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摘要：通过对不同设计油环的环高，顺应性，机油耗，成本分析，同时对比不同油环设计的机油耗，找到油环设计的方向，使设计的油环成本低，性能好。
关键词：油环 机油耗 镀层 三片式油环
0 引言
近年来由于环保的要求越来越严格，不仅对汽车排放有害气体及微粒的要求越来越高，而且对CO2的排放也提出了相应的要求。内燃机的机油耗影响着车辆废气排放和换油时间间隔，因此，机油耗应保持最小値。对机油有着重要影响的发动机零部件，除了阀门，活塞和涡轮增压器以外，尤其重要的是汽缸套和活塞环。
1、油环的设计
1.1 汽油机油环的类型
为迎合新技术或有关的常规法规的要求，这些年来发动机设计有了改变，于是活塞环设计和首选环的类型也要适应这些不断的变化。1980年以来在欧洲发动机使用的典型油环类型总结如下：
1）单片式（不带衬簧的铸铁或成型钢环）
2）两片式（带螺旋弹簧的铸铁或钢环）
3）三片式（一个衬环和两片刮片组成）[1]
1.2 环高设计
第三道环槽中的活塞环轴向高度，在过去的20年里已经经历了大幅度的降低。在1980年，超过2/3的发动机油环环高为4mm，大约在1990年，大部分发动机油环环高已经为3毫米。当前数据显示汽油机油环环高向接近于2mm或2.5mm的方向发展。环高为3.5mm和4mm的油环已基本不再使用。
1.3 汽缸壁接触压力
油环对汽缸壁接触压力（面压）是用来评估预期的控油性的一个重要的参考指标。在发动机中，油环刮油刃很薄，如0.20mm宽的2片式油环已被成功应用。在相同面压情况下，薄刮油刃油环具有减小切向弹力的优势但同时存在顺应性差的弱点。另一种成功应用的2片式油环上是锥形刮油刃油环。这种设计特征的优点是在发动机工作早期，增加有效的面压。
1.4 顺应性
顺应性的意思是活塞环适应汽缸套变形的能力，该变形是由于受热及机械负荷引起的。顺应性与切向弹力成比例，与转动惯量成反比。径向厚度对转动惯量中的影响是3次方的关系。高切向弹力因对摩擦功有负面作用而不受欢迎。为了獲得低转动惯量，而减小径向厚度，但同时会增加断环风险和潜在的装配问题。适用于任何发动机的典型的做法是综合考虑切向弹力，刮油刃宽度，优化截面形状设计和装配的安全性。
1.5 镀层
目前，油环多采用专用钢和铸铁。铸铁环虽然具有较好的磨损摩擦性能，但在力学性能上不能满足发动机日益提高的高速、高载发展要求。与铸铁材料的油环相比，钢油环有较优越的力学性能和热稳定性，但耐磨性较差，一般需要进行表面处理才能使用。
油环环的表面工程技术主要有电镀、化学镀、PVD、热喷涂等，涂層主要有镀铬、表面磷化、氧化处理、喷钼、氮化铬、DLC等。表面磷化、氧化处理主要是为了便于活塞环的存储，防止生锈，其它表面处理主要提高油环的耐磨性。
1.6 结构
在汽油机中，自1990以来三片式油环的应用比例大约从20%上升至50%左右（欧洲数据；中国从98年三片式油环开始大批量应用）。螺旋撑簧油环的比例相应减少。
三片式油环由于弹力来自于衬环，因结构的限制，无法做到螺旋撑簧油环的高弹力，但随着低摩擦功的要求，三片式油环在汽油机中的应用更受关注。为满足高耐久性的需要，尤其是在变形量增加的铝缸体中，要求使用氮化衬簧和氮化刮片的三式油环，或耐磨性更好的PVD处理。 解决了三片式油环后期磨损导致弹力衰减的问题。由于很好的经济性以及新技术的发展从而使三片式油环得到广泛应用[2]。
2.发动机油环试验的结果
2.1 环高对油耗影响
前面描述了在过去的这些年里油环的高度在不断减小。为了检验低环高油环在机油耗上的功效，采用3mm成型钢环和各种各样的2mm环在汽油机上做了对比试验。2mm环高的三片组合油环和2片式铸铁环和成型钢质螺旋弹簧油环，在该系统试验中表现出积极效果，油耗减少了65%的。验证了环高的减小对于油耗的正面影响的是合理的。
2.2三组合油环的机油耗
在一台1.6L自然吸气发动机上，采用相同弹力的PVD镀层3片式油环和PVD镀层两片式铸铁环，试验结果显示三片式油环在1/4负荷，和满负荷下，所有转速下机油耗最低。主要因为三片式油环有很好的顺应性，能够很好适应缸孔的变形，刮油效果更好，同时由于三片式油环的结构设计也更有利于机油的回流[3]。
2.3 钻油孔和铣油孔对油耗的影响
钻孔加工比铣油孔加工对于环端面及工作面的变形影响要小得多，对早期的油耗产生了积极的影响，还大大地提高了环的抗断裂强度。展示了钻孔的螺旋撑簧油环和铣油孔油环的外圆轮廓的比较。钻孔的油环环轮廓不变形，但铣油孔的油环显示了变形的迹象。所以铣油孔油环的顺应性比钻油孔油环的顺应性好很多，而且铣油孔油环由于刀具的磨损和车床的振动会造成油环刮油韧变形，导致烧机油。
3.总结
目前主机厂对于油环的设计要求有很好的顺应性，机油耗低，成本低，摩擦功低。所以油环的设计多采用低环高，低弹力，钻油孔、PVD镀层，这样可以有效地降低机油消耗。由于三片式油环有着成本较低和机油耗较低的表现，在各主机厂的应用也越来越广泛。
参考文献：
[1]赵劲林；活塞环的使用技术[J]；黑龙江交通科技；2007年
[2]董富刚. 浅谈钢带组合油环.万方数据，2010
[3]赵三明；辉门以摩擦技术解决节能减排大问题[N]；中国工业报；2010年
关键词：油环 机油耗 镀层 三片式油环
0 引言
近年来由于环保的要求越来越严格，不仅对汽车排放有害气体及微粒的要求越来越高，而且对CO2的排放也提出了相应的要求。内燃机的机油耗影响着车辆废气排放和换油时间间隔，因此，机油耗应保持最小値。对机油有着重要影响的发动机零部件，除了阀门，活塞和涡轮增压器以外，尤其重要的是汽缸套和活塞环。
1、油环的设计
1.1 汽油机油环的类型
为迎合新技术或有关的常规法规的要求，这些年来发动机设计有了改变，于是活塞环设计和首选环的类型也要适应这些不断的变化。1980年以来在欧洲发动机使用的典型油环类型总结如下：
1）单片式（不带衬簧的铸铁或成型钢环）
2）两片式（带螺旋弹簧的铸铁或钢环）
3）三片式（一个衬环和两片刮片组成）[1]
1.2 环高设计
第三道环槽中的活塞环轴向高度，在过去的20年里已经经历了大幅度的降低。在1980年，超过2/3的发动机油环环高为4mm，大约在1990年，大部分发动机油环环高已经为3毫米。当前数据显示汽油机油环环高向接近于2mm或2.5mm的方向发展。环高为3.5mm和4mm的油环已基本不再使用。
1.3 汽缸壁接触压力
油环对汽缸壁接触压力（面压）是用来评估预期的控油性的一个重要的参考指标。在发动机中，油环刮油刃很薄，如0.20mm宽的2片式油环已被成功应用。在相同面压情况下，薄刮油刃油环具有减小切向弹力的优势但同时存在顺应性差的弱点。另一种成功应用的2片式油环上是锥形刮油刃油环。这种设计特征的优点是在发动机工作早期，增加有效的面压。
1.4 顺应性
顺应性的意思是活塞环适应汽缸套变形的能力，该变形是由于受热及机械负荷引起的。顺应性与切向弹力成比例，与转动惯量成反比。径向厚度对转动惯量中的影响是3次方的关系。高切向弹力因对摩擦功有负面作用而不受欢迎。为了獲得低转动惯量，而减小径向厚度，但同时会增加断环风险和潜在的装配问题。适用于任何发动机的典型的做法是综合考虑切向弹力，刮油刃宽度，优化截面形状设计和装配的安全性。
1.5 镀层
目前，油环多采用专用钢和铸铁。铸铁环虽然具有较好的磨损摩擦性能，但在力学性能上不能满足发动机日益提高的高速、高载发展要求。与铸铁材料的油环相比，钢油环有较优越的力学性能和热稳定性，但耐磨性较差，一般需要进行表面处理才能使用。
油环环的表面工程技术主要有电镀、化学镀、PVD、热喷涂等，涂層主要有镀铬、表面磷化、氧化处理、喷钼、氮化铬、DLC等。表面磷化、氧化处理主要是为了便于活塞环的存储，防止生锈，其它表面处理主要提高油环的耐磨性。
1.6 结构
在汽油机中，自1990以来三片式油环的应用比例大约从20%上升至50%左右（欧洲数据；中国从98年三片式油环开始大批量应用）。螺旋撑簧油环的比例相应减少。
三片式油环由于弹力来自于衬环，因结构的限制，无法做到螺旋撑簧油环的高弹力，但随着低摩擦功的要求，三片式油环在汽油机中的应用更受关注。为满足高耐久性的需要，尤其是在变形量增加的铝缸体中，要求使用氮化衬簧和氮化刮片的三式油环，或耐磨性更好的PVD处理。 解决了三片式油环后期磨损导致弹力衰减的问题。由于很好的经济性以及新技术的发展从而使三片式油环得到广泛应用[2]。
2.发动机油环试验的结果
2.1 环高对油耗影响
前面描述了在过去的这些年里油环的高度在不断减小。为了检验低环高油环在机油耗上的功效，采用3mm成型钢环和各种各样的2mm环在汽油机上做了对比试验。2mm环高的三片组合油环和2片式铸铁环和成型钢质螺旋弹簧油环，在该系统试验中表现出积极效果，油耗减少了65%的。验证了环高的减小对于油耗的正面影响的是合理的。
2.2三组合油环的机油耗
在一台1.6L自然吸气发动机上，采用相同弹力的PVD镀层3片式油环和PVD镀层两片式铸铁环，试验结果显示三片式油环在1/4负荷，和满负荷下，所有转速下机油耗最低。主要因为三片式油环有很好的顺应性，能够很好适应缸孔的变形，刮油效果更好，同时由于三片式油环的结构设计也更有利于机油的回流[3]。
2.3 钻油孔和铣油孔对油耗的影响
钻孔加工比铣油孔加工对于环端面及工作面的变形影响要小得多，对早期的油耗产生了积极的影响，还大大地提高了环的抗断裂强度。展示了钻孔的螺旋撑簧油环和铣油孔油环的外圆轮廓的比较。钻孔的油环环轮廓不变形，但铣油孔的油环显示了变形的迹象。所以铣油孔油环的顺应性比钻油孔油环的顺应性好很多，而且铣油孔油环由于刀具的磨损和车床的振动会造成油环刮油韧变形，导致烧机油。
3.总结
目前主机厂对于油环的设计要求有很好的顺应性，机油耗低，成本低，摩擦功低。所以油环的设计多采用低环高，低弹力，钻油孔、PVD镀层，这样可以有效地降低机油消耗。由于三片式油环有着成本较低和机油耗较低的表现，在各主机厂的应用也越来越广泛。
参考文献：
[1]赵劲林；活塞环的使用技术[J]；黑龙江交通科技；2007年
[2]董富刚. 浅谈钢带组合油环.万方数据，2010
[3]赵三明；辉门以摩擦技术解决节能减排大问题[N]；中国工业报；2010年