柴油機(jī)活塞環(huán)開口安裝方向分析

1、柴油機(jī)活塞環(huán)開口安裝方向分析李小陽,孫松林 ,匡迎春 ,劉保華( 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院,湖南 長沙 410128)摘要 : 采用對比分析方法,根據(jù)柴油機(jī)活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)等因素對活塞環(huán)安裝方向的要求,比較分析了一些柴油機(jī)活塞環(huán)開口的安裝方向 ,明確了柴油機(jī)活塞環(huán)開口的正確安裝方向.關(guān)鍵 詞 : 柴油機(jī) ;活塞環(huán) ;開口中圖分類號 : S219 . 031文獻(xiàn)標(biāo)識碼 :AAnalysis of t he Setting Directio n of Pisto n Ring Cap of Diesel EngineL I Xiao2ya ng , SUN So ng2lin , KUAN G Yin

2、g2chun , L IU Bao 2hua ( College of Engineering and Technology , HNAU ,Changsha 410128 , PRC)Ab stra ct :By int ro ducing t he st ruct ure of pisto n rings cap ofdiesel engine ,t he aut ho rs set fo rt h t he rea2so n fo r it s right set ting ,make a co mparative analysis of and f urt her mo re poin

3、t o ut it s set ting directio n . Ke y wo r d s : diesel engine ;pisto n ring ;crack活塞環(huán)按其作用不同分為氣環(huán)和油環(huán) . 氣環(huán)的主要作用是密封氣缸 ,防止漏氣并將活塞頭部熱量傳給氣缸壁 , 幫助活塞散熱 1 . 活塞環(huán)的安裝方向 , 歷來被人們所重視 ,并都有具體的技術(shù)要求 ,活塞環(huán)開口錯(cuò)開是大家公認(rèn)的 ,但是錯(cuò)開的位置與相互間的角度并不一致 . 筆者從活塞環(huán)的結(jié)構(gòu) 、內(nèi)燃機(jī)的工作情況等因素考慮 ,對環(huán)口安裝方向進(jìn)行分析 ,旨在找尋活塞環(huán)開口的正確安裝方向 .1 最佳通道的選擇現(xiàn)代高速柴油機(jī)一般都由 2 3 道

4、氣環(huán)組成迷宮式通道 1 ,常見的幾種通道形式見圖 1 .對置式偏置式均布式圖 1迷宮式通道的形式Fig. 1The fo rm of mazy p athway很顯然 ,a 型對置式通道氣流阻力最大, b 型偏置收稿日期 :2002 209226基金項(xiàng)目 :湖南省教育廳資助項(xiàng)目( 01C131 )作者簡介 :李小陽 ( 19692) ,男 ,漢族 ,湖南汨羅人 ,碩士研究生 ,湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程師 .式次之 ,c 型均布式最小. 但由于 a 型的 1 ,3 環(huán)對口重疊 ,存在潛在的短路危險(xiǎn).2 環(huán)若在1 環(huán)開口對應(yīng)處密封不好 ,氣體將直接經(jīng)此處從3環(huán)開口處泄漏 . c型從表面看 ,氣流阻力最小

5、, 但 2 環(huán)若在 1環(huán)開口對應(yīng)處密封不好 ,仍有第3 道環(huán)作為一道屏障. b 型特點(diǎn)介于 a 型與 c 型之間 . 由于在一般情況下,只要有二道氣環(huán)起作用便能使高速柴油機(jī)正常工作,所以 b型與 c 型是常采用的 2種形式 . 但在目前零件制造質(zhì)量不能充分得以保證的情況下,應(yīng)考慮到某一環(huán)密封失效的可能,所以 c 型均布式迷宮通道應(yīng)視為最佳通道 .2 活塞環(huán)開口位置的確定燃料燃燒時(shí),在燃燒室內(nèi)各點(diǎn)的氣體壓力是不一致的 ,不同形狀的燃燒室氣體載荷點(diǎn)作用在活塞頂部的位置也是不一致的 . 由于柴油機(jī)第一道氣環(huán)工作條件最差 ,直接承受高溫高壓氣體的作用 ,磨損最為嚴(yán)重 ,開口間隙增加的速率最高 ,所以第

6、一道環(huán)口位置應(yīng)朝向燃燒室內(nèi)氣體壓力最低處 ,以利于氣體密封 2 .2 . 1燃燒室位置對環(huán)位置的影響( 1) 偏置式 . 活塞頂部燃燒室軸線與活塞軸線不重合 ,如 4125 ,4115 ,2105型 ,部分 95 系列的渦流室式燃燒室 . 單缸渦流室式柴油機(jī)在渦流室對面的氣缸壓力小于靠近渦流室的的氣缸壓力,所以第一道活塞環(huán)開口處于氣壓最低處的第一位置即渦流室對面 ,對于氣體的密封最為有利 .166湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版 )2003 年 4 月(2) 非偏置式 . 活塞頂部燃燒室軸線與活塞軸線重合 ,如 90 系列球形燃燒室、105 型系列 U 型燃燒室等 . 英國 Munro R. 等曾

7、對活塞頂部燃燒室凹坑幾何軸線與活塞軸線相重合的柴油機(jī)活塞進(jìn)行過溫度測量 ,2 個(gè)測量點(diǎn)的位置均靠近第一道環(huán)槽,兩測量點(diǎn)溫度在不同轉(zhuǎn)速 、不同負(fù)荷下均相差很小3. 由于活塞表面上各點(diǎn)的溫度與所承受的氣體壓力成正比關(guān)系 ,所以可以認(rèn)為 ,對于這種活塞軸線與活塞頂部燃燒室凹坑軸線相重合的柴油機(jī),第一道活塞環(huán)頂面在圓周范圍內(nèi) ,各點(diǎn)所受到的氣體壓力都基本相同,因此第一道氣環(huán)的開口方向可以是隨意的.2 . 2 活塞裙部對環(huán)位置的影響活塞裙部主要起導(dǎo)向和承受由于連桿擺動(dòng)而產(chǎn)生的側(cè)壓力的作用.氣體的密封作用主要是靠活塞頂部上的三道氣環(huán)來完成 .在油環(huán)槽底面與下部均開有泄油道,所以油環(huán)沒有環(huán)背氣壓來幫助密封,

8、其密封能力基本全靠本身的彈力 . 活塞下行時(shí) ,油環(huán)以很快的速度往下刮油,使?jié)櫥彤a(chǎn)生較大的油壓,所以 ,油環(huán)的上平面與環(huán)槽是貼在一起的 ,對氣體下竄,潤滑油的上竄起到一定的隔絕作用 . 但是 ,位于第一道油環(huán)位置以下的活塞銷座及活塞裙部對氣體的密封是不起作用的.另外 ,對4125 ,4115 ,2125型及 95 系列柴油機(jī)來講,要想使環(huán)的開口真正與活塞銷方向錯(cuò)開也是極為困難的,因?yàn)檫@些型號的柴油機(jī)活塞為了抵消熱膨脹在銷座處除去了一部分金屬,這些凹陷部分占整個(gè)圓周的1/2.活塞銷區(qū)域內(nèi)環(huán)的開口安裝方向如圖2所示.由于活塞環(huán)在環(huán)槽中作圓周轉(zhuǎn)動(dòng),所以活塞環(huán)由于安裝時(shí)的誤差和圓周運(yùn)動(dòng)的結(jié)果環(huán)口不是

9、偏向銷座就是偏向,燃燒室 ,因此 ,環(huán)口錯(cuò)開活塞銷方向既無理論上的必要 也無實(shí)際上的可能.,都沒什么磨損 . 活塞環(huán)也不可能直接承受側(cè)壓力 ,特別是裙部為橢圓的活塞 ,因工作面曲率變化平緩 ,在正常工作溫度下 ,與缸筒全面貼合 ,壓力分布較均勻 , 側(cè)壓力由整個(gè)裙部承受 ( 圖 3) . 因此 ,從活塞裙部的作用和結(jié)構(gòu)來看 ,環(huán)的開口既無需躲開 ,也無法躲開側(cè)壓力方向 .a . 冷態(tài) ;b. 暖態(tài) ;c. 正常工作溫度狀態(tài)圖 3正常橢圓活塞的貼合面Fig. 3 The a butt ed surface of the goo d o val2shapp e d pi sto n綜上分析結(jié)果,第

10、一道活塞環(huán)開口位置應(yīng)位于作功行程時(shí) ,燃燒室內(nèi)氣體壓力最低處為宜. 偏置式燃燒室 ,位置在噴油器對面;非偏置式燃燒室,第一道環(huán)的開口可為任意位置,且可放到噴油器對面;3個(gè)氣環(huán)的開口必須組成迷宮式通道, 以相互錯(cuò)開120為最佳 ; 油環(huán)的開口方向的要求可放寬, 但從刮油與布油的角度考慮 ,為防止機(jī)油上竄,第一道油環(huán)與第一道氣環(huán)開口相隔180,若有第二道油環(huán),第二道與第一道油環(huán)開口相隔180為 宜 ; 各環(huán)的開口無需躲開活塞銷方向及其垂直方向(側(cè)壓力方向 ) . 推薦活塞環(huán)開口安裝方向如圖4所示圖 4活塞環(huán)的建議安裝方向Fig. 4The p ropo sal setting dire ctio n of pi sto n ring圖 2活塞銷區(qū)域內(nèi)環(huán)的開口安裝方向參考文獻(xiàn) :Fig. 2The setting dire ctio n of pi sto n ring c ap in thewri st pinblo c k zo ne 1 梁順堂 . 小型農(nóng)用內(nèi)燃機(jī) M . 長沙 : 湖南科學(xué)技術(shù)出版社 ,1979 .從活塞的構(gòu)造來看 ,防漏部直徑小于裙部 ,4125 型小 0 . 29 0 . 45 mm ,95 系列小 0 . 28 0 . 38 mm , 所以防漏部并不受側(cè)壓力 ,真正承受側(cè)壓力的