八、活塞与活塞环

活塞环的作用
1）活塞环的密封作用 2）活塞环的控油作用 3）活塞环的传热作用 4）活塞环对活塞的支撑作用

活塞环的密封作用
1）燃烧室的组成：汽缸、汽缸盖 、活塞、活塞环。 ２）燃烧室必须尽可能的密封气体， 这样快速燃烧的油气混合物才能推 动汽缸的活塞向下运动带动曲轴转 动，此功能称为“密封气体”。 ３）其中第一道环密封80-90%的气体; 第二道环密封10-20%的气体;油环密封 约5%的气体. 第一道气环主要是密封气体第二道是密
活塞环的结构 活塞环的三大间隙：开口间隙、边隙、背隙

装入后的开口 间隙 背隙
（2）油环类型与结构 类型：整体式和组合式。
组合式油环
பைடு நூலகம்
特点：
普通：没有背压、外圆上切有环形槽、 槽底开有若干回油用的小孔或窄槽。 组合式： 1）刮油作用强。 2）对气缸的适应性好。 3）质量小。
4）回油通道大，回油阻力小。
承受气缸中的气体压力，并将此压力通过活塞传递给 连杆，同时还与气缸盖、气缸壁共同构成燃烧室。
第1道气环
第2道气环
组合油环
主要由活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆盖、 连杆螺栓等机件组成
活塞销
活塞 连杆 连杆螺栓
连杆轴瓦 连杆盖


作用：承受气缸中的气缸压力，并将此压力通过活塞销传递给连杆，以推动 曲轴旋转，活塞顶部还与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。 基本结构：分为顶部、头部、裙部三部分。

裙部变形
结论：机械变形和热变形均 使得裙部断面变成长轴沿活 塞销方向的椭圆。 （a）弯曲变形 （b）挤压变形
（c）销座热变形
（d）裙部综合变形
活塞装配 安装注意事项：

1）活塞顶部刻有方向标记，不能安反； 2）注意装配间隙。

敲缸现象：
（1)活塞与汽缸配合间隙过大。由于修配不当造成活塞与气缸配合间隙较大，或因气缸磨损严重造成 间隙过大。发动机低温时活塞间隙较大，敲缸异响严重，发动机温度升高后活塞产生膨胀，使得活塞 配合间隙变小，敲缸异响随之减轻或消失。 (2)活塞方向装反或活塞变形，破坏了活塞与汽缸配合的正常间隙，造成活塞敲缸响声。 (3)汽缸壁润滑不良。润滑条件不佳，机油压力低或机油粘度过低，汽缸壁飞溅润滑不良，活塞与缸壁 之间不能形成正常的润滑油膜，活塞与汽缸直接相碰而敲缸。 (4)连杆弯曲或扭曲变形，活塞连杆组的装配使活塞在汽缸中歪斜量超过许可范围，不但使密封性变坏、 润滑条件恶化，而且造成汽缸不正常磨损，从而使活塞与汽缸壁敲击而出现响声。
分类原则
活塞环
①
①结构 ②功能 ③剖面形状
整体环
②
④外圆面形状 ⑤棱边形状 ⑥镀层结构 ⑦撑簧类型 刮环
③
气环
③
油环
③
矩 梯 梯 形 形 形 环 环 环
④ ⑤ ⑥
鼻形环
④
外切扭曲环
⑤ ⑥
内棱倒角
柱面 锥面
无镀层 镶嵌
柱面 内倒角 无镀层 桶面 内切台 全镀层 锥面 内棱边倒角 半镀层 外棱边倒角 镶嵌

活塞环的控油作用
1）活塞环刮油功能是指避免机油过多进入 燃烧室，油环将汽缸壁上多余的机油刮下到 活塞内，将机油消耗保持在所需水平同时降 低有害废气排放。 2）其中油环控制约70-90%的机油,气环控制 约10-20%的机油。
油环刮下机油由漏油孔流入活塞。
油环刮油原理
在油环径向方向开有贯穿的油孔或油槽，在活塞的油环槽内和环 岸上开有许多 排小孔和斜孔 当活塞下行时，刮下的油通过油环径向槽内的小孔或狭缝和环岸上的斜孔流入 机体内 当活塞上行时，活塞环都贴在环槽下侧面，使气环与油环间的机 油通过活塞环槽上的排油孔流入机体内

活塞安装气环和油环效果

活塞裙部：油环槽底面至活塞底端的外圆柱表面。
主要作用： 1）气缸内上下往复运动的过程中，靠其起导向作用。 2）承受侧压力（控制活塞头部摆动） 要求：具备一定的刚度和长度、承压面积，以免导向不良和加大磨损等。 一般变形： 1）机械变形：燃气压力作用在活塞顶上，导致销座弯曲变形，裙部挤压变形。 2）热变形：销座附近金属堆积，受热后热膨胀量大。
槽 异 同 油 向 向 环 倒 倒 角 角 油 油 环 环
⑤
内棱边倒角
活塞环
①
分类原则 ①结构 ②功能 ③剖面形状 ④外圆面形状 ⑤棱边形状 ⑥镀层结构 ⑦撑簧类型
组合环
②
油环 螺旋撑簧环
⑦ ③
开槽油环 异向倒角油环 同向倒角油环 异向倒角成形磨削油环
钢带组合环
⑥
无镀层 全镀层
2.1.2 断面形状分类 1、矩形环 （Ｒ） 矩形环是最简单的压缩环，其功能全，用于压缩机、 割草机及其它两冲 程发动机。矩形环是目前用得最多的一 种截面形状。结构简单、制造方便，适于大于批量生产。 但性能较差，在高速强化柴油机上很少应用。 2、梯形环 （Ｔ） 梯形环通常用于热负荷大的柴油内燃机的第一道压缩 环（气环）。由于活塞环的径向运动，可有防止碳化物沉 积及活塞环结胶卡死。梯形环的缺点是工艺复杂，特别是 两侧表面（圆锥面）的精加工较困难。 3、楔形环 （ＥＴ） 楔形环类似于梯形环,其楔角日本标准和联邦德国标准 均定为7度(量规角度)。楔形环的刮油性能和密封性能良好， 它的抗胶结作用较梯形环小, 一般柴油机第一环常采用楔 形环。半梯形环的弹力比同断面积的矩形环约减少l0%
活塞顶部：组成燃烧室，易热裂、压碎，要求加工应光洁，材料应阻热。 1、平顶活塞：结构简单，吸热面积小，便于加工制造。 2、凹顶活塞：一般适用于车用直喷式柴油机，如形、四角形燃烧室。

改善混合气的流动性能。有的用来减少往复惯性质量，改善混合气形成和燃烧， 有时可用来调节发动机的压缩比。 3、凸顶活塞：刚性好、强度高，但吸热面积大，难加工。能够提高压缩比，二 冲程发动机常见，利于扫气。
封气体与调节油膜厚度
气环自由状态非圆，随活塞装入气缸后， 靠气弹力紧贴在气缸壁上（F1），形成第 一密封面。 同时，气环在燃气作用下被压向环槽下 端面（F3），形成第二密封面。 另外，绕到环背后的燃气使气环更贴紧 缸壁（F2），加强了第一密封面的密封效果 几道气环切口错开布置，这样形成迷宫式 封气系统，这样，窜入曲轴箱内的燃气量已很 少了。
活塞环的传热作用 1）活塞环将热量从高温的活塞传导至 冷却的汽缸壁或发动机缸体上。 2)燃气燃烧产生70%~80%的热量从活 塞环槽经由活塞环传至汽缸壁，热量传 导功能对于保持活塞环和活塞的稳定性 非常重要，只有这样才能保持气体密封 功能不受损害。
. 活塞的热量通过活塞环传至汽缸壁。

活塞环的支撑作用
活塞环的工作环境
活塞环在发动机中的工作条件是十分恶劣和矛盾的。它承受燃烧室燃气燃烧 所产生的高压和高热，即承受着由此产生的高的机械负荷和热负荷，又因为要 上下高变速运动而与汽缸壁、活塞环槽发生相对的摩擦运动，有摩擦就要供应 充足的润滑油以便在磨擦面形成油膜来减小磨擦，（如若不加机油就会严重磨 损和拉缸），可是机油又易能过环与环槽的泵油作用进入燃烧室，导致燃烧过 程恶化、积炭、结胶和加速磨损。

活塞头部：油环槽以上的部分。
主要作用：
1）承受燃气压力，并传给连杆（说明包括活塞销座） 2）与活塞环一起实现气缸的密封； 3）将活塞顶所吸收的热量通过活塞环传导给气缸体。
结构特点：
1）活塞内腔呈流线型，由到活塞顶的最小 厚度 逐渐扩大，并使活塞头部第一道环 槽处于活塞内腔最低位置之上，目的是使活 塞顶吸收的热量平均分摊给各道活塞环，避 免第一道活塞环过热。
结构特点：
2）有的汽油机的活塞在第一道环槽上面，切出一道较环槽窄的隔热槽，隔 断 传给第一道活塞环的热流通路，迫使热流方向折转，目的同上。
3）热负荷较高的汽油机活塞一般在第一道环槽内镶铸耐热材料奥氏体铸铁制造 的护圈，因为第一道环槽温度高，铝合金材料硬度大幅下降，易磨损，导致燃 气泄漏和窜机油。 4）四冲程汽油机一般2-3道气环，1道油环，最低一道油环槽内转有许多径向 小孔，气缸壁上多余机油刮下后，经 过这些小孔流回油底壳。
1）在侧压力作用下，活塞在作往复运动 的同时还压向气缸壁，因此可能发生撞击 缸壁的现象， 2）活塞环的支撑作用是指避免这种撞击 现象，减小磨损。

分类及形状
内燃机活塞环主要分为两种，气环（压缩环）与油环。 按结构分就分为整体环与组合环； 按环断面形状就分为——矩形环、梯形环、楔形环、外切扭曲环、鼻形环、开 槽油环、异向倒角油环、同向倒角油环、开槽螺旋撑簧环、异向倒角螺旋撑簧 环、同向倒角螺旋撑簧环、钢带组合油环； 按外侧面形状就分为——柱面、锥面、桶面；