活塞環(huán)的分類、功能和工作原理(圖解)

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活塞環(huán)的功能

活塞環(huán)的作用是保證氣缸與活塞之間的密封性，防止漏氣，并將活塞頂吸收的大部分熱量傳遞給氣缸壁，這些熱量會被冷卻水帶走；油環(huán)起到配油和刮油的作用，下行時刮掉缸壁上多余的油，上行時在缸壁上鋪開一層均勻的油膜。這樣既可以防止機油從氣缸中逸出而燃燒，又可以減少活塞與氣缸壁之間的摩擦阻力。此外，油環(huán)還可以起到氣體密封的輔助作用。

活塞環(huán)的工作條件和性能要求

工作時，活塞環(huán)受缸內(nèi)高溫高壓氣體的影響，溫度較高(尤其是第一環(huán)，溫度可達600K)。活塞環(huán)在氣缸內(nèi)高速運動，部分油在高溫下變質(zhì)，使活塞環(huán)潤滑條件變差，難以保證液體潤滑，磨損嚴重。因此，要求活塞環(huán)具有良好的彈性、高強度和耐磨性。

活塞環(huán)間隙

當(dāng)活塞環(huán)在發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中與高溫氣體接觸時會熱膨脹，周期性的往復(fù)運動會使其徑向膨脹和收縮。因此，為了保證正常工作，活塞環(huán)在氣缸中應(yīng)有如下間隙。

d-活塞環(huán)的內(nèi)徑；B-活塞環(huán)寬度

端面間隙又稱開口間隙，是指活塞環(huán)在冷態(tài)裝入氣缸后，在上止點時活塞環(huán)兩端之間的間隙。一般0.25 ~ 0.50毫米。

側(cè)隙又稱側(cè)隙，是指活塞環(huán)裝入活塞后，活塞環(huán)側(cè)與活塞環(huán)槽之間的間隙。由于工作溫度較高，第一環(huán)間隙較大，一般為0.04 ~ 0.10mm；其他環(huán)一般為0.03 ~ 0.07 mm，油環(huán)側(cè)隙小于氣環(huán)側(cè)隙。

背隙是指活塞環(huán)裝入氣缸后，活塞環(huán)內(nèi)圓柱面與活塞環(huán)槽底部之間的間隙，一般為0.50 ~ 1.00 mm油環(huán)的背隙大于氣環(huán)的背隙，有利于增大儲油間隙，便于減壓排油。

活塞環(huán)的油泵功能

由于側(cè)隙和背隙的存在，發(fā)動機工作時活塞環(huán)會泵油。原因是活塞下行時，活塞環(huán)靠在環(huán)槽上部，活塞環(huán)從缸壁刮下的油充滿環(huán)槽下部；活塞上行時，活塞環(huán)靠在環(huán)槽下部，同時，油被擠到環(huán)槽上方。這種重復(fù)運動會將氣缸壁上的機油泵壓入燃燒室。由于活塞環(huán)的抽吸作用，機油會跑進燃燒室，導(dǎo)致燃燒室積碳形成，增加機油消耗。此外，環(huán)槽(尤其是第一氣環(huán)槽)內(nèi)可能會形成積碳，導(dǎo)致活塞環(huán)被卡住，失去密封效果，甚至損壞活塞環(huán)。

小煤氣爐

氣環(huán)的密封機理

活塞環(huán)有一個缺口，在自由狀態(tài)下不是圓的。它的外徑大于圓筒的內(nèi)徑。所以當(dāng)它和活塞一起放入氣缸時，產(chǎn)生彈力，緊貼氣缸壁。

在氣體壓力的作用下，活塞環(huán)被壓在環(huán)槽的下端面上，因此氣體繞過環(huán)背膨脹，其壓力下降。同時，活塞環(huán)背面的氣體壓力使活塞環(huán)與氣缸壁貼得更緊。當(dāng)減壓氣體從第一氣體環(huán)的凹口泄漏到第二氣體環(huán)的上平面時，氣體環(huán)被壓靠在第二氣體環(huán)的凹槽的下端面上，使得氣體圍繞環(huán)的背面流動，再次膨脹，并且其壓力進一步降低。

這樣從最后一個氣環(huán)漏出的氣體壓力和流量都大大降低了，所以漏出的氣體量會很少。因此，由幾個交錯排列的氣環(huán)組成的“迷宮式”氣體密封裝置

矩形環(huán)結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，散熱好，廢品率低；主要缺點是有抽油功能，容易造成油耗過大，可能在燃燒室形成積碳。另外，矩形環(huán)刮油、磨合、密封差，基本不在現(xiàn)代汽車上使用。

錐形環(huán)的優(yōu)點是與缸壁線接觸，密封和磨合性能好，刮油效果明顯，易形成油膜改善潤滑；缺點是傳熱性能差。錐體主要用于除第一環(huán)以外的其他環(huán)。

扭力環(huán)是現(xiàn)代汽車發(fā)動機中廣泛使用的一種活塞環(huán)，主要是因為它不僅具有錐形環(huán)的優(yōu)點，還可以減少抽油，減少磨損，提高散熱。安裝扭力環(huán)時要特別注意：內(nèi)圈槽口向上，外圈槽口向下，不能裝反。

梯形環(huán)的主要優(yōu)點是可以擠出沉積在環(huán)槽中的碳，從而防止活塞環(huán)粘結(jié)斷裂。同時具有優(yōu)異的密封性能，使用壽命長。主要缺點是上下端面的精磨工藝復(fù)雜。梯形環(huán)廣泛應(yīng)用于熱負荷大的柴油機中。

活塞環(huán)的優(yōu)點是在活塞上下行程中能形成楔形油膜，改善潤滑，對活塞在缸內(nèi)擺動的適應(yīng)性好，接觸面積小，有利于密封；缺點是凸弧面加工困難，多用于強化柴油機第一環(huán)。

油環(huán)

油環(huán)分為普通油環(huán)和組合油環(huán)。

普通油環(huán)由合金鑄鐵制成。圓柱面中間有凹槽，凹槽底部加工有許多貫通的放油孔或狹縫。一般油環(huán)上唇外緣有倒角，可以使油環(huán)向上移動形成油楔。機油可以將油環(huán)推離氣缸壁，使其容易進入油環(huán)的凹槽。下唇下端面外緣無倒角，向下刮削能力強。頭油環(huán)和雙頭油環(huán)刮油能力較強，但加工困難。

油環(huán)及其刮油功能

油環(huán)橫截面形狀

對于由三個刮油葉片和兩個彈性襯環(huán)組成的組合油環(huán)，軸向襯環(huán)夾在第二個和第三個刮油葉片之間，徑向襯環(huán)將三個刮油葉片壓緊在氣缸壁上。這種油環(huán)具有片環(huán)薄、筒壁比壓(單位面積壓力)高的優(yōu)點，因此刮油效果強；

三個刮油刀是獨立的，所以對氣缸有很好的適應(yīng)性。重量輕；回油通道非常大。因此，組合式油環(huán)廣泛應(yīng)用于高速發(fā)動機。

其缺點是制造成本高(板圈外表面必須鍍鉻，否則滑動性能不好)。