活塞环的分类、功能和工作原理(图解)

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活塞环的功能

活塞环的作用是保证气缸与活塞之间的密封性，防止漏气，并将活塞顶吸收的大部分热量传递给气缸壁，这些热量会被冷却水带走；油环起到配油和刮油的作用，下行时刮掉缸壁上多余的油，上行时在缸壁上铺开一层均匀的油膜。这样既可以防止机油从气缸中逸出而燃烧，又可以减少活塞与气缸壁之间的摩擦阻力。此外，油环还可以起到气体密封的辅助作用。

活塞环的工作条件和性能要求

工作时，活塞环受缸内高温高压气体的影响，温度较高(尤其是第一环，温度可达600K)。活塞环在气缸内高速运动，部分油在高温下变质，使活塞环润滑条件变差，难以保证液体润滑，磨损严重。因此，要求活塞环具有良好的弹性、高强度和耐磨性。

活塞环间隙

当活塞环在发动机运转过程中与高温气体接触时会热膨胀，周期性的往复运动会使其径向膨胀和收缩。因此，为了保证正常工作，活塞环在气缸中应有如下间隙。

d-活塞环的内径；B-活塞环宽度

端面间隙又称开口间隙，是指活塞环在冷态装入气缸后，在上止点时活塞环两端之间的间隙。一般0.25 ~ 0.50毫米。

侧隙又称侧隙，是指活塞环装入活塞后，活塞环侧与活塞环槽之间的间隙。由于工作温度较高，第一环间隙较大，一般为0.04 ~ 0.10mm；其他环一般为0.03 ~ 0.07 mm，油环侧隙小于气环侧隙。

背隙是指活塞环装入气缸后，活塞环内圆柱面与活塞环槽底部之间的间隙，一般为0.50 ~ 1.00 mm油环的背隙大于气环的背隙，有利于增大储油间隙，便于减压排油。

活塞环的油泵功能

由于侧隙和背隙的存在，发动机工作时活塞环会泵油。原因是活塞下行时，活塞环靠在环槽上部，活塞环从缸壁刮下的油充满环槽下部；活塞上行时，活塞环靠在环槽下部，同时，油被挤到环槽上方。这种重复运动会将气缸壁上的机油泵压入燃烧室。由于活塞环的抽吸作用，机油会跑进燃烧室，导致燃烧室积碳形成，增加机油消耗。此外，环槽(尤其是第一气环槽)内可能会形成积碳，导致活塞环被卡住，失去密封效果，甚至损坏活塞环。

小煤气炉

气环的密封机理

活塞环有一个缺口，在自由状态下不是圆的。它的外径大于圆筒的内径。所以当它和活塞一起放入气缸时，产生弹力，紧贴气缸壁。

在气体压力的作用下，活塞环被压在环槽的下端面上，因此气体绕过环背膨胀，其压力下降。同时，活塞环背面的气体压力使活塞环与气缸壁贴得更紧。当减压气体从第一气体环的凹口泄漏到第二气体环的上平面时，气体环被压靠在第二气体环的凹槽的下端面上，使得气体围绕环的背面流动，再次膨胀，并且其压力进一步降低。

这样从最后一个气环漏出的气体压力和流量都大大降低了，所以漏出的气体量会很少。因此，由几个交错排列的气环组成的“迷宫式”气体密封装置

矩形环结构简单，制造方便，散热好，废品率低；主要缺点是有抽油功能，容易造成油耗过大，可能在燃烧室形成积碳。另外，矩形环刮油、磨合、密封差，基本不在现代汽车上使用。

锥形环的优点是与缸壁线接触，密封和磨合性能好，刮油效果明显，易形成油膜改善润滑；缺点是传热性能差。锥体主要用于除第一环以外的其他环。

扭力环是现代汽车发动机中广泛使用的一种活塞环，主要是因为它不仅具有锥形环的优点，还可以减少抽油，减少磨损，提高散热。安装扭力环时要特别注意：内圈槽口向上，外圈槽口向下，不能装反。

梯形环的主要优点是可以挤出沉积在环槽中的碳，从而防止活塞环粘结断裂。同时具有优异的密封性能，使用寿命长。主要缺点是上下端面的精磨工艺复杂。梯形环广泛应用于热负荷大的柴油机中。

活塞环的优点是在活塞上下行程中能形成楔形油膜，改善润滑，对活塞在缸内摆动的适应性好，接触面积小，有利于密封；缺点是凸弧面加工困难，多用于强化柴油机第一环。

油环

油环分为普通油环和组合油环。

普通油环由合金铸铁制成。圆柱面中间有凹槽，凹槽底部加工有许多贯通的放油孔或狭缝。一般油环上唇外缘有倒角，可以使油环向上移动形成油楔。机油可以将油环推离气缸壁，使其容易进入油环的凹槽。下唇下端面外缘无倒角，向下刮削能力强。头油环和双头油环刮油能力较强，但加工困难。

油环及其刮油功能

油环横截面形状

对于由三个刮油叶片和两个弹性衬环组成的组合油环，轴向衬环夹在第二个和第三个刮油叶片之间，径向衬环将三个刮油叶片压紧在气缸壁上。这种油环具有片环薄、筒壁比压(单位面积压力)高的优点，因此刮油效果强；

三个刮油刀是独立的，所以对气缸有很好的适应性。重量轻；回油通道非常大。因此，组合式油环广泛应用于高速发动机。

其缺点是制造成本高(板圈外表面必须镀铬，否则滑动性能不好)。