內燃機的無端隙活塞環

松濤

自從1855年英國的南斯波登發明了自身膨脹的彈性活塞環，使活塞在氣缸中工作時密封性大大提高，內燃機的熱效率也隨之提高，其基本結構一直沿用至今。成為內燃機中起著非常重要作用的零部件，人們試圖進一步提高其密封性，設計了多種形式的切口和結構的活塞環

　　自從1855年英國的南斯波登發明了自身膨脹的彈性活塞環，使活塞在氣缸中工作時密封性大大提高，內燃機的熱效率也隨之提高，其基本結構一直沿用至今。成為內燃機中起著非常重要作用的零部件，人們試圖進一步提高其密封性，設計了多種形式的切口和結構的活塞環。最常見的是斜切口、階梯切口的活塞環，還有許多組合式活塞環等。由于受生產率、材料選擇等因素的影響，這些結構的活塞環未得到普及和應用。目前應用最廣泛的還是南斯波登發明的直切口活塞環。無端隙活塞環（對角線切口活塞環）不僅同斜切口、階梯切口活塞環一樣能自行補償因磨損而增大的端隙，還獨創了利用三角形密封活塞環槽與氣缸之間任何可以產生竄氣的間隙。其氣缸、活塞、活塞環組合可達到非常好的密封。所以比現有技術提高了燃油利用率，節約潤滑油，尤其是無端隙活塞環密封的非常嚴密，還具有自動補償因磨損增大端隙的功能，從而大大地減少了排氣污染，延長了減少排污的周期。并且是從燃燒過程中解決排氣污染，從產生污染源處解決環境保護。
6 B9 R. N, D4 A% a! e 　　下面是詳細論述對無端隙活塞環的研究結果。
　　一、無端隙活塞環的結構和定義
　　活塞環的切口為對角線切口，即活塞環徑向截面由外徑的上邊角至內徑的下邊角的對角線，兩端頭互補的切口。這種切口長度為活塞環兩端頭重疊的長度。對角線切口本身查堵住從活塞環上側隙向活塞環下端竄氣，它只是保留了活塞環受熱膨脹所需的間隙。其本身自動補償因氣缸與活塞環磨損而增大的端隙。所以稱之為無端隙活塞環。
* e! X% c5 z5 c+ A/ K　　二、密封性
　　內燃機在壓縮、爆燃、排氣三個沖程中，燃燒室內的高壓氣體從活塞環的上側隙進入環槽內形成了活塞環的背壓，沒有任何縫隙可使高壓、高溫氣體竄入第一道壓縮環與第二道壓縮環的中間以及曲軸箱內，其密封性非常好。
4 D6 B' J* Z7 G0 O/ a: s1 u. p3 A　　三、節省燃油
$ p; c7 `1 X( Q$ e$ I　　由于該活塞環密封較嚴，阻止了由燃燒室向活塞環下端及曲軸箱內竄氣，從而增大了壓縮壓力，使燃燒速率加快，燃燒更加充分，并且在爆燃沖程中活塞環不竄氣，燃燒壓力得到充分的利用，使曲軸的轉矩增大，還減少了燃燒混合氣向第一道活塞和第二道活塞環中間竄氣。綜合不竄氣、壓縮壓力的增高、燃燒速率加快、燃燒充分、爆燃沖程的壓力增大等因素都是節省燃油的原因所在。
     四、節省潤滑油
  s) Y( L+ S* M/ L: a　　由于無端隙活塞環密封嚴，排氣沖程中是第一道壓縮環與第二道壓縮環中間沒有高壓氣體向燃燒室逆流就不會將潤滑油吹入燃澆室。隨著氣缸與活塞環的磨損，活塞環對角線切口的自動補償，不會造成因氣缸和活塞環磨損使活塞環端隙增大而出現的燃機油的現象，從而節省了潤滑油。另外，在壓縮、爆燃沖程、沒有可燃氣稀釋潤滑油和高溫爆燃氣使第一壓縮環以下的潤滑油膠質化和碳化，則延長了更換潤滑油的里程。
　　五、提高內燃機的動力
　　由于無端隙活塞環的密封性非常好，壓縮沖程、爆燃沖程無泄漏，爆燃工作壓力相應增高，活塞經連桿作用在曲軸上的力增大，使內燃機的扭矩增大，提高了內燃機動力，并且這種動力不會因氣缸和活塞環的磨損而降低。
　　六、冷啟動性好
　　直切口活塞環在冷車時端隙較大，一般在—30～20°C時，端隙大于0.3～0.7mm（指發動機或剛大修的內燃機）。比較舊的內燃機或接近大修的內燃機其端隙會更大，從而造成壓縮壓力低，燃料霧化不良，啟動時較困難。而無端隙活塞環不存在端隙、壓縮壓力相對要高得多，產生的壓縮熱也較高，便于冷車啟動。
　　七、延長大修里程，改善潤滑條件，延長零部件壽命。
　　由于無端隙活塞環密封性能好，在爆燃沖程是沒有灼熱的氣體和炭粒向第一道活塞環以下泄漏，不會造成第二道活塞環、油環積炭及機油因高溫炭化和膠質化而將環卡死在槽內的現象，不會因油環卡死造成活塞、活塞環和氣缸缺潤滑油而磨損。并減小了燃燒室向曲軸箱泄漏高溫可燃混合氣（在直切口活塞環的內燃機中，這些可燃混合氣中含有HC、CO和NO化合物其中NO化合物與冷卻水蒸氣作用生成硝酸。硝酸與鋅二烴基二硫磷酸脂發生化學反映。并與機油中的另一種抗磨添加劑反應而使它們的保護膜減少。硝酸還腐蝕鑄鐵，生成鐵碳化合物顆粒，導致潤滑條件變差，加劇對潤滑條件較差的配氣凸輪、搖臂和挺桿的磨損。曲軸次之），從而改善了曲軸箱內潤滑質量，延長了零部件的使用壽命。
       端隙自動補給，延長了大修里程，無端隙活塞環的自行補償端隙功能能使氣缸磨損到直徑加大至0.5MM，它是直切口活塞環的第二個大修尺寸（指小型高速內燃機，缸徑∮不大于81MM，缸徑∮大于81MM為第一個大修尺寸），加上大修時加工缸桶的余量，是四個大修里程。這只是單一的計算，考慮綜合因素，三倍的大修里程是完全可以滿足的。而且動力不減，排放也不會有污染。
# y3 K$ v8 F+ b3 @3 m% C　　八、減少排污
+ r, p0 N# ^1 V" J) F　　無端隙活塞環密封性好，沒有壓縮沖程、爆燃沖程從燃燒室向第一道壓縮環與第二道壓環中間泄漏高壓混合氣。（在直切口活塞環內燃機中壓縮沖程壓縮在燃燒室的高壓混合氣，經第一道壓縮環的端隙進入第一道環與第二道環的中間。進入爆燃沖程高壓灼熱的混合氣再次泄漏至兩環中間。因縫隙小而滯燃的混合氣便生成了HC、CO和NOx化合物。在排氣沖程時，燃燒室壓力降低，兩環中間的高壓混合氣從第一道活塞環端隙逆流，其中決大部分成為排出尾氣（廢氣）中的HC、CO和NOx的成分）。對比現有技術，無端隙活塞環減少了尾氣（廢氣）中排放的HC、CO和NOx化合物。從燃燒的角度治理了排污，達到環保排放要求。并具備排放一致性。

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