แหวนลูกสูบชุดเครื่องปั่นไฟดีเซล แหวนแก๊ส ฟังก์ชั่นและหลักการทำงาน?

แหวนลูกสูบเป็นแหวนโลหะยืดหยุ่นเปิด ซึ่งสามารถแบ่งได้เป็น 2 ประเภท คือ แหวนแก๊สและแหวนน้ำมันตามหน้าที่การใช้งาน โดยติดตั้งแหวนอากาศ 2 ถึง 4 วงที่ปลายด้านบนของหัวลูกสูบ และแหวนน้ำมัน 1 ถึง 2 วงที่ปลายด้านล่าง
หน้าที่ของแหวนก๊าซคือเพื่อให้แน่ใจว่ามีการปิดผนึกระหว่างลูกสูบและผนังกระบอกสูบและป้องกันไม่ให้ก๊าซแรงดันสูงที่ส่วนบนของลูกสูบรั่วไหลเข้าไปในห้องข้อเหวี่ยง เมื่อซีลไม่ดี ก๊าซในจังหวะการบีบอัดจะรั่วไหลมากขึ้น ซึ่งจะทำให้ความดันในตอนท้ายของการบีบอัดลดลง ซึ่งจะทำให้เครื่องยนต์สันดาปภายในสตาร์ทได้ยาก การรั่วไหลของก๊าซอุณหภูมิสูงเข้าไปในห้องข้อเหวี่ยงจะทำให้ลูกสูบมีอุณหภูมิที่สูงขึ้น และน้ำมันจะถูกออกซิไดซ์และเสื่อมสภาพเนื่องจากความร้อน นอกเหนือจากฟังก์ชันการปิดผนึกแล้ว แหวนก๊าซยังมีหน้าที่ในการถ่ายเทความร้อนอีกด้วย ความร้อนส่วนใหญ่ที่ดูดซับไว้ที่ด้านบนของลูกสูบจะถูกส่งไปยังผนังกระบอกสูบผ่านแหวนก๊าซ (เนื่องจากหัวลูกสูบไม่สัมผัสกับผนังกระบอกสูบ) จากนั้นจึงถูกถ่ายเทโดยตัวกลางระบายความร้อนภายนอก
แหวนก๊าซ โดยเฉพาะแหวนก๊าซแรก นอกจากการเคลื่อนที่เชิงเส้นแบบลูกสูบที่ความเร็วสูงไปตามผนังกระบอกสูบแล้ว ยังได้รับผลกระทบจากแรงดันของก๊าซอุณหภูมิสูงและแรงดันสูง รวมถึงสภาวะการหล่อลื่นที่ไม่ดี ซึ่งทำให้คุณสมบัติทางกลของแหวนก๊าซลดลง ความยืดหยุ่นลดลง และจะทำให้เกิดการคาร์บอนไนเซชันของน้ำมันหล่อลื่น และอาจทำให้กระบอกสูบดึงและอากาศรั่วได้ ดังนั้น แหวนก๊าซจึงควรมีแรงยืดหยุ่นเพียงพอที่จะทำให้ส่วนรอบของแหวนอยู่ใกล้กับผนังกระบอกสูบ ในเวลานี้ ก๊าซแรงดันสูงไม่สามารถรั่วไหลผ่านพื้นผิวสัมผัสระหว่างแหวนก๊าซและผนังกระบอกสูบได้ ก๊าซที่กระทำกับหน้าปลายด้านบนของแหวนจะกดแหวนให้แน่นในร่องแหวนลูกสูบ ทำให้หน้าปลายด้านล่างสัมผัสใกล้ชิดกับร่องแหวน ก๊าซที่เข้ามาระหว่างด้านในของแหวนและร่องแหวนจะกดออกด้านนอก ทำให้แหวนแนบแน่นกับผนังกระบอกสูบมากขึ้น ดังนั้นจึงสามารถป้องกันการรั่วไหลของก๊าซแรงดันสูงได้โดยใช้แรงยืดหยุ่นของแหวนก๊าซเองและแรงดันของก๊าซ
แหวนลูกสูบมักทำจากเหล็กหล่อสีเทาคุณภาพสูงหรือเหล็กหล่อผสม เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานของแหวนก๊าซแรกและปรับปรุงความทนทานต่อการสึกหรอ มักจะชุบชั้นโครเมียมที่มีรูพรุนหรือชั้นโมลิบดีนัมบนพื้นผิวของแหวนก๊าซแรก ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา แหวนก๊าซแรกยังทำจากเหล็กเหนียวหรือเหล็ก ในสถานะอิสระ เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของแหวนจะใหญ่กว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของกระบอกสูบเล็กน้อย หลังจากติดตั้งในกระบอกสูบ แหวนลูกสูบจะสร้างแรงยืดหยุ่นและกดกับผนังกระบอกสูบ และควรสงวนช่องว่างไว้ที่ช่องเปิด (เรียกว่าช่องว่างปลายหรือช่องว่างเปิด ระยะห่างของการเปิดแหวนลูกสูบของเครื่องยนต์สันดาปภายในโดยปกติคือ 0.4~0.8 มม.) เพื่อป้องกันไม่ให้แหวนลูกสูบติดอยู่ในกระบอกสูบเมื่อถูกความร้อนและขยายตัว หลังจากติดตั้งแหวนลูกสูบในร่องแหวนแล้ว ควรมีระยะห่างในทิศทางความสูงด้วย (เรียกว่าระยะห่างด้านข้าง ระยะห่างด้านข้างของแหวนลูกสูบของเครื่องยนต์สันดาปภายในโดยปกติคือ 0.08-0.16 มม.) เมื่อติดตั้งแหวนลูกสูบบนลูกสูบ ช่องเปิดของแต่ละแหวนควรจะสลับกัน 120°~180° และช่องเปิดแหวนลูกสูบควรจะสลับกันมากกว่า 45 องศาจากรูที่นั่งของหมุดลูกสูบเพื่อป้องกันการรั่วซึมหลังจากติดตั้งแหวนลูกสูบในกระบอกสูบ ปรากฏการณ์แก๊ส
เพื่อปรับปรุงสภาพการทำงานของแหวนลูกสูบและทำให้แหวนลูกสูบและกระบอกสูบพอดีกันมากขึ้น แหวนลูกสูบบางรุ่นจึงใช้ส่วนต่างๆ กัน ดังนั้นควรใส่ใจเป็นพิเศษระหว่างการติดตั้ง รูปร่างหน้าตัดพื้นฐานของแหวนลูกสูบคือสี่เหลี่ยมผืนผ้า แหวนสี่เหลี่ยมผืนผ้าผลิตได้ง่ายและใช้กันอย่างแพร่หลาย แต่ประสิทธิภาพการทำงานค่อนข้างแย่ และไม่สามารถตอบสนองความต้องการที่เข้มงวดยิ่งขึ้นของเครื่องยนต์ได้ แหวนอัดทั่วไปนี้สามารถติดตั้งได้อย่างอิสระในร่องแหวนลูกสูบ เครื่องยนต์บางรุ่นใช้โครงสร้างแหวนทรงกรวย พื้นผิวการทำงานของแหวนทำเป็นมุมเรียว 0.5° ถึง 1.5 เพื่อลดพื้นผิวสัมผัสระหว่างพื้นผิวการทำงานของแหวนและผนังกระบอกสูบ และสามารถทำงานได้เร็วขึ้น มุมกรวยยังมีหน้าที่ในการขูดน้ำมัน อย่างไรก็ตาม การสึกหรอของแหวนกรวยนั้นเร็ว ซึ่งส่งผลต่ออายุการใช้งาน ติดตั้งโดยให้ด้านที่ทำมุมคว่ำลง
เครื่องยนต์สันดาปภายในบางรุ่นใช้แหวนบิด ส่วนหนึ่งของขอบบนของวงกลมด้านในหรือขอบล่างของวงกลมด้านนอกของแหวนบิดจะถูกตัดออกเพื่อสร้างส่วนที่เป็นขั้นบันได ส่วนประเภทนี้ไม่สมมาตรทั้งภายในและภายนอก หลังจากโหลดแหวนเข้าไปในกระบอกสูบและบีบอัดแล้ว ภายใต้การกระทำของแรงภายในที่ไม่สมมาตร ส่วนเอียงที่สำคัญจะเกิดขึ้น ทำให้พื้นผิวด้านนอกของแหวนสร้างพื้นผิวเรียวที่มีด้านบนเล็กและด้านล่างใหญ่ ซึ่งทำให้ขนาดของแหวนลดลง พื้นที่สัมผัสของผนังกระบอกสูบทำให้แหวนเคลื่อนที่ได้ง่ายและมีผลในการขูดน้ำมันลง นอกจากนี้ หน้าปลายด้านบนและด้านล่างของแหวนจะสัมผัสกับหน้าปลายด้านบนและด้านล่างของร่องแหวนในตำแหน่งที่สอดคล้องกัน ซึ่งไม่เพียงเพิ่มประสิทธิภาพการปิดผนึกเท่านั้น แต่ยังป้องกันไม่ให้แหวนลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นและลงในร่องและทำให้เกิดน้ำมันปั๊มและการสึกหรอ เมื่อติดตั้งแหวน จำเป็นต้องใส่ใจกับทิศทางขึ้นและลง ไม่สามารถติดตั้งแบบย้อนกลับได้ การตัดด้านในควรอยู่ด้านบนและการตัดด้านนอกควรอยู่ด้านล่าง ในเครื่องยนต์สันดาปภายในบางรุ่นที่มีภาระความร้อนสูง มักใช้แหวนรูปสี่เหลี่ยมคางหมูเพื่อปรับปรุงความสามารถในการป้องกันการเกิดโค้กของแหวนแก๊ส ช่องว่างที่ตรงกันระหว่างหน้าปลายของแหวนและร่องแหวนจะเปลี่ยนไปตามการแกว่งด้านข้างของลูกสูบภายใต้การกระทำของแรงด้านข้าง ซึ่งสามารถบดเขม่าคาร์บอนในร่องแหวนและป้องกันไม่ให้แหวนลูกสูบติดกาวและติดแน่นได้ แหวนนี้สามารถติดตั้งได้ตามต้องการเช่นเดียวกับแหวนแก๊สทั่วไป
นอกจากนี้ยังมีวงแหวนหน้าถังแก๊สแบบวงแหวนอีกด้วย พื้นผิวการทำงานเป็นแบบโค้งนูน และทิศทางด้านบนและด้านล่างเป็นรูปลิ่มกับผนังกระบอกสูบ ทำให้ง่ายต่อการใช้งาน มีประสิทธิภาพในการหล่อลื่นที่ดี และปิดผนึกอย่างแน่นหนา วงแหวนดังกล่าวมักใช้เพื่อเสริมความแข็งแกร่งให้กับเครื่องยนต์สันดาปภายใน เช่นเดียวกับวงแหวนอัดทั่วไป วงแหวนนี้สามารถติดตั้งได้อย่างอิสระในร่องวงแหวนแก๊ส