摘要：活塞環(huán)是具有彈性的金屬開(kāi)口圓環(huán)，按其功用不同可分為氣環(huán)和油環(huán)種。安裝在活塞頭部上端的是2～4道氣環(huán)，下端的是1～2道油環(huán)。氣環(huán)的作用是保證柴油發(fā)電機(jī)氣缸與活塞間的密封性，防止漏氣，并且要把活塞頂部吸收的大部分熱量傳給氣缸壁，由冷卻水帶走；油環(huán)起布油和刮油的作用，下行時(shí)刮除氣缸壁上多余的機(jī)油，上行時(shí)在氣缸壁上鋪涂一層均勻的油膜。這樣既可以防止機(jī)油竄入氣缸中燃燒掉，又可以減少活塞與氣缸壁的摩擦阻力。此外，油環(huán)還能起到輔助封氣的作用。

一、活塞環(huán)作用

      活塞環(huán)所處位置和參數(shù)示例如圖1、圖2所示。活塞環(huán)的主要作用有以下幾個(gè)方面：

1、密封作用

      活塞環(huán)安裝在活塞上，與氣缸壁之間形成一定的密封間隙。當(dāng)活塞在氣缸內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞環(huán)能夠有效地密封活塞與氣缸之間的間隙，防止燃燒室內(nèi)的燃?xì)夂蜐?rùn)滑油進(jìn)入活塞與氣缸之間，從而保證燃燒室的密封性能，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率。

2、導(dǎo)向作用

      活塞環(huán)能夠起到引導(dǎo)作用，使活塞在氣缸內(nèi)的上下運(yùn)動(dòng)更加穩(wěn)定。它們與氣缸壁的摩擦力可以確保活塞在氣缸內(nèi)的軌跡準(zhǔn)確無(wú)誤，避免活塞偏離軌道，從而保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3、冷卻作用

      活塞環(huán)能夠幫助將活塞上的熱量傳遞給氣缸壁，從而實(shí)現(xiàn)散熱。活塞在工作過(guò)程中會(huì)受到高溫燃?xì)獾臎_擊，如果沒(méi)有活塞環(huán)的輔助散熱作用，活塞可能會(huì)過(guò)熱變形，甚至導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)故障。

4、減震作用

      活塞環(huán)能夠減少活塞與氣缸之間的沖擊和振動(dòng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行更加平穩(wěn)。活塞在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生慣性力和壓縮力，活塞環(huán)的存在可以減少這些力對(duì)氣缸的沖擊，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)和噪音。

二、氣環(huán)結(jié)構(gòu)和形狀

      氣環(huán)的功用是保證活塞與氣缸壁之間的密封，防止活塞上部的高壓氣體漏入曲軸箱。當(dāng)密封不良時(shí)，壓縮沖程中的氣體漏出較多，使壓縮終了的壓力降低，對(duì)于柴油機(jī)會(huì)造成啟動(dòng)困難。高溫燃?xì)饴┤肭S箱還會(huì)使活塞溫度升高，機(jī)油因受熱而氧化變質(zhì)。除密封作用外，氣環(huán)還起傳熱作用。活塞頂部所吸收的熱量，大部分要通過(guò)氣環(huán)傳給氣缸壁（因活塞頭部并不接觸氣缸壁），再由外部的冷卻介質(zhì)帶走。

      氣環(huán)，特別是第一道氣環(huán)，除了隨活塞沿氣缸壁做高速往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)外，還受到高溫和高壓燃?xì)獾膲毫σ约皾?rùn)滑條件差等因素的影響，從而使氣環(huán)的力學(xué)性能降低，彈性下降，而且會(huì)引起潤(rùn)滑油的炭化，甚至可能造成拉缸和漏氣。因此要求氣環(huán)應(yīng)有足夠的彈力，才能使環(huán)的四周緊貼在氣缸壁上，這時(shí)高壓燃?xì)饩筒豢赡芡ㄟ^(guò)氣環(huán)與氣缸壁之間的接觸面漏出。而作用在環(huán)上端面的燃?xì)猓弓h(huán)緊壓在活塞環(huán)槽中，使下端面與環(huán)槽緊貼。進(jìn)入環(huán)的內(nèi)側(cè)面與環(huán)槽之間的燃?xì)猓鋲毫ο蛲猓弓h(huán)更加貼緊氣缸壁。因此利用氣環(huán)本身的彈力和燃?xì)獾膲毫Γ纯勺柚垢邏喝細(xì)獾男孤?/span>

（1）第一密封面：

      如圖2所示，活塞環(huán)在自由狀態(tài)下，其外圓直徑略大于汽缸內(nèi)徑，裝入汽缸后，產(chǎn)生一定彈力F，與缸壁壓緊，形成密封面。

（2）第二封面：

      活塞環(huán)與環(huán)槽側(cè)面密封的壓緊力是氣體壓力、慣性力和摩擦力代數(shù)和，在做功與壓縮行程時(shí)，氣體壓力使活塞環(huán)被壓緊在環(huán)槽下側(cè)面形成第二封面。

      活塞環(huán)通常采用優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵或合金鑄鐵制成。為了提高第一道氣環(huán)的工作性能，提高其耐磨性，常在第一道氣環(huán)的表面鍍上多孔性鉻層或鉬層。近年來(lái)，第一道氣環(huán)也有用球墨鑄鐵或鋼制成的。在自由狀態(tài)下，環(huán)的外徑略大于氣缸直徑，裝入氣缸后，活塞環(huán)產(chǎn)生彈力壓緊在氣缸壁上，開(kāi)口處應(yīng)保留一定的間隙（稱(chēng)為端隙或開(kāi)口間隙，柴油機(jī)活塞環(huán)的開(kāi)口間隙通常為0.4～0.8mm），以防止活塞環(huán)受熱膨脹時(shí)卡死在氣缸中。活塞環(huán)裝入環(huán)槽后，在高度方向也應(yīng)有一定的間隙（稱(chēng)為側(cè)隙，柴油機(jī)活塞環(huán)的側(cè)隙通常為0.08～0.16mm）。當(dāng)活塞環(huán)安裝在活塞上時(shí)，應(yīng)按規(guī)定將各環(huán)的開(kāi)口處互相錯(cuò)開(kāi)120°～180°，并且活塞環(huán)開(kāi)口應(yīng)與活塞銷(xiāo)座孔錯(cuò)開(kāi)45°以上，以防活塞環(huán)裝入氣缸后產(chǎn)生漏氣現(xiàn)象。

      為了改善活塞環(huán)的工作條件，使活塞環(huán)與氣缸更好地磨合，有些活塞環(huán)采用了不同的斷面，在安裝時(shí)要特別注意。

      氣環(huán)的基本斷面形狀是矩形［圖4（a）］。矩形環(huán)易于制造，應(yīng)用廣泛，但其磨合性比較差，不能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)日益強(qiáng)化的要求。這種普通的壓縮環(huán)可隨意安裝在氣環(huán)槽內(nèi)。

      有的發(fā)動(dòng)機(jī)采用錐面環(huán)結(jié)構(gòu)［圖4（b）（c）］。這種環(huán)的工作表面制成0.5°～1.5°的錐角，使環(huán)的工作表面與缸壁的接觸面減小，可以較快地磨合。錐角還兼有刮油的作用。但錐面環(huán)的磨損較快，影響使用壽命。安裝時(shí)有棱角的一面朝下。

       有些柴油發(fā)動(dòng)機(jī)采用扭曲環(huán)［圖4（d）（e）］。扭曲環(huán)的內(nèi)圓上邊緣或外圓下邊緣切去一部分，形成臺(tái)階形斷面。這種斷面內(nèi)外不對(duì)稱(chēng)，環(huán)裝入氣缸受到壓縮后，在不對(duì)稱(chēng)內(nèi)力的作用下，產(chǎn)生明顯的斷面傾斜，使環(huán)的外表面形成上小下大的錐面。這就減小了環(huán)與缸壁的接觸面積，使環(huán)易于磨合，并具有向下刮油的作用。而且環(huán)的上下端面與環(huán)槽的上下端面在相應(yīng)的地方接觸，既增加密封性，又可防止活塞環(huán)在槽內(nèi)上下竄動(dòng)而造成泵油和磨損。這種環(huán)目前使用較廣泛。安裝扭曲環(huán)時(shí)，必須注意其上下方向，不能裝反，內(nèi)切口要朝上，外切口要朝下。

      在一些熱負(fù)荷較大的柴油機(jī)上，為了提高氣環(huán)的抗結(jié)焦能力，常采用梯形環(huán)［圖3（f）］。這種環(huán)的端面與環(huán)槽的配合間隙隨活塞在側(cè)向力作用下做橫向擺動(dòng)而改變，能將環(huán)槽中的積炭擠碎，防止活塞環(huán)結(jié)膠卡住。這種環(huán)同普通氣環(huán)一樣可隨意安裝。

      還有一種形式的氣環(huán)-桶面環(huán)［圖4（g）］，它的工作表面呈凸圓弧形，其上下方向均與氣缸壁呈楔形，易于磨合，潤(rùn)滑性能好，密封性強(qiáng)。這種環(huán)已普遍用于強(qiáng)化柴油機(jī)上。這種環(huán)同普通的壓縮環(huán)一樣，可隨意安裝在氣環(huán)槽內(nèi)。

三、油環(huán)的作用和類(lèi)型

      油環(huán)的功用是將氣缸表面多余的潤(rùn)滑油刮下，不讓它竄入燃燒室，同時(shí)使氣缸壁上潤(rùn)滑油均勻分布，改善活塞組的潤(rùn)滑條件。油環(huán)位于氣環(huán)的下面，其工作溫度和燃?xì)鈮毫ο鄬?duì)較低，而油環(huán)為了有效地刮油，又要求有較高的壓力壓向氣缸壁。因此，油環(huán)一方面本身的彈力較大，同時(shí)又盡可能地減小環(huán)與氣缸壁的接觸面，以增強(qiáng)單位面積的接觸壓力。

      油環(huán)分為整體式油環(huán)和組合式油環(huán)兩種，如圖5所示。