在天然氣發動機的活塞環組件中產生摩擦的主要成因是，第一道環在壓縮沖程中在上死點附近的移動和油環在整個循環周期中的移動。第一道環摩擦消耗是在高氣壓對環的作用以及相對較少量的氣缸套內的潤滑油造成的，這些潤滑油是在油環的上死點與第一道環上死點之間。油環的摩擦損耗，是由于為防止過量潤滑油消耗而設計的高彈力造成的。

　　模型的預測數據表明，改變第一道環的形狀，引入第一道環槽向上傾斜與第一道環形成正扭曲，降低油環彈力，可以顯著地減少摩擦。通過這些改變后的設計，沒有出現明顯的竄漏。設計的負向靜態扭曲和的第二道環，顯示出潤滑油消耗中度增加，這是由于使用了一個低彈力的油環造成的。通過模型預測得到的所有這些理論上的結果，將在科羅拉多州立大學進行天然氣發動機的實物試驗，以便得到驗證。

　　減少OCR彈力的效果第二道活塞環設計的效果簡介讓Waukesha發動機的基準線設計第二道活塞環具有正向靜態扭曲，用于增強穩定性，消除在接近壓縮沖程上死點時的顫振。有關這種顫振現象的完整論述以及靜態扭曲與活塞環穩定性之間的關系。

　　如上文中提到的那樣，摩擦模型不能提供量化的油耗，只能根據上述討論中的效果進行趨勢推斷。要獲得這些設計改變油耗的量化數據效果，必須在發動機實物試驗中使用油耗測量儀。下文中將介紹這一點。實驗結果的確認在科羅拉多州立大學，通過Waukesha實物發動機對這項研究的結果進行了確認實驗。安裝到發動機上的測試設備對氣缸壓力、活塞環內部的壓力、油耗、竄漏、扭矩、包括NOx3碳氫化合物等有害排出物和HAP.s等各種排放物進行了檢測。

　　這項研究提議的減少摩擦的改進設計要與不同的FMEP進行比較后評估。FMEP是在減去了BMEP（量力器對扭矩的運算）和IMEP（從發動機循環中獲得的氣缸綜合壓力）求出的。這兩個數字的不同不在于活塞環的FMEP，而是在于發動機的全部損耗。不過，通過比較兩種不同活塞環設計即可得知這個FMEP數值的不同，而這些不同又可作為減少FMEP達到設計目的的特征。通過采用這種方法進行測量，可以看到減少摩擦的設計潛在的改進效果。

　　由于這是一種間接的摩擦測量方法，其得出的結果的精確性仍將需要確認。因此，試驗方法的精確性需要密切的監測。通過進行一致性的檢測，對活塞環內部的壓力進行測量并與采用上述方法得出的結果進行比較，即可達到確認的目的。

　　結論模型預測顯示，對Waukesha發動機減少摩擦的最有效的設計是改變第一道環的形狀，引入向上傾斜的第一道環槽，并減少油環的彈力。由于采用向上傾斜的第一道環槽所伴隨的磨損的增加，可以用第一道環正靜態扭曲的設計加以排除。由于減少了油環彈力造成的油耗增加，可以用第二道活塞環的反向靜態扭曲進行補償。模型預測還顯示，低摩擦第一道環設計與低彈力油環設計的結合，可以減少發動機摩擦30%至35%.如果活塞環在發動機摩擦總量中占20%，這些設計則潛在地增進了發動機制動熱效率0.5%至1%，而且沒有帶來油耗增加或磨損增加等不良效應。在發動機的工作壽命中，這些改進將更加節省燃料并降低污染物的排放。

作者：佚名　　來源：中國潤滑油網