摘要：活塞環是柴油發電機曲柄連桿機構活塞連桿組中的一個零部件，它分氣環和油環兩種，一般每個氣缸中有兩道氣環、一道油環，個別柴油發電機有三道氣環、一道油環。康明斯公司在本文中介紹活塞環的作用、工作條件、密封的功能和原因、安裝與選配方式以及常見磨損形式等內容。

一、氣環與油環的功用

1、氣環的主要功用

（1）密封

      是指保證活塞與氣缸壁之間的良好密封，防止氣缸內的可燃混合氣和高溫燃氣漏入曲軸箱，保證進入柴油發電機中的可燃混合氣受到足夠的壓縮，并在做功沖程中壓力泄漏損失較小。

（2）傳熱

      主要是指將活塞頂部接受的熱傳給氣缸壁，避免活塞過熱，一般來說活塞頂部的熱量有70%－80%是通過氣環傳導給氣缸壁的。

2、油環的主要功用

      油環的作用是在下行時刮除飛濺到氣缸壁上的多余的機油，防止多余的機油竄入燃燒室參與燃燒；在上行時在氣缸壁上涂布一層均勻的油膜，以減少活塞、活塞環和氣缸的磨損。

二、活塞環的工作條件

1、工作條件

      活塞環的工作條件是極其惡劣的，并且受力也很復雜。它在工作時受到氣缸中高溫、高壓燃氣的作用，并在潤滑極其困難的條件下在氣缸內高速滑動。尤其是第一道氣環，它直接受到燃燒室高溫高壓氣體的沖擊，并且潤滑極其困難，溫度可以高達600K，所以磨損較為嚴重。并且活塞環在氣缸中上下運動時，由于氣缸壁的錐度和橢圓度的影響，活塞環會沿徑向產生一張一縮運動，使環受到交變彎曲應力；另外由于側隙的存在，活塞在上下止點換向時，活塞環還會受到環槽的沖擊。這樣的作用力很容易導致活塞環的折斷。因此，活塞環一直是柴油發電機上使用壽命最短的零件，很多柴油發電機大修，就是由于活塞環過度磨損造成的。

      根據活塞環的功用及工作條件，制造活塞環的材料應具有良好的耐磨性、導熱性、耐熱性、沖擊韌性、彈性和足夠的機械強度。目前廣泛應用的活塞環材料有優質灰鑄鐵、球墨鑄鐵、合金鑄鐵和鋼帶等。第一道活塞環外圓面通常進行鍍鉻或噴鉬處理。多孔性鉻層硬度高，并能儲存少量機油，可以改善潤滑減輕磨損。鉬的熔點高，也具有多孔性，因此噴鉬同樣可以提高活塞環的耐磨性。可以說，活塞環是柴油發電機中對材料和加工工藝要求最嚴格的零部件，它的使用壽命就是柴油發電機的使用壽命，一些康明斯柴油發電機使用壽命長，不燒機油，主要的因素就是活塞環的質量好。

三、活塞環密封功能

1、活塞環的密封原理

      當活塞環裝入氣缸后，在活塞、活塞環與氣缸壁之間形成了端隙、側隙和背隙三個間隙。這三個間隙使活塞環形成了兩個密封面和一個迷宮式的漏氣通道，如圖3所示。其中第一道氣環大約密封80~90%的氣體，第二道氣環大約密封10~20%的氣體，油環大約密封5%的氣體。

（1）第一密封面的建立：

      活塞環在自由狀態下不是正圓形，其外廓尺寸比氣缸直徑略大，當活塞環裝入氣缸后，在其自身的彈力作用下環的外圓面與氣缸壁貼緊形成第一密封面。

（2）第二密封面的建立：

      燃燒室中的高壓氣體通過活塞頂岸與氣缸壁之間的間隙進入活塞環的側隙和徑向間隙中，這個壓力使環的下側面與環槽的下側面貼緊形成第二密封面。

2、活塞環的二次密封

      如圖4所示。竄入到活塞環側隙和背隙中的高壓氣體，產生背壓力和側壓力，使活塞環對氣缸壁和活塞環槽的壓力進一步增大，顯著加強了第一和第二密封面的密封程度，這個現象稱為活塞環的第二次密封。

3、迷宮式的漏氣通道

      由于有了第一密封面與第二密封面，活塞環漏氣的惟一通道就是活塞環的開口端隙。但是由于側隙、徑向間隙和端隙都很小，并且各活塞環的開口在安裝時相互錯開，這樣就形成了迷宮式漏氣通道，氣體在通道內的流動阻力很大。

4、活塞環泵油與密封的關系

（1）最后漏入曲軸箱內的氣體一般僅為進氣量的0.2％～1.0％，這樣的密封率應該說是成功的，這也是往復活塞式柴油發電機至今仍有巨大生命力的原因之一。

（3）當活塞在氣缸中向上運動時，機油就從活塞環的背隙進入側隙上方，然后被送入燃燒室參與燃燒。這個過程在柴油發電機運行過程中反復不斷的進行，機油就被逐漸的消耗掉了。

（4）這也是往復活塞式柴油發電機固有的特性之一，任何品牌和型號的柴油發電機都會消耗機油，只是程度不同而已。

（5）活塞環泵油作用一方面對潤滑活塞頂部是有利的，但另一方面也會增加潤滑油的消耗、增加燃燒室積炭、或者在環槽內形成積炭，擠壓活塞環使其失去密封性等危害。

      因此，為了加強密封、加速磨合、減少泵油作用以及改善潤滑，工程師研發制造了各種不同斷面形狀的活塞環，以滿足柴油發電機的使用需求。

四、活塞環的檢查與安裝

      活塞環與活塞一樣，分標準尺寸和加大尺寸的，在選用時環的尺寸級別應與活塞的尺寸級別一致。在選用活塞環后，還需要進行如下檢查：

1、活塞環彈力的檢查

      活塞環彈力是保證氣缸密封性的重要條件之一，彈力過大或過小都不好，必須符合技術要求。一般使用活塞環彈力檢測儀來檢測，在實踐中一般用手握的方式來粗略的判斷，只要不是太松都可以使用。

2、活塞環三隙的檢查

（1）把活塞環放入到氣缸中，用活塞推平，然后用厚薄規檢查端隙的大小，一般應該在0.2~0.5mm之間。

（2）把活塞環安裝在活塞上，用厚薄規檢查側隙，一般應該在0.05~0.10mm之間。

（3）背隙一般是用活塞環槽深度減去活塞環的斷面寬度，一般在0.5~1.0mm之間，如圖5所示。

      這三個間隙如果過大會影響密封作用，如果過小會由于熱膨脹而使活塞環卡死在氣缸中，嚴重時甚至會拉壞氣缸。

3、活塞環與缸壁的漏光檢查

（1）為了保證活塞環的密封作用，要求活塞環的外表面處處與氣缸壁相貼合。如果漏光度過大，活塞環局部接觸面積小，容易造成竄氣過大以及機油消耗過多的故障。

（2）有專用的設備檢測活塞環的漏光度，一般要求是：在活塞環開口端左右30°范圍內不允許有漏光點。

（3）在同一活塞環上漏光不允許多于兩處，每處漏光弧長所對應的圓心角不得超過25°，同一活塞環上漏光弧長所對應的圓心角總和不得超過45°，漏光處的縫隙不得大于0.03mm。

      如果達不到上述要求，需要重新選配活塞環或修磨氣缸。

      活塞環安裝要正確、可靠，注意環的開口位置和方向，如圖6所示。一般在安裝活塞環時要使用專用工具，不建議手工安裝。保證各道環的開口位置互相錯開（一般互相錯開180°）、均勻分布，同時要保證開口不對準活塞銷孔位置。一般在活塞環的側面都有向上的箭頭或TOP標識，這個面一定要向上安裝，如果裝反會導致嚴重的燒機油故障。