活塞环的构造与维护

1.活塞环的构造

（1）活塞环的作用和种类。活塞环安装在活塞环槽内。活塞环按其作用不同可分为气环和油环两种，如图3-3-27所示。气环的主要作用是密封和传热，保证活塞与气缸壁间的密封，防止气缸内的可燃混合气和高温燃气漏入曲轴箱，并将活塞顶部接受的热量传给气缸壁，避免活塞过热。油环的主要作用是刮除飞溅到气缸壁上的多余的机油，并在气缸壁上涂布一层均匀的油膜。

图3-3-27　活塞环

（2）活塞环的工作条件和材料。活塞环工作时受到气缸中高温、高压燃气的作用，并在润滑不良的条件下在气缸内高速滑动。由于气缸壁面的形状误差，活塞环在上下滑动的同时还在环槽内产生径向移动，这不仅加重了环与环槽的磨损，还使活塞环受到交变弯曲应力的作用而容易被折断。目前，活塞环广泛采用的材料是优质灰铸铁、球墨铸铁或合金铸铁。不少发动机的第一道活塞环，甚至所有的活塞环，其工作表面都进行多孔镀铬或喷钼。由于多孔性铬层硬度高，并能储存少量的机油，从而可以减缓活塞环及其气缸壁的磨损。还有的活塞环采用镀锡、磷化或硫化处理，以改善活塞环的磨合性。当活塞环磨损到失效时，将出现发动机起动困难，功率下降，曲轴箱压力升高，机油消耗量增加，排气冒蓝烟，燃烧室、活塞等表面严重积炭等不良状况。

（3）活塞环的间隙。发动机工作时，活塞及活塞环都会产生热膨胀。为了防止活塞环在气缸内卡死，常设计有“端隙、侧隙和背隙”三个间隙，如图3-3-28所示。

图3-3-28　活塞环的间隙

端隙又称开口间隙，是活塞环在冷态下装入气缸后开口处的间隙。按如图3-3-28（a）所示方法测量。

侧隙又称边隙，是活塞环在环高方向上与环槽之间的间隙。按如图3-3-28（b）所示方法测量。

背隙，是活塞及活塞环装入气缸后，活塞环背面与环槽底部间的间隙。

（4）活塞环的结构。

①气环。气环的断面形状很多，最常见的有矩形环、锥面环、扭曲环、梯形环和桶面环，如图3-3-29所示。

图3-3-29　气环的断面形状

矩形环断面为矩形，其结构简单，制造方便，易于生产，应用最广。但是矩形环随活塞往复运动时，会把气缸壁面上的机油不断送入气缸中。这种现象称为“气环的泵油作用”，如图3-3-30所示。

图3-3-30　气环的泵油作用

活塞下行时，由于环与气缸壁的摩擦阻力及环的惯性，环被压靠在环槽的上端面上，气缸壁面上的油被刮入下边隙和背隙；活塞上行时，环又被压靠在环槽的下端面，结果第一道环背隙里的机油就进入燃烧室。窜入燃烧室的机油，会在燃烧室内形成积炭，造成机油的消耗量增加，另外上窜的机油也可能在环槽内形成积炭，使环在环槽内卡死而失去密封作用，划伤气缸壁，甚至使环折断，可见气环的泵油作用是很有害的，必须设法消除。为了消除或减少有害的气环的泵油作用，除了在气环的下面装有油环外，还应广泛采用非矩形断面气环。

锥面环断面呈锥形，外圆工作面上加工一个很小的锥面（0.5°～1.5°），这样减小了环与气缸壁的接触面，提高了表面接触压力，有利于磨合和密封。活塞下行时，便于刮油；活塞上行时，由于锥面的“油楔”作用，能在油膜上“飘浮”过去，减小磨损。(www.xing528.com)

扭曲环是将矩形环的内圆上边缘或外圆下边缘切去一部分，使断面呈不对称形状，在环的内圆部分切槽或倒角的称内切环，在环的外圆部分切槽或倒角的称外切环。扭曲环装入气缸后，由于其断面不对称，产生不平衡力的作用，会使活塞环发生扭曲变形。活塞上行时，扭曲环在残余油膜上浮起，可以减小摩擦，减小磨损；活塞下行时，则有刮油效果，避免机油烧掉。同时，由于扭曲环在环槽中上下跳动的行程缩短，可以减轻“泵油”的副作用。目前其已被广泛地应用于第二道活塞环槽上。

梯形环断面呈梯形，工作时梯形环在压缩行程和做功行程中随着活塞受侧压力的方向不同而不断地改变位置，这样会把沉积在环槽中的积炭挤出去，避免了环被粘在环槽中而被折断，这样可以延长环的使用寿命。但是其主要缺点是加工困难，精度要求高。

桶面环的外圆为凸圆弧形，是近年来兴起的一种新型结构。当桶面环上下运动时，其均能与气缸壁形成楔形空间，使机油容易进入摩擦面，减小磨损。由于它与气缸呈圆弧接触，故对气缸表面的适应性和对活塞偏摆的适应性均较好，另外也有利于密封，但凸圆弧表面加工较困难。

②油环。目前汽车发动机上采用的油环有整体式和组合式两种，如图3-3-31所示。整体式油环在其外圆中部切有环槽，槽底开有若干回油孔，发动机工作时，利用上下两个环形刃口将气缸壁上的多余润滑油刮下。组合式油环一般由刮油钢片和弹性衬环组成，刮油钢片很薄，对气缸壁的压力很大，因而刮油作用强。目前，组合式油环在高速发动机上得到了较广泛的应用。油环的刮油原理，如图3-3-32所示。

图3-3-31　油环

图3-3-32　油环的刮油原理

2.活塞环的维修

（1）活塞环的耗损。活塞环在使用过程中会出现磨损、弹性减弱和折断等现象。活塞环的磨损主要是由于润滑不良造成的；由于受高温燃气的影响，活塞环的弹性逐渐减弱，出现漏气和窜油现象，造成发动机动力性和经济性变差；在使用过程中，若活塞环的安装不当或端隙过小，活塞环会卡缸或在活塞的冲击负荷作用下而折断。

（2）活塞环的选配。活塞环是发动机中寿命最短的零件之一，在发动机大修和小修时，活塞环是被当作易损件更换的。活塞环选配时，应以气缸的修理尺寸为依据，同一台发动机应选用与气缸和活塞修理尺寸等级相同的活塞环。

对活塞环的要求是：与气缸和活塞的修理尺寸相一致，具有规定的弹力以保证气缸的密封性，环的漏光度、端隙、侧隙和背隙应符合原厂设计规定。

对活塞环漏光度的技术要求是：在活塞环端口作用30°范围内不应有漏光点；在同一根活塞环上的漏光不得多于两处，每处漏光弧长所对应的圆心角不得超过45°；漏光的缝隙应不大于0.03 mm。

3.活塞环的安装

锥面环安装时，不能装反。扭曲环安装时也必须注意断面形状和方向，内切口朝上，外切口朝下。为减少气体的泄漏，活塞环装入气缸时，第一道环的开口位置应避开做功行程受压面，各道环的开口应互相错开。对于有三道环的活塞环，每道环相错120°；有四道环的活塞环，第一道和第二道环相错180°，第二道和第三道环相错90°，第三道和第四道环相错180°。各道环的环口应避开活塞的长短轴方向，形成迷宫式的漏气路线，增大漏气阻力，减少漏气量。活塞环安装时，可采用专用工具或徒手安装，如图3-3-33所示。

图3-3-33　活塞环的安装