活塞環氣環的作用、區別和分類

活塞環工作在高溫、高壓、高速、潤滑極其困難的條件下，是發動機上壽命最短的零件。活塞環的優點是彈性好、強度高、耐磨、耐熱、沖擊韌性好、導熱性好。目前廣泛使用的活塞環材料是合金鑄鐵(優質灰鑄鐵中加入少量的銅、鉻、鉬等合金元素)。第一圈是鍍鉻圈，其他圈一般是鍍錫圈或者磷化圈。

氣的功能

(1)密封：防止氣缸內的氣體逸入油底殼。

(2)熱傳遞：將熱量從活塞頭傳遞到氣缸壁。

(3)輔助刮油和配油。

氣體密封原理

氣環有缺口且有彈性，其外徑大于自由狀態下的圓柱體直徑。它與活塞一起放入氣缸后，其外表面緊貼氣缸壁形成第一密封面。氣環的密封效果通常與氣環的數量有關。汽油機一般用兩個氣環，柴油機一般用三個氣環。

發動機工作時，活塞、活塞環等零件會熱膨脹。但活塞環在氣缸和活塞環槽中的運動相對復雜。需要和活塞一起在氣缸內上下運動，徑向膨脹收縮，在環槽內做輕微的圓周運動，以保證氣缸的密封性，防止環卡在氣缸內或在環槽內膨脹。

圖2-62氣環密封原理

活塞環在自由狀態下不是完全圓的。活塞環裝入氣缸后，在其自身彈性的作用下，環的外圓周面與氣缸壁緊密貼合，形成第一密封面，氣缸內的高壓氣體無法通過第一密封面泄漏。高壓氣體可能通過活塞頂排和氣缸壁之間的間隙進入活塞環的側隙和徑向間隙。進入側間隙的高壓氣體使環的下側與環槽的下側緊密貼合，形成第二密封面，高壓氣體無法通過第二密封面泄漏。進入徑向間隙的高壓氣體使環的外圓周表面更緊密地附著在氣缸壁上。此時，活塞環開口端的間隙是漏氣的唯一通道。

如果幾個活塞環的開口相互錯開，就會形成迷宮式泄漏通道。

由于側隙、徑向間隙和端隙較小，氣體在通道內的流動阻力很大，導致氣體壓力p迅速下降，最后漏入曲軸箱的氣體很少，一般只有進氣的0.2%~1.0%(質量分數)。活塞環和活塞一起放入氣缸后，會產生彈力，形成緊貼氣缸壁的密封面，使氣體無法通過活塞環與氣缸接觸面的間隙。環封的效果與氣環的數量有關。環數一般為2~3個(汽油機2個，柴油機3個)。第一種工況最差，要求耐熱性、耐磨性、高強度和沖擊韌性。

(2)氣環的分類和特征

根據氣環開口的形狀，如圖2-63所示。

圖氣環開口形狀分類

A.直開口工藝性好，但密封性能差。

B.臺階口密封性能好，但工藝性差。

C.傾斜開口的密封性和工藝性介于前兩者之間，傾斜角度一般為30或40。

根據氣環的截面形狀，如圖2-64所示。

(a)矩形環(b)推環(c)梯形環(d)圓筒環(e)扭轉環1(r)扭轉環2圖2-64空氣環的橫截面形狀

A.矩形環

矩形截面氣環。形狀簡單，加工方便，與缸壁接觸面積大，有利于活塞散熱。但磨合表現較差。活塞往復運動時，在環形槽內上下運動，不斷將氣缸壁上的機油擠入燃燒室，產生

“抽油”增加了發動機機油的消耗，增加了

非對稱截面氣環。裝入圓筒后，截面因彈性內力而扭曲，故稱扭曲環。

扭轉環截面的扭轉原理；

活塞環裝入氣缸后，在截面中性層外產生拉應力，在截面中性層內產生壓應力。拉應力合力FA指向活塞環中心，壓應力合力F2指向相反方向。由于扭轉環中性層的內外橫截面的不對稱，FA和F2不在同一平面上作用，產生力矩m，在該力矩下，環的橫截面被扭曲。

如果內圓面上緣或外圓面下緣的一部分被切掉，整個氣環就會扭曲成碟形，稱為正扭曲環；如果將內圓面下緣的一部分切掉，氣環就會扭曲成蓋狀，稱為防扭曲環。把圓環面上的金屬切掉一部分，叫做切割臺。發動機工作時，扭力環在進氣、壓縮和排氣沖程中扭轉。一方面，它的工作特性與錐環相似；另一方面，扭環的上下側與環槽的上下側相接觸，防止了環在環槽中上下移動，消除了抽油現象，減少了環對環槽的沖擊造成的磨損。在作功沖程中，巨大的氣體壓力作用在環的上側和內環上，足以克服環的彈性內力，防止環扭曲，整個外環與缸壁接觸。此時，扭曲環具有與矩形環相同的工作特性。

F.凹槽環

在圓柱面上加工一個環形槽，槽內填充能吸附機油的多孔氧化鐵，有利于潤滑、磨合和密封。

不同截面氣環的優缺點分析