摘要：活塞環是具有彈性的金屬開口圓環，按其功用不同可分為氣環和油環種。安裝在活塞頭部上端的是2～4道氣環，下端的是1～2道油環。氣環的作用是保證柴油發電機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；油環起布油和刮油的作用，下行時刮除氣缸壁上多余的機油，上行時在氣缸壁上鋪涂一層均勻的油膜。這樣既可以防止機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，油環還能起到輔助封氣的作用。

一、活塞環作用

      活塞環所處位置和參數示例如圖1、圖2所示。活塞環的主要作用有以下幾個方面：

1、密封作用

      活塞環安裝在活塞上，與氣缸壁之間形成一定的密封間隙。當活塞在氣缸內上下運動時，活塞環能夠有效地密封活塞與氣缸之間的間隙，防止燃燒室內的燃氣和潤滑油進入活塞與氣缸之間，從而保證燃燒室的密封性能，提高發動機的工作效率。

2、導向作用

      活塞環能夠起到引導作用，使活塞在氣缸內的上下運動更加穩定。它們與氣缸壁的摩擦力可以確保活塞在氣缸內的軌跡準確無誤，避免活塞偏離軌道，從而保證發動機正常運轉。

3、冷卻作用

      活塞環能夠幫助將活塞上的熱量傳遞給氣缸壁，從而實現散熱。活塞在工作過程中會受到高溫燃氣的沖擊，如果沒有活塞環的輔助散熱作用，活塞可能會過熱變形，甚至導致發動機故障。

4、減震作用

      活塞環能夠減少活塞與氣缸之間的沖擊和振動，使發動機運行更加平穩。活塞在運動過程中會產生慣性力和壓縮力，活塞環的存在可以減少這些力對氣缸的沖擊，降低發動機的振動和噪音。

二、氣環結構和形狀

      氣環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。當密封不良時，壓縮沖程中的氣體漏出較多，使壓縮終了的壓力降低，對于柴油機會造成啟動困難。高溫燃氣漏入曲軸箱還會使活塞溫度升高，機油因受熱而氧化變質。除密封作用外，氣環還起傳熱作用。活塞頂部所吸收的熱量，大部分要通過氣環傳給氣缸壁（因活塞頭部并不接觸氣缸壁），再由外部的冷卻介質帶走。

      氣環，特別是第一道氣環，除了隨活塞沿氣缸壁做高速往復直線運動外，還受到高溫和高壓燃氣的壓力以及潤滑條件差等因素的影響，從而使氣環的力學性能降低，彈性下降，而且會引起潤滑油的炭化，甚至可能造成拉缸和漏氣。因此要求氣環應有足夠的彈力，才能使環的四周緊貼在氣缸壁上，這時高壓燃氣就不可能通過氣環與氣缸壁之間的接觸面漏出。而作用在環上端面的燃氣，使環緊壓在活塞環槽中，使下端面與環槽緊貼。進入環的內側面與環槽之間的燃氣，其壓力向外，使環更加貼緊氣缸壁。因此利用氣環本身的彈力和燃氣的壓力，即可阻止高壓燃氣的泄漏。

（1）第一密封面：

      如圖2所示，活塞環在自由狀態下，其外圓直徑略大于汽缸內徑，裝入汽缸后，產生一定彈力F，與缸壁壓緊，形成密封面。

（2）第二封面：

      活塞環與環槽側面密封的壓緊力是氣體壓力、慣性力和摩擦力代數和，在做功與壓縮行程時，氣體壓力使活塞環被壓緊在環槽下側面形成第二封面。

      活塞環通常采用優質灰鑄鐵或合金鑄鐵制成。為了提高第一道氣環的工作性能，提高其耐磨性，常在第一道氣環的表面鍍上多孔性鉻層或鉬層。近年來，第一道氣環也有用球墨鑄鐵或鋼制成的。在自由狀態下，環的外徑略大于氣缸直徑，裝入氣缸后，活塞環產生彈力壓緊在氣缸壁上，開口處應保留一定的間隙（稱為端隙或開口間隙，柴油機活塞環的開口間隙通常為0.4～0.8mm），以防止活塞環受熱膨脹時卡死在氣缸中。活塞環裝入環槽后，在高度方向也應有一定的間隙（稱為側隙，柴油機活塞環的側隙通常為0.08～0.16mm）。當活塞環安裝在活塞上時，應按規定將各環的開口處互相錯開120°～180°，并且活塞環開口應與活塞銷座孔錯開45°以上，以防活塞環裝入氣缸后產生漏氣現象。

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

      氣環的基本斷面形狀是矩形［圖4（a）］。矩形環易于制造，應用廣泛，但其磨合性比較差，不能滿足發動機日益強化的要求。這種普通的壓縮環可隨意安裝在氣環槽內。

      有的發動機采用錐面環結構［圖4（b）（c）］。這種環的工作表面制成0.5°～1.5°的錐角，使環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。但錐面環的磨損較快，影響使用壽命。安裝時有棱角的一面朝下。

       有些柴油發動機采用扭曲環［圖4（d）（e）］。扭曲環的內圓上邊緣或外圓下邊緣切去一部分，形成臺階形斷面。這種斷面內外不對稱，環裝入氣缸受到壓縮后，在不對稱內力的作用下，產生明顯的斷面傾斜，使環的外表面形成上小下大的錐面。這就減小了環與缸壁的接觸面積，使環易于磨合，并具有向下刮油的作用。而且環的上下端面與環槽的上下端面在相應的地方接觸，既增加密封性，又可防止活塞環在槽內上下竄動而造成泵油和磨損。這種環目前使用較廣泛。安裝扭曲環時，必須注意其上下方向，不能裝反，內切口要朝上，外切口要朝下。

      在一些熱負荷較大的柴油機上，為了提高氣環的抗結焦能力，常采用梯形環［圖3（f）］。這種環的端面與環槽的配合間隙隨活塞在側向力作用下做橫向擺動而改變，能將環槽中的積炭擠碎，防止活塞環結膠卡住。這種環同普通氣環一樣可隨意安裝。

      還有一種形式的氣環-桶面環［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，潤滑性能好，密封性強。這種環已普遍用于強化柴油機上。這種環同普通的壓縮環一樣，可隨意安裝在氣環槽內。

三、油環的作用和類型

      油環的功用是將氣缸表面多余的潤滑油刮下，不讓它竄入燃燒室，同時使氣缸壁上潤滑油均勻分布，改善活塞組的潤滑條件。油環位于氣環的下面，其工作溫度和燃氣壓力相對較低，而油環為了有效地刮油，又要求有較高的壓力壓向氣缸壁。因此，油環一方面本身的彈力較大，同時又盡可能地減小環與氣缸壁的接觸面，以增強單位面積的接觸壓力。

      油環分為整體式油環和組合式油環兩種，如圖5所示。