不那么耀眼的汽车配件之4:活塞环

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/03/29 13:18:37


一谈到车,很多坛友都能细数拈来一大堆话题。XX车多少马力,多少扭力,百公里加速多少秒,性能如何,甚至如数家珍。
但是极少有人关心发动机中技术含量最高的零配件之一:活塞环。

活塞环是活塞式发动机中活塞与缸套壁之间的密封圈,伴随发动机的活塞在气缸中往复运动,活塞环就必须在气缸壁上往复的摩擦。
下图是活塞环的位置图



活塞环安装在活塞的顶部,主要起到几个功能:
1、密封
要求燃烧产生的膨胀和压缩气体必须被密封在气缸内,而不能跑到活塞外面
2、润滑
要求活塞和缸壁之间的摩擦系数足够小,以减小活塞运行阻力
3、回收机油
在膨胀行程中将缸壁上的润滑油刮下,以避免机油参与燃烧

为什么说活塞环是技术含量非常高的一个零件呢?我们可以做一个简单的实验:左手握拳,右手食指插进去做撸管动作,以你最快的速度抽插30次,感受一下你食指的感受。
什么?你是涡轮增压发动机?好吧,那就让你的妹子抓住你的手再给你加吧劲抽插~~~~

想象一下如果这个速度提升到每秒钟50次,或者每秒钟100次是什么感觉? 如果再把环境温度提高到200摄氏度,力量提高100倍,并且连续不断工作24小时呢?

活塞环就是在这么一个恶劣条件下工作的零部件,是一组一般只有几个毫米宽,一两个毫米厚的金属圆环。

更可怕的是活塞环的三个需求在理论上是相互矛盾的
1、密封和润滑是一对矛盾的需求,众所周知塞子越紧密封就越好,塞子越松密封就越差?如何做到密封尽可能好,但是塞子尽可能松?
这就要求作为塞子密封圈的活塞环在弹性和张力上恰到好处,以确保最佳的密封性时,确保最好的运动性。对一个只有一毫米厚的金属小圈来说,用什么材料,如何做热处理,如何做表面处理,韧性和加工精度要如何保证,都成了需要解决的问题。
2、活塞环以每分钟6000个回合在缸壁上往返(普通家用车的高转速),同时承受巨大的压力和极高的温度。如果是涡轮增压发动机,则承受更大的压力和更高的温度,工作环境则更为恶劣。保护它的只有一个东西“机油”。但是为了避免机油参与燃烧,又要求在膨胀行程时将缸壁上的机油尽可能的刮掉。这就是说一边需要机油的保护和润滑,一边又需要刮除机油。

在确保以上两个要求的同时,还要求它在这样一个环境中工作数年甚至十年,尽可能少的磨损,因为这东西一旦需要更换就需要全面拆开发动机。

那么这么一个简单的小铁圈,在这么严苛的技术要求下,就成了发动机中技术含量最高的零配件之一。优质的活塞环能给发动机带来哪些优势呢?
1、减少摩擦系数,活塞运行更轻松,意味着发动机更省油,马力更强劲。
2、耐磨抗损,长期使用之后,甚至数年活塞环都没有明显的磨损,发动机工作健康。使用数年十数万公里不出现发动机喘振,烧机油和缸压动力下降。
3、维护成本低,对机油品质要求低,各种级别,各种粘度的机油不挑剔。无论高中低档任何型号的机油,只要有基础润滑功能它就能好好工作。
反过来说,劣质的活塞环会意味着带来如下问题
1、发动机阻力大,同样的排量和油耗,输出力量更低,或者同样的输出油耗更高
2、磨损快,新车的时候还可以,多开两年动力下降,油耗提升,烧机油,喘振,尾气冒黑烟蓝烟,各种问题。
3、挑剔机油,必须要保护能力较强的机油来保护,必须要特定粘度系数和等级的机油来保护,否则就要出问题,提高了维护成本
4、一旦需要更换,发动机大解体,成本高昂
PS:以上的特点和问题可能并非活塞环这一个配件的因素,但是活塞环是其中重要的因素之一。

由于活塞环的技术要求高,工作环境恶劣,品质要求高。因此现代汽车工业的活塞环往往不是一个环就能解决问题的。一般家用汽车的活塞上都要安装3-4道活塞环共同作用。第一是每一道起到不同侧重,第二是分散压力团体作战,以弥补目前人类工业金属加工水平无法在单个环上解决的问题。


当然,活塞环也不是单独作用的,与活塞环配合的汽缸套也是非常重要的组成部分,但是因为缸套体积大,材料多,磨损分散,加工难度低,对表面的要求自然就没有活塞环那么严苛。

活塞环国内现状:
商用和家用汽车的活塞环可以全面国产化,但是和之前介绍的几种零部件一样,大头和高端依然抓在外资手里。
一流供应商:
1、辉门公司(美国)
美国公司,通过收购德国最大的活塞环企业德国格茨公司进入市场,主要用户:奔驰、大众、宝马、通用、福特、克莱斯勒等
2、理研公司(日本)
同样是龙头,主要客户:铃木、大发、大众、本田、丰田、三菱、马自达、日产、奥迪、宝马、保时捷、法拉利、标致一雪铁龙、雷诺、菲亚特
3、帝国活塞环公司(日本)
规模小,但是更专业的一家公司,日系性能车用得很多,譬如什么EVO,GTR,Type-R之流的神车:丰田、日产、本田
4、马勒公司(德国)
规模大,龙头之一:通用、大众、福特等
5、日本活塞环公司(日本)
规模小的专业性公司,高端车用的多:丰田、日产、本田、马自达、日野、三菱、福特、宝马 、沃尔沃
6、韩国柳成企业(韩国)
同样是伴随韩国汽车工业崛起而崛起的零配件公司,主要配套给:现代、起亚。

自主情况:
1、安庆帝伯格茨
实际是多国合资(与辉门,帝国合塞环联合合资),配套给:上海大众、一汽大众、天津丰田、神龙富康、东风康明斯、依维柯、长城汽车、长安汽车、一汽锡柴、五羊本田、沈阳三菱
2、华闽南配
有合资背景(引进日本活塞环技术),配套给:沈阳航天三菱、五菱柳机、上汽通用、奇瑞汽车、一汽轿车、一汽马自达、比亚迪汽车、吉利汽车、华晨汽车、江淮汽车、上海华普、天津一汽、重庆力帆
3、福建东亚机械
自主品牌,配套给:东安发动机、长安汽车、柳州五菱、吉利汽车、奇瑞汽车、华晨汽车、上海华普、东风渝安、比亚迪汽车、力帆汽车等。值得一提的是除了汽车以外这家在摩托车市场占有率很高。
4、湖南正圆动力
自主品牌,非常有历史,创建与民国时期,英国剑桥大学的内燃机专家戴桂蕊教授归国创建,中国第一个活塞环制造企业。配套给:上海大众、上海通用、一汽、二汽、北京现代、奇瑞汽车、吉利汽车、东风汽车。

国内企业除了以上以外,还有两百家左右的中小型企业,但规模上且有足够配套能力的就20家上下,基本都生产中低档次产品,企业规模较小,经济效益较差,主要配套给自主品牌汽车,还有汽车零配件市场和维修市场。

一般来说,供应活塞环的公司同时还会供应发动机的气缸缸套,这两者是搭配工作的,一个阴一个阳,如同男女活塞运动,必须配套,很好理解,绝大部分汽车厂家不会自己生产活塞环和缸套。所以缸套这个配件等于也是一起介绍了。



一谈到车,很多坛友都能细数拈来一大堆话题。XX车多少马力,多少扭力,百公里加速多少秒,性能如何,甚至如数家珍。
但是极少有人关心发动机中技术含量最高的零配件之一:活塞环。

活塞环是活塞式发动机中活塞与缸套壁之间的密封圈,伴随发动机的活塞在气缸中往复运动,活塞环就必须在气缸壁上往复的摩擦。
下图是活塞环的位置图

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2014-9-1 16:42 上传




活塞环安装在活塞的顶部,主要起到几个功能:
1、密封
要求燃烧产生的膨胀和压缩气体必须被密封在气缸内,而不能跑到活塞外面
2、润滑
要求活塞和缸壁之间的摩擦系数足够小,以减小活塞运行阻力
3、回收机油
在膨胀行程中将缸壁上的润滑油刮下,以避免机油参与燃烧

为什么说活塞环是技术含量非常高的一个零件呢?我们可以做一个简单的实验:左手握拳,右手食指插进去做撸管动作,以你最快的速度抽插30次,感受一下你食指的感受。
什么?你是涡轮增压发动机?好吧,那就让你的妹子抓住你的手再给你加吧劲抽插~~~~

想象一下如果这个速度提升到每秒钟50次,或者每秒钟100次是什么感觉? 如果再把环境温度提高到200摄氏度,力量提高100倍,并且连续不断工作24小时呢?

活塞环就是在这么一个恶劣条件下工作的零部件,是一组一般只有几个毫米宽,一两个毫米厚的金属圆环。

更可怕的是活塞环的三个需求在理论上是相互矛盾的
1、密封和润滑是一对矛盾的需求,众所周知塞子越紧密封就越好,塞子越松密封就越差?如何做到密封尽可能好,但是塞子尽可能松?
这就要求作为塞子密封圈的活塞环在弹性和张力上恰到好处,以确保最佳的密封性时,确保最好的运动性。对一个只有一毫米厚的金属小圈来说,用什么材料,如何做热处理,如何做表面处理,韧性和加工精度要如何保证,都成了需要解决的问题。
2、活塞环以每分钟6000个回合在缸壁上往返(普通家用车的高转速),同时承受巨大的压力和极高的温度。如果是涡轮增压发动机,则承受更大的压力和更高的温度,工作环境则更为恶劣。保护它的只有一个东西“机油”。但是为了避免机油参与燃烧,又要求在膨胀行程时将缸壁上的机油尽可能的刮掉。这就是说一边需要机油的保护和润滑,一边又需要刮除机油。

在确保以上两个要求的同时,还要求它在这样一个环境中工作数年甚至十年,尽可能少的磨损,因为这东西一旦需要更换就需要全面拆开发动机。

那么这么一个简单的小铁圈,在这么严苛的技术要求下,就成了发动机中技术含量最高的零配件之一。优质的活塞环能给发动机带来哪些优势呢?
1、减少摩擦系数,活塞运行更轻松,意味着发动机更省油,马力更强劲。
2、耐磨抗损,长期使用之后,甚至数年活塞环都没有明显的磨损,发动机工作健康。使用数年十数万公里不出现发动机喘振,烧机油和缸压动力下降。
3、维护成本低,对机油品质要求低,各种级别,各种粘度的机油不挑剔。无论高中低档任何型号的机油,只要有基础润滑功能它就能好好工作。
反过来说,劣质的活塞环会意味着带来如下问题
1、发动机阻力大,同样的排量和油耗,输出力量更低,或者同样的输出油耗更高
2、磨损快,新车的时候还可以,多开两年动力下降,油耗提升,烧机油,喘振,尾气冒黑烟蓝烟,各种问题。
3、挑剔机油,必须要保护能力较强的机油来保护,必须要特定粘度系数和等级的机油来保护,否则就要出问题,提高了维护成本
4、一旦需要更换,发动机大解体,成本高昂
PS:以上的特点和问题可能并非活塞环这一个配件的因素,但是活塞环是其中重要的因素之一。

由于活塞环的技术要求高,工作环境恶劣,品质要求高。因此现代汽车工业的活塞环往往不是一个环就能解决问题的。一般家用汽车的活塞上都要安装3-4道活塞环共同作用。第一是每一道起到不同侧重,第二是分散压力团体作战,以弥补目前人类工业金属加工水平无法在单个环上解决的问题。

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2014-9-1 17:11 上传



当然,活塞环也不是单独作用的,与活塞环配合的汽缸套也是非常重要的组成部分,但是因为缸套体积大,材料多,磨损分散,加工难度低,对表面的要求自然就没有活塞环那么严苛。

活塞环国内现状:
商用和家用汽车的活塞环可以全面国产化,但是和之前介绍的几种零部件一样,大头和高端依然抓在外资手里。
一流供应商:
1、辉门公司(美国)
美国公司,通过收购德国最大的活塞环企业德国格茨公司进入市场,主要用户:奔驰、大众、宝马、通用、福特、克莱斯勒等
2、理研公司(日本)
同样是龙头,主要客户:铃木、大发、大众、本田、丰田、三菱、马自达、日产、奥迪、宝马、保时捷、法拉利、标致一雪铁龙、雷诺、菲亚特
3、帝国活塞环公司(日本)
规模小,但是更专业的一家公司,日系性能车用得很多,譬如什么EVO,GTR,Type-R之流的神车:丰田、日产、本田
4、马勒公司(德国)
规模大,龙头之一:通用、大众、福特等
5、日本活塞环公司(日本)
规模小的专业性公司,高端车用的多:丰田、日产、本田、马自达、日野、三菱、福特、宝马 、沃尔沃
6、韩国柳成企业(韩国)
同样是伴随韩国汽车工业崛起而崛起的零配件公司,主要配套给:现代、起亚。

自主情况:
1、安庆帝伯格茨
实际是多国合资(与辉门,帝国合塞环联合合资),配套给:上海大众、一汽大众、天津丰田、神龙富康、东风康明斯、依维柯、长城汽车、长安汽车、一汽锡柴、五羊本田、沈阳三菱
2、华闽南配
有合资背景(引进日本活塞环技术),配套给:沈阳航天三菱、五菱柳机、上汽通用、奇瑞汽车、一汽轿车、一汽马自达、比亚迪汽车、吉利汽车、华晨汽车、江淮汽车、上海华普、天津一汽、重庆力帆
3、福建东亚机械
自主品牌,配套给:东安发动机、长安汽车、柳州五菱、吉利汽车、奇瑞汽车、华晨汽车、上海华普、东风渝安、比亚迪汽车、力帆汽车等。值得一提的是除了汽车以外这家在摩托车市场占有率很高。
4、湖南正圆动力
自主品牌,非常有历史,创建与民国时期,英国剑桥大学的内燃机专家戴桂蕊教授归国创建,中国第一个活塞环制造企业。配套给:上海大众、上海通用、一汽、二汽、北京现代、奇瑞汽车、吉利汽车、东风汽车。

国内企业除了以上以外,还有两百家左右的中小型企业,但规模上且有足够配套能力的就20家上下,基本都生产中低档次产品,企业规模较小,经济效益较差,主要配套给自主品牌汽车,还有汽车零配件市场和维修市场。

一般来说,供应活塞环的公司同时还会供应发动机的气缸缸套,这两者是搭配工作的,一个阴一个阳,如同男女活塞运动,必须配套,很好理解,绝大部分汽车厂家不会自己生产活塞环和缸套。所以缸套这个配件等于也是一起介绍了。

不明觉厉,这是拼材料和工艺么
楼主每秒钟6千往返还是每分钟6千往返呀?另谢谢楼主的科普文。
"手食指插进去做撸管动作,以你最快的速度抽插30次"——“如果这个速度提升到每秒钟50次,或者每秒钟100次是什么感觉?”
楼主 这个。。。。。
描述很生动
这玩意妥妥的要看厂家的材料加工功底了吧
通俗易懂....感谢科普哈。。。。。
这个科普不错,可以对一些平时接触不到的零件更深的了解。
忽悠鬼 发表于 2014-9-1 17:11
楼主每秒钟6千往返还是每分钟6千往返呀?另谢谢楼主的科普文。
我写错了,已经改了
感谢楼主科普,通过您的系列讲座,我算慢慢明白为何有些车刚买时光鲜亮丽,过了两三年从内到外各种问题。
多谢科普。这完全就是材料工艺和加工工艺的体现啊!另外,我想问下,说EA888(好像)容易烧机油,是不是和这个部件有关呢?
长知识了
消逝的地平线 发表于 2014-9-1 18:07
多谢科普。这完全就是材料工艺和加工工艺的体现啊!另外,我想问下,说EA888(好像)容易烧机油,是不是和这 ...
有一定关系的,但是和他的进气系统设计缺陷也有一定关系,该回收的机油蒸汽被重新吸入发动机燃烧了,大众的烧那么厉害并不是活塞环这一处的问题。
有一定关系的,但是和他的进气系统设计缺陷也有一定关系,该回收的机油蒸汽被重新吸入发动机燃烧了,大众 ...
明白了,多谢!您比喻还羞答答的,说撸手指,这么黄的网站里您直接说以每分钟6000次的频率撸管不是更直接(我闪……)

消逝的地平线 发表于 2014-9-1 18:07
多谢科普。这完全就是材料工艺和加工工艺的体现啊!另外,我想问下,说EA888(好像)容易烧机油,是不是和这 ...


假如是涡轮增压,两种可能,一个是活塞环,一个是涡轮轴那里,假如是自然吸气,那就是活塞环了。还要就是该回收的机油蒸汽被重新吸入发动机燃烧了。
消逝的地平线 发表于 2014-9-1 18:07
多谢科普。这完全就是材料工艺和加工工艺的体现啊!另外,我想问下,说EA888(好像)容易烧机油,是不是和这 ...


假如是涡轮增压,两种可能,一个是活塞环,一个是涡轮轴那里,假如是自然吸气,那就是活塞环了。还要就是该回收的机油蒸汽被重新吸入发动机燃烧了。
冲动的小李 发表于 2014-9-1 18:12
有一定关系的,但是和他的进气系统设计缺陷也有一定关系,该回收的机油蒸汽被重新吸入发动机燃烧了,大众 ...
楼主一定听说过暴力磨合这个概念吧?您怎么看?
假如是涡轮增压,两种可能,一个是活塞环,一个是涡轮轴那里,假如是自然吸气,那就是活塞环了。还要就 ...
涡轮轴的密封应该很好做吧。。。。航发上各种现成方案啊
假如是涡轮增压,两种可能,一个是活塞环,一个是涡轮轴那里,假如是自然吸气,那就是活塞环了。还要就 ...
还有一个地方那就是气门杆
-nothing- 发表于 2014-9-1 23:05
涡轮轴的密封应该很好做吧。。。。航发上各种现成方案啊
那里高温,一旦不能把轴上的热量带走,后果就是轴承间隙加大,机油窜入吸气涡轮,然后就是烧机油。
超载 发表于 2014-9-2 06:11
还有一个地方那就是气门杆
气门杆那里怎么漏啊,那里很少高温啊
气门杆那里怎么漏啊,那里很少高温啊
从气门室上部,气门杆上半截进入气门杆和导管之间的缝隙进入气门下半部,随着活塞吸气进入气缸,或者随着排气排出
yakamoz 发表于 2014-9-1 21:19
楼主一定听说过暴力磨合这个概念吧?您怎么看?
我是持反对意见的。从机械行业的基本原理来说,任何机械的磨合期都应该低负荷进行,这个不只是发动机或者气缸。
如同和妹子XXOO,双方还没进入状态你就暴力抽插,会受伤的
冲动的小李 发表于 2014-9-2 09:50
我是持反对意见的。从机械行业的基本原理来说,任何机械的磨合期都应该低负荷进行,这个不只是发动机或者 ...
有一种说法,进口的高档车不用磨合,是这样吗?
逍遥叹 发表于 2014-9-1 17:02
不明觉厉,这是拼材料和工艺么
似乎是两个都要的
逍遥叹 发表于 2014-9-2 10:08
有一种说法,进口的高档车不用磨合,是这样吗?
任何运动机械都有磨合期,但是某些汽车制造商的主要运动部件因为加工精度和出厂冷磨方面做得比较好,所以无需用户专门去关注一个所谓的磨合期,只要正常使用汽车就可以完成磨合。
这个和国产、进口没有必然的联系。很多国产的合资品牌车子也是没有磨合期的。以厂家手册为准
那里高温,一旦不能把轴上的热量带走,后果就是轴承间隙加大,机油窜入吸气涡轮,然后就是烧机油。
按你这么说。。。估计那里连好一点的密封都没做。。。。迷宫封严,加离心叶片侧加高压。解决热密封方案航发上多了去了。。。显然的态度问题而不是技术问题。
开过装备EA113发动机的帕萨特或者老A6的基本上都很熟悉这个零件了吧,还有气门油封。
tu26160 发表于 2014-9-2 10:11
似乎是两个都要的
我用的是和,不是或
气缸套磨损了会喘振?没听说过啊,难道因为气环密封不好,排气量不足,导致后面的涡轮前的进气不足,导致的喘振?那燃气都窜入曲轴箱了吧。。望解释一下
冲动的小李 发表于 2014-9-2 09:50
我是持反对意见的。从机械行业的基本原理来说,任何机械的磨合期都应该低负荷进行,这个不只是发动机或者 ...
感谢回复。不过您举的这个例子不是很恰当,但是意思我懂的,哈哈!
xiaorenrui 发表于 2014-9-2 13:12
气缸套磨损了会喘振?没听说过啊,难道因为气环密封不好,排气量不足,导致后面的涡轮前的进气不足,导致的 ...
缸套和活塞环如果出现异常磨损,容易出现单缸或者多缸压力下降,四冲程做工不平衡,严重的就会引起抖动,车子动力下降甚至发怂,这种现象有时候也被叫做喘振。另外会导致漏气现象,在扩张行程中燃气会混入曲轴箱,机油会很快被污染失效,机油的保护能力迅速下滑,反过来再加剧缸套磨损,问题越来越严重。
对的,改装大马力的时候,活塞环,垫片,甚至螺丝都要用特殊的版本,加强加厚
对的,改装大马力的时候,活塞环,垫片,甚至螺丝都要用特殊的版本,加强加厚
是不是曲轴,连杆部件也要更换呢?
是不是曲轴,连杆部件也要更换呢?
是的,看原厂发动机有多强,你要改到多强了,比如说,丰田supra涡轮版本,原厂只有300匹,但是这台铸铁发动机在400匹的状态下,不用换任何原厂的东西
铸铁的压榨功率潜力看来还是比较大,对连杆这个,以前看大众吹牛逼的双增压1.4TSi,机械涡轮双增压的,功率压榨到136KW 好像就不行了,就是说曲轴连杆已经到了承受的极限了。。。*
缸套和活塞环如果出现异常磨损,容易出现单缸或者多缸压力下降,四冲程做工不平衡,严重的就会引起抖动, ...
哦,这也叫喘振啊。。。
铸铁的压榨功率潜力看来还是比较大,对连杆这个,以前看大众吹牛逼的双增压1.4TSi,机械涡轮双增压的,功率 ...
不是KW而是Ps吧?我记得1.4T和飞度1.5自吸差不多的。
不是KW而是Ps吧?我记得1.4T和飞度1.5自吸差不多的。
是KW,不是本朝那个阉割版,是双增压版,一个机械增压,一个是废气涡轮增压,机械增压用于低速和刚起动的时候,废气涡轮增压用于日用使用。由于没有涡轮迟滞的情况,不用照顾低速区间,涡轮可以做的很多,所以功率大呀。两个增压器通过一个离合器来控制使用,到达某个转速就使用废气涡轮增压,所以涡轮可以做大,功率就可以全部压榨出来。。。压榨到了136就不能再往上上了,因为连杆曲轴等受力部件就受不了啦。。。大众整这么玩意,你说可靠性能好么,这么压榨功率,热应力,机械应力大,肯定不长寿。。。本朝的那个96KW的不知道可靠如何,估计也好不到哪里。
缸套和活塞环如果出现异常磨损,容易出现单缸或者多缸压力下降,四冲程做工不平衡,严重的就会引起抖动, ...
最严重的后果是爆缸…
这一系列确实写的很不错。
是KW,不是本朝那个阉割版,是双增压版,一个机械增压,一个是废气涡轮增压,机械增压用于低速和刚起动的 ...
增压+超级增压?厉害,不过材料和设计跟不上也是白搭呀。