柴油發(fā)電機(jī)組活塞環(huán)的氣環(huán)作用及工作原理
活塞環(huán)是具有彈性的金屬開(kāi)口圓環(huán),按其功用不同可分為氣環(huán)和油環(huán)兩種。安裝在活塞頭部上端的是2~4道氣環(huán),下端的是1~2道油環(huán)。
氣環(huán)的功用是保證活塞與氣缸壁之間的密封,防止活塞上部的高壓氣體漏入曲軸箱。當(dāng)密封不良時(shí),壓縮沖程中的氣體漏出較多,使壓縮終了的壓力降低,對(duì)于內(nèi)燃機(jī)會(huì)造成啟動(dòng)困難。高溫燃?xì)饴┤肭S箱還會(huì)使活塞溫度升高,機(jī)油因受熱而氧化變質(zhì)。除密封作用外,氣環(huán)還起傳熱作用?;钊敳克盏臒崃浚蟛糠忠ㄟ^(guò)氣環(huán)傳給氣缸壁(因活塞頭部并不接觸汽缸壁),再由外部的冷卻介質(zhì)帶走。
氣環(huán),特別是第一道氣環(huán),除了隨活塞沿汽缸壁作高速往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)外,還受到高溫和高壓燃?xì)獾膲毫σ约皾?rùn)滑條件差等因素的影響,從而使氣環(huán)的力學(xué)性能降低,彈性下降,而且會(huì)引起潤(rùn)滑油的炭化,甚至可能造成拉缸和漏氣。因此要求氣環(huán)應(yīng)有足夠的彈力,才能使環(huán)的四周緊貼在汽缸壁上,這時(shí)高壓燃?xì)饩筒豢赡芡ㄟ^(guò)氣環(huán)與汽缸壁之間的接觸面漏出。而作用在環(huán)上端面的燃?xì)?,使環(huán)緊壓在活塞環(huán)槽中,使下端面與環(huán)槽緊貼。進(jìn)入環(huán)的內(nèi)側(cè)面與環(huán)槽之間的燃?xì)?,其壓力向外,使環(huán)更加貼緊汽缸壁。因此利用氣環(huán)本身的彈力和燃?xì)獾膲毫?,即可阻止高壓燃?xì)獾男孤?/p>
活塞環(huán)通常采用優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵或合金鑄鐵制成。為了提高第一道氣環(huán)的工作性能,提高其耐磨性,常在第一道氣環(huán)的表面鍍上多孔性鉻層或鉬層。近年來(lái),第一道氣環(huán)也有用球墨鑄鐵或鋼制成的。在自由狀態(tài)下,環(huán)的外徑略大于汽缸直徑,裝入汽缸后,活塞環(huán)產(chǎn)生彈力壓緊在汽缸壁上,開(kāi)口處應(yīng)保留一定的間隙(稱(chēng)為端隙或開(kāi)口間隙,內(nèi)燃機(jī)活塞環(huán)的開(kāi)口間隙通常為0.4~0.8mm),以防止活塞環(huán)受熱膨脹時(shí)卡死在汽缸中?;钊h(huán)裝入環(huán)槽后,在高度方向也應(yīng)有一定的間隙(稱(chēng)為側(cè)隙,內(nèi)燃機(jī)活塞環(huán)的側(cè)隙通常為0.08~0.16mm)。當(dāng)活塞環(huán)安裝在活塞上時(shí),應(yīng)按規(guī)定將各環(huán)的開(kāi)口處互相錯(cuò)開(kāi)120°~180°,并且活塞環(huán)開(kāi)口應(yīng)與活塞銷(xiāo)座孔錯(cuò)開(kāi)45以上,以防活塞環(huán)裝入汽缸后產(chǎn)生漏氣現(xiàn)象。
為了改善活塞環(huán)的工作條件,使活塞環(huán)與汽缸更好地走合,有些活塞環(huán)采用了不同的斷面,在安裝時(shí)要特別注意。氣環(huán)的基本斷面形狀是矩形。矩形環(huán)易于制造,應(yīng)用廣泛,其磨合性比較差,不能滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機(jī)日益強(qiáng)化的要求。這種普通的壓縮環(huán)可隨意安裝在氣環(huán)槽內(nèi)有的發(fā)動(dòng)機(jī)采用錐面環(huán)結(jié)構(gòu)。這種環(huán)的工作表面制成0.5°~1.5的錐角,使環(huán)的工作表面與缸壁的接觸面減小,可以較快地磨合。錐角還兼有刮油的作用。但錐面環(huán)的磨損較快,影響使用壽命。安裝時(shí)有棱角的一面朝下。
有些內(nèi)燃機(jī)采用扭曲環(huán)。扭曲環(huán)的內(nèi)圓上邊緣或外圓下邊緣切去一部分,形成臺(tái)階形斷面。這種斷面內(nèi)外不對(duì)稱(chēng),環(huán)裝入汽缸受到壓縮后,在不對(duì)稱(chēng)內(nèi)力的作用下,產(chǎn)生明顯的斷面傾斜,使環(huán)的外表面形成上小下大的錐面,這就減小了環(huán)與缸壁的接觸面積,使環(huán)易于磨合,并具有向下刮油的作用。而且環(huán)的上下端面與環(huán)槽的上下端面在相應(yīng)的地方接觸,既增加密封性,又可防止活塞環(huán)在槽內(nèi)上下竄動(dòng)而造成泵油和磨損,這種環(huán)目前使用較廣泛,安裝扭曲環(huán)時(shí),必須注意其上下方向,不能裝反,內(nèi)切口要朝上,外切口要朝下在一些熱負(fù)荷較大的內(nèi)燃機(jī)上,為了提高氣環(huán)的抗結(jié)焦能力,常采用梯形環(huán)。這種環(huán)的端面與環(huán)槽的配合間隙隨活塞在側(cè)向力作用下作橫向擺動(dòng)而改變,能將環(huán)槽中的積炭擠碎,防止活塞環(huán)結(jié)膠卡住。這種環(huán)同普通氣環(huán)一樣可隨意安裝。
還有一種形式的氣環(huán)桶面環(huán),它的工作表面呈凸圓弧形,其上下方向均與汽缸壁呈楔形,易于磨合,潤(rùn)滑性能好,密封性強(qiáng)。這種環(huán)已普遍用于強(qiáng)化內(nèi)燃機(jī)上。這種環(huán)同普通的壓縮環(huán)一樣,可隨意安裝在氣環(huán)槽內(nèi)。
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