气环也叫 活塞 环,用来密封活塞与气缸壁的间隙,防止气缸内的气体窜入 油底壳 ,以及将活塞头部的热量传给气缸壁再由冷却水或空气带走。
功能
如果密封不良,不但 发动机 起动 困难、功率下降,燃油和 机油 的消耗量增加,机油老化变质,而且还由于 活塞环 外圆与气缸壁贴合不严密,活塞顶部接受的热传不出去,而导致活塞及活塞环温度升高,甚至被烧坏。另外还起到刮油、布油的辅助作用。一般发动机的每个活塞装有2~3道气环。
工作原理
气环可能有3条漏气的通道: 环面 与气缸壁间;环与环槽的侧面间;开口端隙处。
第一密封面的建立。活塞环在自由状态下,其外圆直径略大于缸径,所以装入气缸后,环就产生一定的弹力,与缸壁压紧,形成了第一密封面。
第二密封面的建立。由于 活塞 头部与缸壁间有间隙,活塞环还有侧隙和背隙,气缸内未被密封的气体不能通过第一密封面下窜,变窜入侧隙和背隙。由于侧隙的阻力及背隙内空腔较大气体压力降为背压力和环侧气体压力。另外, 活塞环 在运动时产生 惯性力 ,并与缸壁间产生 摩擦力 。因而环与环槽侧面密封的压紧力是环侧气体压力、环的惯性力和环与缸壁的摩擦力3个沿着气缸轴线方向力的 代数和 。作功与压缩行程,对密封的要求高,此时气体压力一般起主导作用,使活塞环紧推压在环槽的下侧,形成第二密封面。一般情况下,排气行程第二密封面也在环的下侧,形成第二密封面。一般情况下,排气行程第二密封面也在环的下侧,而进气行程在环槽的上侧,另外,在某 临界转速 和一定的工作状态下,3个力可能互相平衡,即合力为零,环即暂时在槽内浮动而跳上跳下,并可引起环的径向振动,使一个或两个密封面都失去密封作用,漏气量大增,此即为环的 颤振 。如果通过端隙的 气流 大于环和缸壁的 摩擦力 时,环会转动而对口漏气。可见环在气缸中有3种运动状态,即跳动浮起、径向颤振、旋转对口,使其密封性能恶化。
气环的第二次密封。窜入活塞环背隙和侧隙的气体,产生背压力和侧压力,使环对缸壁和环槽进一步压紧,显著加强了第一、二密封面的密封。此即为气环的第二次密封。作功行程时,环的背压力远大于环的弹力,所以此时第一密封面的密封,主要是靠第二次密封。但是,如果环的弹力不好或接触面贴合不良,而在 环面 和缸壁间出现了缝隙,此缝隙就要首先漏窜气体,且其单位压力大于单位背压力,就将削弱或形不成第二密封面。因此,靠 活塞环 弹力产生的密封,是第一密封面第二次密封的前提。
有了两个密封面的密封,理论上只有开口处是唯一的漏气通道。由于开口很小,并且相互按一定位置错开,形成迷宫式封气路线,气体通过各道环口以后,压力显著下降,其漏气量在 高速 发动机 上是很微小的,一般仅为进气量的0.2%~1.0%。