活塞環(huán)的分類(lèi)、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(huì)被冷卻水帶走；油環(huán)起到配油和刮油的作用，下行時(shí)刮掉缸壁上多余的油，上行時(shí)在缸壁上鋪開(kāi)一層均勻的油膜。這樣既可以防止機(jī)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(shí)，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(dá)600K)?；钊h(huán)在氣缸內(nèi)高速運(yùn)動(dòng)，部分油在高溫下變質(zhì)，使活塞環(huán)潤(rùn)滑條件變差，難以保證液體潤(rùn)滑，磨損嚴(yán)重。因此，要求活塞環(huán)具有良好的彈性、高強(qiáng)度和耐磨性。

活塞環(huán)間隙

當(dāng)活塞環(huán)在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中與高溫氣體接觸時(shí)會(huì)熱膨脹，周期性的往復(fù)運(yùn)動(dòng)會(huì)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(chēng)開(kāi)口間隙，是指活塞環(huán)在冷態(tài)裝入氣缸后，在上止點(diǎn)時(shí)活塞環(huán)兩端之間的間隙。一般0.25 ~ 0.50毫米。

側(cè)隙又稱(chēng)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(chǔ)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(dòng)機(jī)工作時(shí)活塞環(huán)會(huì)泵油。原因是活塞下行時(shí)，活塞環(huán)靠在環(huán)槽上部，活塞環(huán)從缸壁刮下的油充滿(mǎn)環(huán)槽下部；活塞上行時(shí)，活塞環(huán)靠在環(huán)槽下部，同時(shí)，油被擠到環(huán)槽上方。這種重復(fù)運(yùn)動(dòng)會(huì)將氣缸壁上的機(jī)油泵壓入燃燒室。由于活塞環(huán)的抽吸作用，機(jī)油會(huì)跑進(jìn)燃燒室，導(dǎo)致燃燒室積碳形成，增加機(jī)油消耗。此外，環(huán)槽(尤其是第一氣環(huán)槽)內(nèi)可能會(huì)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(jī)理

活塞環(huán)有一個(gè)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(shí)，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(guò)環(huán)背膨脹，其壓力下降。同時(shí)，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(shí)，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(dòng)，再次膨脹，并且其壓力進(jìn)一步降低。

這樣從最后一個(gè)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(huì)很少。因此，由幾個(gè)交錯(cuò)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(jiǎn)單，制造方便，散熱好，廢品率低；主要缺點(diǎn)是有抽油功能，容易造成油耗過(guò)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(chē)上使用。

錐形環(huán)的優(yōu)點(diǎn)是與缸壁線(xiàn)接觸，密封和磨合性能好，刮油效果明顯，易形成油膜改善潤(rùn)滑；缺點(diǎn)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(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)中廣泛使用的一種活塞環(huán)，主要是因?yàn)樗粌H具有錐形環(huán)的優(yōu)點(diǎn)，還可以減少抽油，減少磨損，提高散熱。安裝扭力環(huán)時(shí)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(diǎn)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(shí)具有優(yōu)異的密封性能，使用壽命長(zhǎng)。主要缺點(diǎn)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(fù)荷大的柴油機(jī)中。

活塞環(huán)的優(yōu)點(diǎn)是在活塞上下行程中能形成楔形油膜，改善潤(rùn)滑，對(duì)活塞在缸內(nèi)擺動(dòng)的適應(yīng)性好，接觸面積小，有利于密封；缺點(diǎn)是凸弧面加工困難，多用于強(qiáng)化柴油機(jī)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(dòng)形成油楔。機(jī)油可以將油環(huán)推離氣缸壁，使其容易進(jìn)入油環(huán)的凹槽。下唇下端面外緣無(wú)倒角，向下刮削能力強(qiáng)。頭油環(huán)和雙頭油環(huán)刮油能力較強(qiáng)，但加工困難。

油環(huán)及其刮油功能

油環(huán)橫截面形狀

對(duì)于由三個(gè)刮油葉片和兩個(gè)彈性襯環(huán)組成的組合油環(huán)，軸向襯環(huán)夾在第二個(gè)和第三個(gè)刮油葉片之間，徑向襯環(huán)將三個(gè)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(diǎn)，因此刮油效果強(qiáng)；

三個(gè)刮油刀是獨(dú)立的，所以對(duì)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(dòng)機(jī)。

其缺點(diǎn)是制造成本高(板圈外表面必須鍍鉻，否則滑動(dòng)性能不好)。