活塞环基本知识

胡一

活塞环基本知识

活塞环基本知识

      活塞环是发动机的重要零件之一。活塞环分为气环和油环两种。活塞环的作用：密封气体；均匀分布气缸壁上的润滑油，并防止润滑油窜入燃烧室；导出活塞上的热量；支承活塞，防止活塞直接与气缸壁接触。活塞环工作的好坏直接影响发动机的性能、工作可能性和使用寿命。
1 活塞环的作用
1.1气环的作用
     气环起密封气体及导热的作用，其本身具有一定弹力。将环压在缸壁上。当发动机工作时，高压气体进入环槽，一方面将环压紧在环槽上，另一方面环背将更紧密地压在缸壁上起到更好的密封作用。当气体通过第一道环隙窜入第二道时，压力已大大降低。而且第二道环漏泄的气体极少。为了进一步减少摩擦损失，有的发动机只采用一道气环。第二道气环密封任务较轻，而且工作条件较一道好些。为了避免机油窜入燃烧室，所以要求第二道气环除密封气体外，还有一定的刮油作用。

1.2 油环的作用
     油环的作用是将一定的润滑油均匀分布在缸壁上，防止润滑油窜入燃烧室并保证活塞环和缸壁的润滑。
油环要刮下缸壁上多余的油,须较大的径向力将环压在缸壁上。由于环背没有气体压力的帮助，故环本身要具有较大的弹力及较小的接触面积，同时刮下的润滑油要能顺利地流回油底壳，所以油环槽背设有回油孔或切口。  
2 活塞环的结构分析
2.1活塞环各部分名称，如图1所示。



2.2切口形式
      活塞环切口基本上有3种形式：直切口、斜切口和梯形切口，如图2所示。其中用得最普遍的是直切口。二行程发动机为防止环切口与缸壁上的气口相碰，在切口处用销钉档住，不让环在环槽内转动，如图3所示。  


2.3 常用气环断面形状
      气环断面形状如图4所示。
      矩形环：断面呈矩形，制造简单，广泛采用。
      锥形环：将工作面制成小锥度以提高表面接触压力，有利于是磨合密封，并有一定的刮油作用。锥形环用肉眼不一定能看出锥角，所以一定要做标记，不能装反。正确安装应是正锥形，其锥顶向上。
图4 常用活塞环的断面形状  

                                 a)矩形环                 b)锥面环            c)桶面环                 d)内切槽环
                                 e)下切槽环               f)内伞环            g)双面梯形环           h)单面梯形(楔形环)

      扭曲环：凡环内外切角、切槽均是扭曲环。由于环内、环外切角或切槽扭曲方向不一，而安装后要求扭曲呈正锥形，所以安装扭曲环时，环内切角或切槽面须向上，环外切槽面向下。
      桶形环：桶形环表面呈桶形，其优点是能更好地适应短裙活塞在气缸中摆动，使之更好地与气缸和活塞相配合。
      梯形环：梯形环断面呈梯形。其在环槽内作径向运动时，侧隙发生变化，能将槽中的沉积物挤出，从而提高抗结胶能力。
      通常第一道气环（顶环）采用矩形、桶形环。而锥形环、扭曲环常用于第二道气环。梯形环则多用于柴油机。

2.4 油 环
      油环的结构形式,通常有3种。
1）整体式或单片式油环
      它是最普通的一种，其断面形状如图5所示。为了提高刮油能力，表面较小以提高接触压力，有时还作成鹰嘴形，可进一步提高刮油能力。环上开有通孔或通槽，引导刮下的润滑油经活塞上的回油孔流回曲轴箱。



2）螺旋撑簧油环
     它是在单片油环背面安装螺旋撑簧，如图6所示。安装撑簧是为了提高油环径向压力并保持稳定性。
3）钢带组合油环
     它是由二片钢(刮)片和一片衬环组成，如图7所示，这种环的特点是接触压力高，上下刮片能分别动作，具有良好的适应性。每片刮片不仅外圆与气缸表面接触进行刮油，阻止滑油上窜，而且上、下端面和环槽上、下端面之间也保持接触，起密封作用。所以封油效果良好。汽车、摩托车发动机多采用钢带组合油环。



                                                                        图7   钢带组合油环

3 活塞环材料
     常用活塞环材料有：合金铸铁、球墨铸铁、不锈钢、合金钢、弹簧钢。

4 活塞环表面处理
      镀铬环：采用的是松孔镀铬，镀铬层硬度很高（HV800以上），摩擦系数很小，而且松孔镀铬层具有良好的贮油结构，显著提  高活塞环的耐磨性。
      氮化环：氮化层硬度达950HV以上，脆性1级，具有良好的耐磨性和耐蚀性。
      渗陶环：采用超微粒低温等离子体化学气相沉积技术，在金属表面生成一种双向扩散的微晶体与网络结构并存的金属陶瓷薄膜。经渗陶处理后表面硬度增加，延长了使用寿命。
      表面磷化：经化学处理，使活塞环表面生成一层磷化膜，对产品起到防锈作用，同时提高环的初期磨合性。

      表面氧化：在高温和强氧化剂的条件下，钢质材料表面生成一层氧化膜，具有耐腐蚀性，减磨润滑等。

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活塞环是内燃机中的重要组成部分，其作用主要是确保活塞在汽缸内运动时的密封性。其基本知识点包括：

一、功能：活塞环的主要功能是防止汽缸内的气体泄漏，同时帮助排出活塞冷却时的多余热量。

二、类型：常见的有压缩环、油环等，分别负责保证气密封和润滑。

三、工作原理：活塞环通过其独特的弹性嵌入活塞槽内，随着活塞上下运动，实现密封与润滑功能。

四、安装与更换：安装时需确保正确位置与间隙，更换周期则根据使用状况与机油状况来定。

掌握这些基本知识，对于理解发动机工作原理及维护保养至关重要。