活塞环组（精选四篇）
活塞环组 篇1
活塞环是燃油发动机的内部的核心部件, 起着密封、调节机油 (控油) 、导热 (传热) 、导向 (支承) 四大作用, 其性能好坏直接影响发动机的动力性和经济性。密封是气环的主要任务, 即密封燃气, 不让燃室压力进入曲轴箱, 使气体的泄漏量尽可能的小。如果活塞环组的气密性不好, 那么燃气的泄漏量会大大增加, 而漏气量增加的最直接结果就是发动机功率下降;同时, 漏气量的增加还会使润滑油变质, 间接地使系统磨损加剧, 磨损越大漏气量也就越大, 最终导致发动机寿命急剧下降。因此, 研究活塞环组环面压力与漏气, 不仅可以为活塞环的设计提供指导, 也是研究缸套-活塞环系统的润滑和摩擦的必要前提[1,2]。
1 基本理论
1.1 气体流动基本假设[3]
燃气气体在活塞环组内的泄漏是极其复杂的, 为了得到气体泄漏基本模型, 我们做以下假设:
1) 环的开口间隙是气体泄漏的唯一通道, 系统的泄漏通路[2]可以用简单的小孔来代替, 如图1所示;
2) 气体经过小孔的流动是绝热的, 小孔的流量可以用通过小孔的一维流动公式来计算;
3) 活塞环始终是圆形的, 忽略温度、气体压力等对活塞环变形的影响;
4) 活塞环间的每个气室的体积一定, 在工作循环中, 不随活塞环的上下窜动而发生改变;
5) 气室中的气体满足理想气体理论, 并且在变化过程中是等温的;
6) 曲轴箱的气体压力等于标准大气压 (0.1MPa) 。
1.2 计算模型
根据理想气体状态方程有:Pi Vi (28) m Rg Ti
两边求导可得:
其中, Pi, Vi, Ti分别为第i个气室的压力、体积和温度, m是气体质量, Rg为气体常数, 对于空气为287J/ (kg.K) , Qi为第i个活塞环的瞬时气体泄漏量。
在实际计算中, 由于温度变化对气室压力变化影响很小, 所以一般不考虑温度的影响, 故
1.3 气体瞬时泄漏量的计算
一个由三道活塞环组成的密封系统如图1所示, 它的气体流动方式共有23 (28) 8种, 跟相邻的两个气室的气体压力有关。我们假设iP>Pi (10) 1, 根据气体小孔流量方程可得气体瞬时泄漏量Qi[4,5]。
上式中, Kc是流量系数, 一般取值为0.86[6];Ai为第i个小孔的开口面积, 也就是泄漏面积;k是气缸内气体的绝热指数, 约等于1.4。
上式中, 如果iP
综合方程组 (1) 、 (2) 、 (3) , 可得
环面压力P2、P3及气体泄漏量就可以用龙哥库塔法[8]求解微分方程组 (4) 得到。首先分别给P2、P3一个初始值, 在经过内燃机的一个循环后, 如果循环结束时的值与初始值不能满足要求, 那么将结束值赋给初始值, 重新开始计算, 直到初始值与结束值之间满足某个精度要求为止。计算流程框图如图2所示。
2 计算结果分析
本文以16V280ZJB型大功率柴油机为例进行计算分析, 16V280ZJB型柴油机的计算参数如表1所示。
2.1 各环压力分布与泄漏量
根据以上分析过程, 自编Matlab程序, 计算该柴油机在1000r/min转速下的气室压力P2、P3, 并根据P2、P3求得每个环的漏气量, 绘制出一个循环内活塞环组的气室气压和气体泄漏量曲线, 如图3、4所示。图3表示各环间的压力分布, 因为气体流入下一室需要时间, 所以压力变化在相位上具有一定的滞后性, P2 (第一、二环间压力) 在450°左右达到最大值, 在A点的时候P2>P1。图4表示各个环的气体泄漏量, 在450°时第一环的泄漏量开始出现负值, 也就是说气体出现倒流, 那是因为气室2的压力大于燃烧室的压力, 所以才会出现“倒吸”现象。总的来说, 由于有活塞环的密封作用, 使得每个环的泄漏量大幅减少, 密封效果还是比较明显的。
2.2 转速的影响
如图5所示, 随着转速由720 r/min提高到1000r/min再到1100 r/min, P2、P3都是随着转速的提高而下降的, 并且相位也出现了滞后的现象, 与此相对应的漏气量也随之减少。因此, 可以得出这样的结论, 活塞环的密封条件将随转速的提高而改善, 气室压力随转速的提高而下降。所以, 高速发动机采用为数较少的活塞环, 也可以得到与低速发动机采用多数活塞环同样的密封效果。
2.3 泄漏面积的影响
把第一环的泄漏面积A1分别增大到2A1和3A1, 得到P2和P3的曲线如下图6所示。活塞环组的漏气量随着A1的增大而急剧提高, 当泄漏面积为2A1时, 漏气量约为原来的1.25倍;当面积为3A1时, 漏气量约为原来的1.4倍。对A2、A3作相同的处理后也得到类似的结果, 可见, 泄漏面积的增大, 会使气室压力的峰值比原来有较大的提高, 同时气体泄漏量也急剧增长。因此, 泄漏面积的增大会导致活塞环组的密封性能大幅减低。
2.4 气室体积的影响
将第一环与第二环之间的环室体积V2增大到1.5V2和2V2, 得到P2和P3的气压如下图7所示。从图中可以发现, 活塞环的气室压力P2和P3都是随着气室体积的增大而减小的, 通过计算得出活塞环组的漏气量分别变为原来的0.989倍和0.987倍。可见, 当活塞环组的气室体积有较大幅度增加时, 漏气量只是有略微的减少, 因此, 环室体积的变化, 对漏气量影响不大。
3 结论
1) 通过建立活塞环组密封系统理论模型, 自编通用Matlab程序, 以16V280ZJB型大功率柴油机为例进行数值计算, 求得其在1000 r/min转速下的气室压力及气体泄漏量, 并对系统的密封性进行分析;
2) 内燃机转速的变化对活塞环的影响非常明显, 随着转速的提高, 环室压力下降, 与此对应的漏气量也随之减小;
3) 泄漏面积的增大, 会使气室压力的峰值比原来有较大的提高, 同时气体泄漏量也急剧增长;
4) 环室体积的大幅变化, 对漏气量只有轻微的影响, 环室体积的变化对漏气量影响不是很大。
参考文献
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活塞环组 篇2
1、活塞直径﹕标准值80.98㎜，最大偏差0.04㎜于活塞下缘离裙部底边约15㎜处测量。测量前需校准千分尺并计算误差。超过误差应更换合适的活塞。
2、气缸内径﹕标准值81.01㎜，最大偏差0.08㎜。横向是指曲轴方向。圆度、圆柱度
误差不大于0.005㎜，否则应对气缸进行镗削加工。
3、油膜间隙﹕标准值0.035 ~0.045㎜。将活塞倒装入气缸，用塞尺测量间隙。
4、第一道活塞环∶侧隙0.03 ~0.06㎜，端隙0.30 ~0.45㎜。活塞环位于气缸平面下约15
㎜处测量。若不符合规定应重新选配活塞环。
5、活塞连杆组拆装注意事项∶
①对活塞做标记，打上气缸号及指示发动机前端的箭头。②拆卸连杆及连杆轴承盖时应打上气缸号，安装时连杆浇铸标记应朝向发动
机前端。
③安装时连杆螺栓、螺母的螺纹，螺母与轴承盖的接触面，轴承盖与连杆接
触面都需要涂抹机油。螺母的拧紧力矩为30n.m，再转180度。连杆螺
栓必须更换。
④活塞环开口互错120°，有标记面朝上。镀铬的为第一道环。安装顺序为
油环的下刮片→油环的衬簧→油环的上刮片→第二道环→第一道环。
⑤拆装时要对零部件认真细致地进行清洗，正确使用工量具，特别是千分尺
活塞连杆组装配技术要点 篇3
1.活塞与活塞环装配
活塞环分为气环和油环。气环能防止漏气, 但它不能防止机油窜入燃烧室。为了防止气环受热膨胀时在环槽中卡死而失去密封作用, 必须使气环与环槽留有一定的间隙, 这样气环在工作时才有向燃烧室泵油作用。一般发动机安装两道或三道气环, 在气环的下面还设有一道油环。油环主要起刮油作用, 防止机油进入燃烧室。
(1) 在专业修理厂, 都有专用工具用来安装活塞环, 因为活塞环大多为铸铁材料, 性脆、易折断, 要用专用的工具安装更好;同时, 使用专用工具安装活塞环还可防止拉伤活塞外圆表面。
(2) 气环的断面形状有梯形的称为梯面环, 有锥形的称为锥面环。安装气环时, 要区别开梯面环与锥面环;梯形环为第一道气环, 内圆上部有内切口;锥面环为第二道气环。
(3) 安装时切记气环带有“TOP”字样的一面朝上, 切勿装反。
(4) 油环要安装在两气环的下面。油环内撑有螺旋弹簧, 有自动补偿弹力的作用, 不会因活塞环磨损后弹力下降而使刮油能力降低。安装油环时, 注意螺旋弹簧在环体槽内的状态, 以防其松脱。
(5) 活塞环安装后, 要用厚薄规检查活塞环与环槽的侧隙:新装时活塞环侧隙为0.02～0.05 mm, 达到0.15 mm时必须更换。再检查活塞环的开口间隙, 即活塞环以常温状态装入气缸后, 其开口处应留适当的间隙。活塞环开口间隙大小既要保证活塞环在工作热状态下能自由地膨胀而不至于卡死;又应尽量减少燃气和机油从此通道的泄漏量。活塞环开口间隙为0.25～0.40 mm。
(6) 将活塞组件装入缸套前, 注意检查各环开口位置, 应使环开口相互错开120°, 并使环开口偏离活塞销轴线30°以上。
2.活塞与连杆的组装
在活塞、连杆组装前, 要注意:活塞的型号应与发动机型号相一致, 一台发动机要选用同一质量级别的连杆;否则会引起发动机爆震或燃烧不良, 造成发动机动不平衡, 引起发动机振动而导致损坏。
(1) 在安装活塞销之前, 要将活塞放入机油中加热到80 ℃维持10 min, 等销孔受热胀大后, 再将活塞销装入。若是进口活塞与进口活塞销装配, 一般不需要加热, 但国产的需要加热。遇有装配困难时, 决不允许用锤敲入, 应按工艺要求加热活塞再进行装配。否则会引起销座孔变形, 间隙增大, 造成早期损坏。
(2) 在组装活塞与连杆时, 应注意连杆和活塞的安装方向, 95系列柴油机, 连杆大端开口与活塞顶涡流凹坑或球形凹坑的导向口方向相反, 连杆小头油孔向上。
(3) 活塞与连杆装配。插入活塞销之前, 将活塞销表面涂上润滑油, 在活塞销座孔不装卡簧的一端用手迅速推入活塞销座, 穿过连杆衬套, 并使活塞顶燃烧室铲式凹坑形顶尖与连杆小头上的油孔在同一方向, 保证机油进入衬套内, 润滑衬套和活塞销。装入活塞销后, 应使活塞与连杆转动灵活, 不松旷, 且无阻滞感。
(4) 在整个组装过程中, 注意保护活塞外圆表面, 以防磕碰、拉伤, 应在工作台上铺上橡胶垫板。
3.将活塞连杆组装入气缸的技巧
(1) 将所有零件清洗干净, 在活塞环槽内滴入清洁的机油, 并用手轻轻拍动活塞环, 使润滑油进入槽内及侧隙处。然后, 应使环开口相互错开120°, 并使环开口偏离活塞销轴线30°以上。将连杆瓦装入连杆与连杆盖中, 在连杆瓦上涂上少许清洁机油, 将连杆体上的螺孔用压缩空气吹净。
(2) 将气缸套内壁及曲轴颈清洁干净, 在气缸内壁和连杆轴颈上涂上足量的清洁机油。
(3) 使曲轴转到上止点位置, 用专用工具将活塞连杆组装入缸套中。装入时, 注意再检查一次活塞环的开口位置, 以确保各环位置正确。
(4) 将连杆轴颈和连杆轴瓦清洗干净并涂一薄层清洁润滑油, 装合连杆盖时注意连杆大头的配对记号。
(5) 将连杆螺栓沾少许润滑油旋入螺孔, 按规定扭矩紧固连杆螺栓, 并确认最终扭矩达到标准要求, 对达不到要求扭矩的螺栓应予更换。
活塞环组 篇4
在今后相当长一段时期内, 内燃机车仍将是汽车市场的主导, 是人们主要使用的交通运输工具。曲轴偏置带来发动机动力性、经济性等方面的改善, 宝马公司V10、本田飞度i-DSIM、丰田1SZ-FE和日产LIVINA骊威等款发动机采用了偏置式曲轴设计。国内相关有裘澄立专利 (ZL01256936.4) 、李德平等专利 (89205287) 、杨入山专利 (89205287) 等曲轴偏置式往复活塞式内燃机报道。但在曲轴偏置式发动机工作过程中, 活塞对气缸壁的侧压力始终存在, 造成摩擦增大, 功耗增加。针对侧压力进行分析, 进一步优化曲轴偏置发动机经济性, 将有利于提高发动机使用效率, 同时降低燃油消耗, 减少对环境的污染, 具有现实意义。
1 曲轴偏置的概念
曲轴偏置式发动机是在中心式发动机的基础上, 在曲轴、连杆、缸径等重要参数不变的情况下, 仅仅改变其曲轴中心的位置, 将曲轴中心左偏一定距离, 可解决敲缸问题, 改善发动机工作的平顺性, 同时可提高发动机工作过程中的动力性和经济性。
2 活塞对气缸壁侧压力分析
2.1 曲轴连杆机构所受外力
以一个单缸机的曲轴连杆机构为例, 若忽略各运动副的摩擦阻力和阻力矩不计, 忽略构件自身重力不计, 则它所受到的外力就只有:
(1) 作用于活塞的气体作用力Pj;
(2) 作用于曲轴动力输出端的旋转阻力矩M';
(3) 气体对活塞的支承力N';
(4) 机体对曲轴的支承力Pr。
其中N'可认为垂直于气缸中心线并通过活塞销中心。
2.2侧压力分析
2.2.1 进气行程
刚开始工作时, 偏置式发动机侧压力大于中心式发动机, 随着气缸内压力的增大, 二者相差不大。
2.2.2 压缩行程
压缩过程中偏置式发动机侧压力一直大于中心式发动机, 但是到压缩终了时二者相等。
2.2.3 做功行程
偏置式发动机与中心式发动机侧压力峰值相差不大, 总的来说, 偏置式发动机侧压力变化曲线较为突然, 造成对缸壁瞬间冲击加剧, 正压力较大, 磨损严重。
2.2.4 排气行程
在排气行程中, 偏置式发动机侧压力始终大于中心式发动机。
3 减少活塞组摩擦损失
通过对侧压力的分析, 针对减少摩擦、进一步优化曲轴偏置发动机经济性采取改进措施, 将有利于提高发动机使用效率, 降低燃油消耗。
3.1 活塞缸套表面处理
3.1.1 缸壁硬化处理
在对侧压力分析的基础上, 针对磨损加剧处增强缸壁硬化处理, 保证发动机工作的可靠性。
3.1.2 缸套表面镀层
根据Michael Halsband对不同缸套表面镀层摩擦力平均值影响的研究, 若在缸套表面镀石墨, 摩擦力平均值下降6%, 缸套表面镀Ni Si Di时, 摩擦力平均值下降高达16%。车用发动机在低负荷工况下, 通过减少活塞摩擦力可以降低燃油消耗率4.5%-7.5%。
3.1.2 活塞表面涂层
日本丰田公司曾推出低粘度树脂涂层活塞, 其树脂涂层材料是由固体润滑剂和保持润滑的树脂型粘合剂构成。以往的树脂涂层材料是用二氧化钼和石墨作为固体润滑剂, 粘合剂则采用聚酰胺亚胺树脂;而新开发的涂层材料则掺有减少摩擦的聚四氟乙烯, 这种材料与以往的树脂层材料一样具有良好的耐久性, 同时还可以减少摩擦。活塞采用了这种新涂层材料的2MZ-FE型发动机与原涂层材料的1MZ-FE型发动机相比, 活塞组的摩擦损失降低了10%。
3.2 采用低张力活塞环
活塞环的摩擦损失占总摩擦损失的比例最大, 特别是在发动机低速运转时, 活塞环的摩擦损失所占的比例更大。若将活塞环的张力减小10%, 其摩擦损失可减小5%-10%。
4 结论
在新能源汽车没有大量进入人们的生活之前, 内燃机车在相当长的一段时期内仍将作为汽车市场的主导。通过提升内燃机的动力性和经济性达到节约能源、保护环境的目的, 仍将我们今后一段长时间内努力的方向。曲轴偏置式发动机与中心式相比较具有明显的优势, 从理论上讲“曲轴偏置式462Q发动机”的动力性和经济性仍然有很大的空间可以改进提高。
摘要：以曲轴中心式462Q发动机为基础, 在曲轴、连杆、缸径等重要参数不变的情况下, 仅仅改变其曲轴中心的位置 (本文以正偏置22mm为例) , 能提高发动机的动力性和经济性。但在发动机工作过程中, 活塞对气缸壁的侧压力始终存在, 造成摩擦增大, 功耗增加。本文从分析曲轴偏置式462Q发动机侧压力着手, 提出改进措施, 减小活塞对气缸壁的摩擦, 降低功耗, 延长使用寿命。
关键词：462Q,曲轴偏置,侧压力,耐磨性
参考文献
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