体压力都基本相同,因此第一道气环的开口方向可以是随意的.

2 .2 活塞裙部对环位置的影响

活塞裙部主要起导向和承受由于连杆摆动而产生的侧压力的作用. 气体的密封作用主要是靠活塞顶部上的三道气环来完成.

在油环槽底面与下部均开有泄油道,所以油环没有环背气压来帮助密封,其密封能力基本全靠本身的弹力. 活塞下行时,油环以很快的速度往下刮油,使润滑油产生较大的油压,所以,油环的上平面与环槽是贴在一起的,对气体下窜,润滑油的上窜起到一定的隔绝作用. 但是,位于第一道油环位置以下的活塞销座及活塞裙部对气体的密封是不起作用的. 另外,对4125 ,4115 ,2125 型及95 系列柴油机来讲,要想使环的开口真正与活塞销方向错开也是极为困难的,因为这些型号的柴油机活塞为了抵消热膨胀在销座处除去了一部分金属,这些凹陷部分占整个圆周的1/ 2 .活塞销区域内环的开口安装方向如图2 所示. 由于活塞环在环槽中作圆周转动,所以活塞环由于安装时的误差和圆周运动的结果,环口不是偏向销座就是偏向燃烧室,因此,环口错开活塞销方向既无理论上的必要,也无实际上的可能. 都没什么磨损.活塞环也不可能直接承受侧压力,特别是裙部为椭圆的活塞,因工作面曲率变化平缓,在正常工作温度下,与缸筒全面贴合,压力分布较均匀, 侧压力由整个裙部承受( 图3) . 因此,从活塞裙部的作用和结构来看,环的开口既无需躲开,也无法躲开侧压力方向.

a .冷态; b. 暖态; c. 正常工作温度状态

图3 正常椭圆活塞的贴合面

Fig. 3 The a b utt e d surf a c e of the goo d o v al2shapp e d pi s to n 综上分析结果,第一道活塞环开口位置应位于作功行程时,燃烧室内气体压力最低处为宜. 偏置式燃烧室,位置在喷油器对面;非偏置式燃烧室,第一道环的开口可为任意位置,且可放到喷油器对面; 3 个气环的开口必须组成迷宫式通道, 以相互错开120°为最佳;油环的开口方向的要求可放宽,但从刮油与布油的角度考虑,为防止机油上窜,第一道油环与第一道气环开口相隔180°,若有第二道油环,第二道与第一道油环开口相隔180°为宜; 各环的开口无需躲开活塞销方向及其垂直方向(侧压力方向) . 推荐活塞环开口安装方向如图4 所示

图4 活塞环的建议安装方向

Fig. 4 The p r opo sal setting dire c tio n of pi s to n ring

图2 活塞销区域内环的开口安装方向

Fig. 2 The setting dire c tio n of pi s to n ring c a p in the wri s t pin blo c k zo n e 参考文献:

1 梁顺堂.小型农用内燃机M . 长沙:湖南科学技术出版

社,1979 .

冯联杰.拖拉机汽车学. 第一册M . 北京: 农业出版社, 1981 .

Munro R. 载重车、越野车和工业用柴油机新型活塞J .

梁维.国外内燃机,1982 , (5) :35237 .

从活塞的构造来看,防漏部直径小于裙部,4125 型小0 . 29～0 . 45 mm ,95 系列小0 . 28～0 . 38 mm ,所以防漏部并不受侧压力,真正承受侧压力的是活塞裙部.另外,活塞环在环槽中有背隙存在, 一般为0 . 50 ～0 . 85 mm ,所以即使活塞裙部磨损到极限,防漏部2 3

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