随着我国汽车市场的不断完善，要想满足当前的汽车市场需求，需提高汽车产品质量、创新设计和节约成本，而这些90%都是在设计开发阶段就决定的，因此有必要在设计开发阶段引入新技术、新理论和新方法。文章是一篇电气自动化论文下载范文，主要论述了发动机新型复合式单气环的结构及密封机理的研究。
摘要：本文对发动机新型复合式单气环的结构和密封机理作了研究，并指出新型复合式活塞环解决了传统活塞环气环开口间隙漏气的问题，漏气量将大大降低。同时，新型活塞环改善了传统活塞环振颤的问题，能最大限度地降低由于共振给活塞环带来的伤害。除此以外，新型活塞环的控油和布油能力也大大增强，积碳问题也得到进一步地改善。
Abstract： This paper studies the structure and sealing mechanism of the new-type composite single gaseous ring of engine and puts forward that the composite single gaseous ring with new pattern solves the air leakage of clearance-compression of the traditional piston ring and the air leakage will be greatly reduced. At the same time， the new piston ring improves the vibration of the traditional piston ring， and it can minimize the damage of the piston ring caused by the resonance. In addition， the ability of oil-control and oil-arrangement of the new piston ring has been greatly enhanced， the problem of deposition has also been further improved.
关键词：发动机,新型复合式单气环,结构,密封机理
Key words： engine;new-type composite single gaseous ring;structure;sealing mechanism
中图分类号：TK403 文献标识码：A 文章编号：1006-4311(2015)12-0144-02
0 引言
发动机在运行过程中，经常出现“机油消耗量过高”、“活塞环与气缸壁磨损严重”和“发动机动力性下降”等问题，很重要的一个原因是发动机上使用的活塞环在结构设计上有所欠缺或者加工质量不过关，造成发动机活塞环漏气量较大，活塞环与气缸壁摩擦损失严重，机油耗高。发动机气缸漏气量的改善一直是需攻关的问题[2]。桶面环和矩形环都无法解决机油消耗量大和耐磨性差的问题，必须设计出一种新型活塞环以解决上述问题[3]。
1 新型复合式单气环结构
图1是新型复合式单气环结构图，经改造后只有一个环槽，但是该环槽可以同时将三环叠加安装进来，要求每个环开口错开120度进行安装，但对环开口形状、结构要求不高。
图2是传统活塞环结构图，主要包括搭叠式切口直切口，斜切口三种气环切口间隙。之所以会有多种活塞气环切口间隙是因为其降低漏气量是通过改变塞漏气通道的曲折性实现的[4]。但该原理也给活塞环的制造带来了挑战，越是密封效果好的切口，如搭叠式切口，其制造和安装的难度也是最大的[5]。
新型复合式单气环有效的解决了传统多气环活塞环开口间隙漏气的问题，同时也具有很高的安全性和经济性。为了保证在热态时中间环的背隙很小，在安装时应保证三环中间一环半径大，同时为了弥补由于半径大可能造成的热膨胀量，应保证其开口间隙大。另外还要求较之上环和下环，中间环较厚一些。
2 新型复合式单气环密封机理
新型复合式单气环密封机理为：
①上浮动环和下浮动环环组合后，在活塞圆周方向形成了斜道密封环，增加了圆周方向的密封性。
②上浮动环和下浮动环是正扭曲环，装入气缸后，环与环槽间的侧隙会减小，可以减少活塞环与环槽侧隙的悬浮漏气，提高了新型复合式单气环的密封性。
③相对于上下浮动环，中间稳定环半径较大。在热态下，由于中间稳定环的热膨胀，与上下浮动环一起封闭了活塞环开口间隙，这样活塞环开口间隙就彻底封闭了。
④由于上浮动环，中间稳定环，下浮动环组成的特殊结构，避免了共振现象的发生，大大减少了活塞环浮动造成的漏气。
⑤三环的开口错开120度，安装于同一环槽中，形成复杂曲折的漏气通道，可以有效地降低活塞环的漏气。
⑥新型复合式单气环构成特殊的润滑油腔，使上下环与气缸壁的接触面得到良好的润滑，减少了环与气缸壁的磨损，减少了机械损失。并且有助于密封由于活塞环浮动造成浮动漏气。
3 新型复合式单气环功用
由于新型复合式单气环的特殊结构，所以它改进了一些传统活塞环在实际应用过程中存在的问题。
3.1 活塞环开口间隙漏气问题 新型活塞环上浮动环，下浮动环主要密封汽缸壁和活塞之间的间隙。中环的作用主要是配合其它两环密封活塞环开口间隙。如此一来由于开口间隙已经被封闭了，就不会出现气体泄漏现象了。气体只有在活塞环发生浮动时，才会产生漏气通道，而且这个漏气通道的面积是不断变化的。
由于加工误差造成的热态下的机械变形及气缸筒变形(椭圆度超差)，不仅会影响活塞环与缸筒之间的配合，可能还会使活塞环与缸筒局部出现微小缝隙。有研究资料显示，当椭圆度到0.012mm以上时，气缸筒的漏气量可能增加20%，两者之间存在直接的联系。要想避免和解决上述问题，采用新型活塞环是一种有效途径，如此不仅可以加强活塞环与气缸壁圆周上的密封性，也能够有效降低两者之间的漏气量。 3.2 活塞环震颤效应 在垂直于活塞销的平面内，由于随时间变化的燃气爆发力和惯性力的作用，活塞产生摇摆和横向运动，称活塞系统的二阶运动[6]。
压缩行程时活塞的运动路线是由下止点向上止点，此时活塞环受到向上的惯性力，向下的气体压力，摩擦力，活塞环重力。做功行程时活塞的运动路线和压缩行程是相反的，此时活塞环受到向上的摩擦力和惯性力，向下的气体压力，活塞环重力。新型活塞环由于将活塞环开口间隙封闭了，改变了气体压力，此时气体压力会把活塞环紧紧的压在环槽底部，进而保证了活塞环在运动的过程中不会出现浮动，不仅大大地提高了发动机的动力性，也有效地节约了成本。
由于三环叠加的特殊构造，中间稳定环质量较大且与上下浮动环的截面积、质量都不同，所以共振频率不同。上下浮动环具有良好的弹性，上下浮动环互为阻尼。当它们在高速往复运动状态下，由于阻尼作用，新型活塞气环振动没有固定的频率，所以能够很好的避开活塞运动的往复运动周期。即使活塞环出现振动，由于新型活塞气环具有缓冲振动的作用，也能够有效避开活塞振动周期，使活塞环正常运行。
3.3 燃烧室结胶积碳问题 对于内燃机来说，机油耗损的主要原因是机油通过活塞环窜入气缸内燃烧，几乎占到油耗损总量的80%以上[7，8]。新型复合式单气环的上浮动环，中间稳定环，下浮动环构成了一个润滑油腔，如图3所示。可以把少量的机油储存在这个润滑油腔内。新型活塞环组工作时，环组由上止点向下止点运行时，上浮动环与气缸壁间的润滑油一部分被刮入润滑油腔内，新型活塞环组由下止点向上止点运行时，润滑油腔内的润滑油可以均匀的分布在气缸壁上，这样在气缸壁上就形成一层薄的油膜，保证了新型活塞环组的良好润滑。由于气缸压力远远大于曲轴箱压力，因此压力差会控制机油向上溢出，减少润滑油造成进入燃烧室，造成燃烧室不完全燃烧，形成结胶积碳。
新型复合式单气环间积碳机会很小，这是因其减少了活塞环开口间隙漏气量，也就减少了碳积聚在活塞环间的几率，减少了蜡和胶质物随气体沉积的机会，再加上金属本身就具有吸附性等造成的。另外由于三环叠加，环与环之间相对运动，使得新型活塞环具有自洁功能。在降低发动机漏气及降低机油耗的领域，郑州双元活塞环有限公司的设计专利取得较明显的成效，环结构是在一道气环槽中配置两片楔形环的组合气环，在同一道气环槽中，靠近活塞顶端方向的为上环，另一片为下环。其楔形角度根据不同机型采用不同的角度，上、下环之间的环隙形成润滑油腔。其润滑油腔结构与我们的新型复合式单气环的储油腔很相似。
4 结论
①新型复合式单气环有效的解决了传统多气环活塞环开口间隙漏气的问题;
②新型活塞环减缓了活塞环浮动现象，并减少了由此带来的危害;
③有效的改善了积碳问题;
④由于特殊的结构带来的作用，不仅简化了制作工艺，也具有良好的经济效益。
参考文献：
[1]高立新，殷海晨，张建宇，等.第二代小波分析在轴承故障诊断中的应用[J].北京工业大学学报，2009，35(5)：577-581.
[2]吴志红.改进活塞环设计降低漏气量[J].内燃机配件，2003，30(1)：19-21.
[3]单绍平.柴油机组合式活塞环的研究[D].西南交通大学，2005：2-3.
[4]韩海燕，钟振远，张优云.沙尘环境下活塞环动力学研究及其漏气分析[J].润滑与密封，2007，32(9)：6-9.
[5]雷基林，申立中，刘强，毕玉华，颜文胜.活塞环结构对柴油机机油耗的影响分析[J].内燃机工程，2010，32(5)：79-83.
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