【編者按】汽車發(fā)動機是為汽車提供動力的發(fā)動機爽锥，是汽車的心臟填要，影響汽車的動力性眶衙、經(jīng)濟性和環(huán)保性崇磁。那么汽車發(fā)動機存在缺陷到底對汽車有多大影響黄鳍？

發(fā)動機技術(shù)是代表汽車性能的重要指標(biāo)，多數(shù)選擇進口與合資車型的消費者看重的正是國外先進的發(fā)動機技術(shù)平匈。其實框沟，奔馳寶馬這些世界頂級汽車的發(fā)動機也存在一個致命缺陷，我們通過具體分析來看看它的影響有多大增炭。

發(fā)動機生產(chǎn)動力的過程是在氣缸里進行的忍燥。首先，氣缸通過負(fù)壓吸入混合氣(含有燃油的空氣)或空氣隙姿，把氣體壓縮到燃燒室內(nèi)梅垄、點燃混合氣使其受熱膨脹、膨脹產(chǎn)生的高壓推動活塞向下運動為汽車提供動力输玷。如果氣缸里有個缺口队丝，在混合氣壓縮和燃燒過程中，部分被壓縮和燃燒膨脹的氣體可以從缺口擠出饲嗽、使氣缸壓力加速下降炭玫，降低了推動活塞的力量奈嘿。

1貌虾、汽缸里真的有個缺口?

氣缸是一個圓柱體，頂部和周圍的圓柱都是密封的翰蛔，底部的活塞結(jié)構(gòu)依靠活塞環(huán)“密封”革秩。活塞環(huán)是一個開口圓環(huán)痰汰，為了安裝方便和防止受熱膨脹焦赋，活塞環(huán)必須留一個可以延伸的缺口绊削，作用是在熱膨脹時活塞環(huán)不會因為外徑增大而卡死，缺口大約有0.1-0.2毫米鲁磺。為了減輕活塞環(huán)缺口引起的“漏氣”制棉，設(shè)計者使用了相應(yīng)的防漏氣設(shè)計。

(1)盲腔設(shè)計

既然活塞環(huán)有缺口就一定會漏氣跋园，設(shè)計者采用了雙環(huán)(柴油機是三環(huán))設(shè)計來減少氣體泄漏诸晃。具體做法是在活塞上安裝二個活塞環(huán)，把兩個活塞環(huán)的開口錯開180°息栖，兩個活塞環(huán)之間的間隙被稱為盲腔益命。雖然氣體仍然可以通過上活塞環(huán)缺口——盲腔——下活塞環(huán)缺口的通道泄漏，泄漏量已經(jīng)明顯減低鹿蜀，所以現(xiàn)在的發(fā)動機基本都采用這個設(shè)計箕慧。發(fā)動機工作時，活塞環(huán)可以隨著上下運動而轉(zhuǎn)動茴恰，兩個活塞環(huán)的開口可以小于180°颠焦，如果離的太近，盲腔的作用就受到影響琐簇，氣體泄漏會隨之增加蒸健。

(2)機油封閉設(shè)計

通常認(rèn)為發(fā)動機加注的機油只是為了潤滑零件，教科書和廠家都這樣說婉商，即使換機油的修理工也在推銷高檔機油時強調(diào)機油的潤滑功效似忧。其實，機油的作用并不僅僅于此丈秩《疲活塞環(huán)的缺口和與活塞環(huán)槽之間的間隙都可以造成氣體泄漏，設(shè)計師正是利機油的粘稠特性來封閉這些缺口和間隙蘑秽。這里要引入一個流體力學(xué)概念：非牛頓流體饺著。流體的粘稠度和流體的應(yīng)力(剪切力)呈現(xiàn)相關(guān)性。網(wǎng)上有個經(jīng)典視頻說明非牛頓流體現(xiàn)象：將一個水池里加滿玉米淀粉糊肠牲，如果一個人很快的跑過糊面煞精，并不會沉下去;如果這個人站在糊面上，就會沉入糊里厌棵。設(shè)計者利用機油的粘稠性封閉活塞的缺口和間隙就是利用了非牛頓流體的原理來阻止氣體泄漏因郁。

曾經(jīng)有一些公司利用非牛頓流體原理設(shè)計出發(fā)動機添加劑(記得多年前有一種美國進口的“力馳多”)是將機油里加入非常細(xì)小的金屬顆粒來增加縫隙的密封性能，進而達(dá)到節(jié)約燃油和提高動力的目的醇票。消費者也可以利用這個原理選擇粘度較高的機油(比如W30)加鄙，在保證潤滑功能的前提下還可以適度提高發(fā)動機的動力輸出。

2、缺口影響那些行程?

目前廣泛使用的是四缸(四沖程)發(fā)動機溜盾，就以它為例子分析活塞環(huán)缺口如何影響發(fā)動機做功的肴士。

以1-3-4-2點火順序來分析。氣缸的工作順序是“進氣-壓縮-做功-排氣”盔却，每個沖程推動曲軸旋轉(zhuǎn)180°丸臀，四個氣缸每循環(huán)一次(也就是每個氣缸完成四個沖程)推動曲軸旋轉(zhuǎn)720°(二圈)。從氣缸內(nèi)壓力的角度看奖锦，缺口主要影響壓縮和做功行程：圧縮行程時聪僚，當(dāng)氣缸內(nèi)壓力大于缺口外壓力時，可以發(fā)生缸內(nèi)氣體外泄;做工行程時刊侯，氣缸內(nèi)壓力始終高于缺口外壓力章办，所以在整個行程中都有氣體外泄。

(1)缺口漏氣的程度和時間

圧縮行程時氣缸內(nèi)壓力是逐步上升的滨彻，只有在壓力大于氣缸外壓力并克服了機油的應(yīng)力時混合氣才會外漏藕届。做功行程時氣缸內(nèi)壓力始終高于氣缸外壓力，所以整個行程中都有氣體泄漏亭饵。

可以通過三個層面來分析和漏氣相關(guān)的沖程和時間之間的關(guān)系休偶。

A、漏氣行程長度

第一行顯示的是每個氣缸從壓縮開始到結(jié)束的連續(xù)性辜羊，也就是說氣體泄漏是從圧縮行程開始一直延續(xù)到做功行程結(jié)束踏兜，所以氣缸內(nèi)氣體向外泄漏的時間是兩個行程的時間總和。

B八秃、漏氣沖程的重疊

第二行顯示的是伴隨第一行氣缸行程的其他氣缸行程狀態(tài)碱妆，比如，一缸壓縮時二缸在做功昔驱，一缸做功時三缸在壓縮…疹尾，由此可見同一時間段內(nèi)有兩個氣缸同時在通過缺口漏氣。

C榄湿、漏氣的連續(xù)性

第一行和第二行的氣缸行程是在持續(xù)循環(huán)過程中的宽酣，其間并沒有任何中斷，而是連續(xù)貫穿整個發(fā)動機工作時間宛扒。只要啟動了發(fā)動機优麻，就有兩個氣缸從始至終在漏氣。

通過上述分析可以判斷治队，活塞環(huán)缺口引起的缸內(nèi)氣體外泄真的很嚴(yán)重胯绢。

但是，僅僅依靠上述分析就下結(jié)論為時過早拂极，必須要通過科學(xué)方法實際進行測試后得到的結(jié)論才會更加靠譜瑰跳。

(2)測定氣缸漏氣方法

2009年機械工業(yè)出版社出版的《汽車檢測技術(shù)與設(shè)備》中在第二章第二節(jié)中介紹了氣缸密封性檢測忍坯。檢測含有三項內(nèi)容：氣缸壓縮壓力檢測猛珍、氣缸漏氣率檢測和曲軸箱竄氣率檢測砰普。

前兩項檢測的基本條件是以氣缸的圧縮行程為條件進行，沒有包含做功行程的壓力變化和缸內(nèi)氣體泄漏陕匿。在前面的分析中我們已經(jīng)注意到做功行程的整個時間段缸內(nèi)氣體壓力都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于氣缸外壓力狗准，也就是說這個時段引起的氣體泄漏才是影響發(fā)動機耗油量和輸出扭矩的關(guān)鍵所在。

現(xiàn)在多數(shù)發(fā)動機的氣缸壓縮末期壓力大約在8-12公斤/cm?茵肃，按照壓力單位換算腔长，1公斤/cm?=98kpa，10公斤/cm?約合1000kpa(1Mpa左右);當(dāng)進入做功行程時验残，被點燃的混合氣急劇膨脹可使氣缸內(nèi)壓力上升到100公斤以上/cm?(約合10Mpa)捞附。書中記錄的檢測參數(shù)是在0.4Mpa的壓力條件下檢測氣缸泄漏率，設(shè)定的壓力參數(shù)比氣缸在壓縮行程的實際壓力低一半左右您没，更無法體現(xiàn)做功行程時的超大壓力鸟召。如果缺口面積不變，單位時間內(nèi)壓力越大泄漏的氣體越多氨鹏，所以說上述檢測方法不能體現(xiàn)氣缸的實際泄漏情況欧募。

看來這樣的檢測技術(shù)并不能真實全面地體現(xiàn)活塞環(huán)缺口泄漏的嚴(yán)重性，還會給設(shè)計人員造成一種“泄漏很有限”的假象仆抵。

3跟继、閉合式活塞環(huán)

這里介紹幾種閉合式活塞環(huán)。

(1)搭接式活塞環(huán)

目前有一種搭接式活塞環(huán)可以阻斷氣體向下泄漏的垂直通道镣丑。

這種類型的活塞環(huán)多用于柴油發(fā)動機舔糖，優(yōu)點是阻斷了氣體泄漏的垂直通道。然而漂岔，活塞環(huán)的水平缺口仍然可以使高壓氣體經(jīng)過活塞環(huán)內(nèi)側(cè)的間隙氓暖，再通過下方的水平缺口泄漏。搭接型活塞環(huán)通過延長泄漏通道在一定程度上降低了氣體泄漏率洛续，但是缺口并沒有被完全封閉账姜。

(2)全閉合式活塞環(huán)

中國專利網(wǎng)上有很多關(guān)于全閉合式活塞環(huán)的專利，這里以專利號為200720120873.1(申請人陳郁傳)為例進行分析绞宿。

專利附圖中顯示發(fā)明人把活塞環(huán)的接口設(shè)計的更加完善插涛，可以阻止上方的氣體向下方和內(nèi)測泄漏。這種設(shè)計比搭接式活塞環(huán)更為先進鞋伸，完全封閉了活塞環(huán)接口處的“缺口”叉弱。來看一下這種活塞環(huán)末端結(jié)合后的情況。

當(dāng)活塞環(huán)被安裝在工作位置時艰欲，兩末端完全閉合庐冤，預(yù)留的膨脹間隙向下和向內(nèi)側(cè)的通道被完全封閉，僅僅留下一條非常小(可以完全貼合)的結(jié)合間隙。使用這樣的全閉合時活塞環(huán)可以最大限度的阻止發(fā)動機圧縮行程和做功行程的氣缸內(nèi)氣體泄漏泡徙，而且基本不會受到活塞上兩個活塞環(huán)缺口位置變化的影響橱鹏，非常有利于提升發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性和動力性。

4堪藐、缺口造成的長期影響

活塞環(huán)缺口導(dǎo)致的氣缸內(nèi)氣體大量泄漏只是問題的開始莉兰，因為前面所寫的一切都是以新發(fā)動機為前提。隨著汽車?yán)锍虜?shù)的增加礁竞，氣缸壁和活塞環(huán)外側(cè)面會不斷地被磨損糖荒，活塞環(huán)缺口也隨之在增大，泄漏的氣體數(shù)量也在不斷地上升模捂〈范洌《汽車檢測技術(shù)與設(shè)備》中記載的“氣缸漏氣率參考性診斷參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值”是這樣規(guī)定的:

新車出廠時，發(fā)動機的氣缸泄漏率基本處于“良好”水平;行駛了一定公里數(shù)后狂男，氣缸泄漏率可能維持在“一般”水平;隨著公里數(shù)繼續(xù)延長(15-20萬公里以上)泉孩，氣缸漏氣率就會變成“較差”或“差”的水平了。通常修理工會在活塞環(huán)缺口長度達(dá)到0.5mm以上時為你更換活塞環(huán)并淋。因為氣缸壁也受到磨損寓搬，即使換上新活塞環(huán)，缺口間隙也比較大县耽，很難達(dá)到新車水平盲妈。記得有幾位開寶馬車的朋友在汽車行駛到20萬公里左右感到動力嚴(yán)重下降，去4S店檢修時被要求更換發(fā)動機徒浸，原因就在這里棠蹬。汽車行駛過20萬公里后，基本都要進行發(fā)動機大修躯琐，主要工作就是更換活塞環(huán)偷颜。

現(xiàn)在大家對活塞環(huán)缺口對發(fā)動機性能的影響認(rèn)識比較全面了吧。其實囊古，事情可以不是這樣彰派。大家可以滑上去再仔細(xì)看看全閉合型活塞環(huán)的示意圖。

全閉合型活塞環(huán)除了可以基本封閉氣體經(jīng)過活塞環(huán)結(jié)合部的缺口泄漏外狠压，還有一個更重要的優(yōu)點是在活塞外緣被磨損時依然保持密封狀態(tài)司终。上圖中的活塞環(huán)的膨脹間隙A隨著外緣磨損漸漸增大，結(jié)合間隙可以保持不變相品，所以卧他，活塞環(huán)的密封性保持不變;只有磨損到膨脹間隙A和膨脹間隙C重合以后，才會產(chǎn)生缺口導(dǎo)致氣體向下泄漏品山。如果結(jié)合部位有足夠的延伸余量胆建，一輛汽車的發(fā)動機可以在行駛50-100萬公里時仍然保持新車的動力水平和燃油消耗量水平烤低。

很多國外或者合資汽車把發(fā)動機開蓋(大修)里程長作為發(fā)動機性能好的重要標(biāo)志，迎合了中國消費者“經(jīng)久耐用”的心理需求笆载∑四伲看完這篇說客后，希望中國汽車企業(yè)也能夠設(shè)計出行駛50萬公里宰译、甚至100萬公里不大修的發(fā)動機，而且還具備耗油量不增加和動力不下降的雙重優(yōu)勢魄懂。

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