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【摘要】本文根据柴油发动机活塞的工作状况和柴油发动机活塞的外形结构特点，根据柴油发动机的活塞环的工况及活塞环的功用，对比不同结构的活塞在安装活塞环时，活塞环开口方向的不同安装方式，对发动机性能造成的影响，并且对不同结构的活塞在工作时，活塞各部分结构的受力分析，和活塞环的受力分析进行对比，明确活塞环开口的最佳方向。

【关键词】柴油机活塞环开口方向

1 引言

往复式四冲程柴油机的活塞环一般为三道，分别为一、二环的气环和三环的油环，活塞环作用包括密封、调节机油、导热、导向四个作用。密封：指密封燃气，不让燃烧室的气体漏到曲轴箱，把气体的泄漏量控制在最低限度，提高热效率。漏气不仅会使发动机的动力下降，而且会使机油变质，这是气环的主要任务；调节机油（控油）：把气缸壁上多余的润滑油刮下，同时又使缸壁上布有薄薄的油膜，保证气缸和活塞及环的正常润滑，这是油环的主要任务。

活塞环的开口方向对发动机的性能和机油耗等有直接的影响，错误的安装活塞环开口方向能够导致发动机窜气、窜机油、功率下降、下排气大、烧机油等等一系列故障。活塞环开口方向安装必须错开，但是如何错开，错开的角度各主机厂家都有不同的想法。现代常见的活塞环布置方式一般为三种，如图1所示，

从图一中，可以直观的发现，在活塞环不发生故障时，对置式安装对燃烧室的燃气气流阻力最大，但如图，一环和三环的开口重合，如果二环在此处存在零件缺陷或其他故障导致漏气，则相当于燃烧室与曲轴箱直通，危险系数大。

偏置式的气流阻力次于对置式，但优于均布式，在通常情况下，活塞环有两道环正常工作，发动机就能够运行，所以偏置式和均布式两种方式是目前最常用的两种形式，但是在考虑零件质量无法保证的前提下，存在某一到环密封失效的隐患，所以均布式略优于偏置式。

2 活塞环开口位置的确定

传统柴油机的点火方式为压燃，空压比比较大，活塞燃烧室内各点受到的高温高压燃气的压力是不一致的，燃料在不同形状的燃烧室内燃烧顺序也是不一样的，也就导致了不同形状的燃烧室和不同位置的燃烧室对活塞的作用力方向也不同。三道活塞环中第一道活塞环直接承载高温高压的燃气，工况最为恶劣，磨损也最严重，开口间隙增加的最快，所以第一道环开口方向朝向燃烧室内气体压力最低处视为最优。

2.1 燃烧室位置对环位置的影响

（1）偏置式。活塞顶部中心点与燃烧室中心点不重合，这种燃烧室的气缸压力的特点是，涡流室对面的气缸压力小于靠近我涡流室的气缸压力，所以第一道活塞环开口朝向涡流室对面应视为最优。

（2）非偏置式。活塞顶部燃烧室中心点与活塞顶部中心点重合，这种燃烧室的活塞，在不同的工况、不同的运行状态下气缸压力都是以燃烧室为中心向外扩散并均布的.也就是说第一到活塞环所受到的压力在活塞圆周各个方向都是一样的，所以第一到活塞环的开口方向可是朝向任意一点。

2.2 活塞裙部对环位置的影响

活塞裙部的主要作用是导向，他的工况是贴着缸套并受到活塞上端的气体和下端的连杆双重力度，侧面受到缸套的摩擦力，由于连杆随着曲轴摆动，所以活塞受的测量力有摆动。气体的密封主要靠气环来完成，但是由于活塞裙部在设计时尺寸就大于活塞的防漏部，所以活塞的防漏部分是不受侧向力的，同时活塞环在活塞的环槽内存在一定的间隙，所以活塞环不直接承受侧向压力，特别是裙部为椭圆的活塞，因工作面曲率变化比较平稳，并且在正常的工作温度下，活塞裙部与缸套全面贴合，压力全部有裙部承受，因此从活塞裙部的作用和结构来看，活塞环的开口方向与裙部没有直接关系，即活塞环的开口方向与活塞裙部所受侧向压力方向没关联。

图2正常椭圆活塞的贴合面

Fig.2 The abutted surface of the good oval-shapped piston

综上分析结果，第一道活塞环开口位置应位于作功行程时，燃烧室内气体压力最低处为宜.偏置式燃烧室，位置在喷油器对面；非偏置式燃烧室，第一道环的开口可为任意位置， 3个气环的开口必须组成迷宫式通道，以相互错开1 20。为最佳；各环的开口无需躲开活塞所受的侧压力方向.推荐活塞环开口安装方向如图3所示：

图3活塞环的建议安装方向

Fig3 The proposal setting direction of piston ring