活塞環的分類、功能和工作原理(圖解)

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活塞環的功能

活塞環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，油環還可以起到氣體密封的輔助作用。

活塞環的工作條件和性能要求

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

活塞環間隙

當活塞環在發動機運轉過程中與高溫氣體接觸時會熱膨脹，周期性的往復運動會使其徑向膨脹和收縮。因此，為了保證正常工作，活塞環在氣缸中應有如下間隙。

d-活塞環的內徑；B-活塞環寬度

端面間隙又稱開口間隙，是指活塞環在冷態裝入氣缸后，在上止點時活塞環兩端之間的間隙。一般0.25 ~ 0.50毫米。

側隙又稱側隙，是指活塞環裝入活塞后，活塞環側與活塞環槽之間的間隙。由于工作溫度較高，第一環間隙較大，一般為0.04 ~ 0.10mm；其他環一般為0.03 ~ 0.07 mm，油環側隙小于氣環側隙。

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

活塞環的油泵功能

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

小煤氣爐

氣環的密封機理

活塞環有一個缺口，在自由狀態下不是圓的。它的外徑大于圓筒的內徑。所以當它和活塞一起放入氣缸時，產生彈力，緊貼氣缸壁。

在氣體壓力的作用下，活塞環被壓在環槽的下端面上，因此氣體繞過環背膨脹，其壓力下降。同時，活塞環背面的氣體壓力使活塞環與氣缸壁貼得更緊。當減壓氣體從第一氣體環的凹口泄漏到第二氣體環的上平面時，氣體環被壓靠在第二氣體環的凹槽的下端面上，使得氣體圍繞環的背面流動，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組成的“迷宮式”氣體密封裝置

矩形環結構簡單，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，矩形環刮油、磨合、密封差，基本不在現代汽車上使用。

錐形環的優點是與缸壁線接觸，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以外的其他環。

扭力環是現代汽車發動機中廣泛使用的一種活塞環，主要是因為它不僅具有錐形環的優點，還可以減少抽油，減少磨損，提高散熱。安裝扭力環時要特別注意：內圈槽口向上，外圈槽口向下，不能裝反。

梯形環的主要優點是可以擠出沉積在環槽中的碳，從而防止活塞環粘結斷裂。同時具有優異的密封性能，使用壽命長。主要缺點是上下端面的精磨工藝復雜。梯形環廣泛應用于熱負荷大的柴油機中。

活塞環的優點是在活塞上下行程中能形成楔形油膜，改善潤滑，對活塞在缸內擺動的適應性好，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。

油環

油環分為普通油環和組合油環。

普通油環由合金鑄鐵制成。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。一般油環上唇外緣有倒角，可以使油環向上移動形成油楔。機油可以將油環推離氣缸壁，使其容易進入油環的凹槽。下唇下端面外緣無倒角，向下刮削能力強。頭油環和雙頭油環刮油能力較強，但加工困難。

油環及其刮油功能

油環橫截面形狀

對于由三個刮油葉片和兩個彈性襯環組成的組合油環，軸向襯環夾在第二個和第三個刮油葉片之間，徑向襯環將三個刮油葉片壓緊在氣缸壁上。這種油環具有片環薄、筒壁比壓(單位面積壓力)高的優點，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性。重量輕；回油通道非常大。因此，組合式油環廣泛應用于高速發動機。

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)。