活塞環(huán)

活塞環(huán)(Piston Ring) 是用于嵌入活塞槽溝內(nèi)部的金屬環(huán)，活塞環(huán)分為兩種：壓縮環(huán)和機(jī)油環(huán)。壓縮環(huán)可用來(lái)密封燃燒室內(nèi)的可燃混合氣體；機(jī)油環(huán)則用來(lái)刮除汽缸上多余的機(jī)油?；钊h(huán)是一種具有較大向外擴(kuò)張變形的金屬?gòu)椥原h(huán)，它被裝配到剖面與其相應(yīng)的環(huán)形槽內(nèi)。往復(fù)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的活塞環(huán)，依靠氣體或液體的壓力差，在環(huán)外圓面和氣缸以及環(huán)和環(huán)槽的一個(gè)側(cè)面之間形成密封。

活塞環(huán)的功能

活塞環(huán)作用包括密封、調(diào)節(jié)機(jī)油（控油）、導(dǎo)熱（傳熱）、導(dǎo)向（支承）四個(gè)作用。密封：指密封燃?xì)?，不讓燃燒室的氣體漏到曲軸箱，把氣體的泄漏量控制在最低限度，提高熱效率。漏氣不僅會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力下降，而且會(huì)使機(jī)油變質(zhì)，這是氣環(huán)的主要任務(wù)；調(diào)節(jié)機(jī)油（控油）：把氣缸壁上多余的潤(rùn)滑油刮下，同時(shí)又使缸壁上布有薄薄的油膜，保證氣缸和活塞及環(huán)的正常潤(rùn)滑，這是油環(huán)的主要任務(wù)。

在現(xiàn)代高速發(fā)動(dòng)機(jī)上，特別重視活塞環(huán)控制油膜的作用；導(dǎo)熱：通過(guò)活塞環(huán)將活塞的熱量傳導(dǎo)給缸套，即起冷卻作用。據(jù)可靠資料認(rèn)為，非冷卻活塞中活塞頂所受的的熱量中有70～80%是通過(guò)活塞環(huán)傳給缸壁而散掉的，冷卻活塞中有30～40%是通過(guò)活塞環(huán)傳給缸壁而散掉的；支承：活塞環(huán)將活塞保持在氣缸中，防止活塞與氣缸壁直接接觸，保證活塞平順運(yùn)動(dòng)，降低摩擦阻力，而且防止活塞敲缸。一般汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞采用兩道氣環(huán)，一道油環(huán)，而柴油發(fā)動(dòng)機(jī)通常采用兩道氣環(huán)，一道油環(huán)。

? 活塞環(huán)的特性?

作用力

作用在活塞環(huán)的力有氣體壓力、環(huán)自身彈力、環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的慣性力、環(huán)與氣缸及環(huán)槽的摩擦力等。由于這些力的作用，環(huán)將產(chǎn)生軸向運(yùn)動(dòng)、徑向運(yùn)動(dòng)、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)等基本運(yùn)動(dòng)。此外，活塞環(huán)由于它的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，伴隨著不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，不可避免地出現(xiàn)軸向不規(guī)則運(yùn)動(dòng)引起的浮懸和軸向振動(dòng)、徑向不規(guī)則運(yùn)動(dòng)和振動(dòng)、扭曲運(yùn)動(dòng)等。這些不規(guī)則運(yùn)動(dòng)常常妨礙活塞環(huán)發(fā)揮作用。設(shè)計(jì)活塞環(huán)時(shí)，要充分發(fā)揮有利運(yùn)動(dòng)，控制不利的一面。

導(dǎo)熱性

將燃燒產(chǎn)生的高熱，通過(guò)活塞環(huán)傳遞給氣缸壁，所以能起到冷卻活塞的作用。通過(guò)活塞環(huán)向氣缸壁散出的熱量，一般可達(dá)到活塞頂部承受熱量的 30 ～ 40 %。

氣密性

活塞環(huán)的第一個(gè)作用是保持活塞與氣缸壁之間的密封，控制漏氣到最低限度。這種作用主要由氣環(huán)來(lái)承擔(dān)，即發(fā)動(dòng)機(jī)在任何運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，其壓縮空氣和燃?xì)獾男孤┚刂频阶钌?，以提高熱效率；防止因漏氣而引起氣缸與活塞或氣缸與環(huán)之間咬死；防止?jié)櫥偷牧踊鸬墓收系取?br>

控油性

活塞環(huán)的第二個(gè)作用是適當(dāng)?shù)毓温涓街跉飧妆谏系幕停⒈３终５挠秃牧?。?dāng)供給的潤(rùn)滑油過(guò)多時(shí)將被吸至燃燒室，使油耗量增大，而且由于燃燒產(chǎn)生的積炭，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響極壞。

支撐性

因活塞略小于氣缸內(nèi)徑，如無(wú)活塞環(huán)，則活塞在氣缸內(nèi)不穩(wěn)定，就不可能運(yùn)動(dòng)自如。同時(shí)，環(huán)還要防止活塞直接與氣缸接觸，起到支撐作用。因此，活塞環(huán)在氣缸內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)，其滑動(dòng)面全靠環(huán)來(lái)承擔(dān)。

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活塞環(huán)是否完好的鑒別方法：

活塞環(huán)的工作表面不得有刻痕、擦傷、剝落，外圓柱面和上下端面應(yīng)有—定的光潔度，曲度偏差不應(yīng)大于0.02—0.04毫米，環(huán)在槽中的標(biāo)準(zhǔn)下沉量不得超過(guò)0.15- 0.25毫米，活塞環(huán)的彈力、間隙符合規(guī)定。

此外，還應(yīng)檢查活塞環(huán)的漏光度，即將活塞環(huán)平放在氣缸內(nèi)，在活塞環(huán)下邊放一個(gè)小燈炮，上面放一塊遮光板，然后觀察活塞環(huán)與氣缸壁之間的漏光縫隙，由此可知活塞環(huán)與氣缸壁的接觸是否良好。在一般情況下，用厚薄規(guī)測(cè)量活塞環(huán)漏光縫不應(yīng)超過(guò)0.03毫米。連續(xù)漏光縫的長(zhǎng)度不應(yīng)大于氣缸直徑的1/3，若干處漏光縫隙長(zhǎng)度不應(yīng)大于氣缸直徑的1/3，若干漏光總長(zhǎng)度不應(yīng)超過(guò)氣缸直徑的1/2，否則，應(yīng)及時(shí)更換。?

*活塞環(huán)標(biāo)記 GB/T 1149.1—94規(guī)定：所有要求有安裝方向的活塞環(huán)應(yīng)在上側(cè)面，即接近燃燒室的側(cè)面加以標(biāo)志。在上側(cè)面標(biāo)志的環(huán)包括：錐面環(huán)、內(nèi)倒角、外切臺(tái)環(huán)、鼻形環(huán)、楔形環(huán)和要求安裝方向的油環(huán)，環(huán)的上側(cè)面均有標(biāo)記。

活塞環(huán)斷裂的原因

一、搭口間隙過(guò)小

搭口間隙小于裝配間隙時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)中活塞環(huán)受熱溫度升高，使搭口處金屬膨脹無(wú)充分的余地，搭口兩端對(duì)頂產(chǎn)生彎曲，在搭口附近折斷。

二、環(huán)槽積炭?

?燃燒不良、缸壁過(guò)熱使?jié)櫥脱趸驘龘p均會(huì)使氣缸中積炭嚴(yán)重。當(dāng)積炭嚴(yán)重時(shí)，環(huán)活動(dòng)受阻，環(huán)與缸壁強(qiáng)力作用，刮下的滑油和金屬屑混合，并在漏泄燃?xì)庾饔孟略诃h(huán)槽下端面上形成局部的堅(jiān)硬積炭。活塞環(huán)下面有局部的堅(jiān)硬積炭，上面受到周期性燃?xì)鈮毫ψ饔?，使活塞環(huán)產(chǎn)生彎曲疲勞折斷。

三、氣缸套磨臺(tái)

活塞組件與氣缸套長(zhǎng)期相對(duì)運(yùn)動(dòng)使氣缸套磨損后在缸套上部出現(xiàn)磨臺(tái)。當(dāng)活塞上行至上止點(diǎn)時(shí)，第一道活塞環(huán)碰撞磨臺(tái)受到?jīng)_擊而折斷。

四、環(huán)槽過(guò)度磨損

環(huán)槽下端面過(guò)度磨損后呈傾斜狀(喇叭狀)。當(dāng)活塞在上止點(diǎn)附近時(shí)，燃?xì)鈮毫ψ饔檬弓h(huán)緊貼于傾斜的環(huán)槽下端面上，活塞環(huán)產(chǎn)生扭曲變形，活塞環(huán)槽過(guò)度磨損而疲勞折斷。

五、活塞環(huán)掛住氣口

二沖程柴油機(jī)經(jīng)常會(huì)發(fā)生活塞環(huán)掛住掃、排氣口使環(huán)折斷的損壞。由于活塞環(huán)開(kāi)口部位張力最大，受熱變形大，而氣缸套上氣口之間的筋受熱容易變形，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)環(huán)與氣口相遇，只要環(huán)開(kāi)口處稍微接住氣口就會(huì)使環(huán)折斷。

六、活塞環(huán)徑向脹縮疲勞?

當(dāng)活塞環(huán)彈力不足或缸套過(guò)度磨損時(shí)，活塞環(huán)與氣缸壁不能緊貼，即不能保持氣密，以致高壓燃?xì)饴┬箤h(huán)壓入環(huán)槽。當(dāng)活塞下行時(shí)氣缸內(nèi)燃?xì)鈮毫档?，活塞環(huán)又從環(huán)槽內(nèi)彈出，活塞環(huán)不斷地徑向脹縮以致疲勞折斷。

七、活塞環(huán)過(guò)度磨損使環(huán)的強(qiáng)度不能滿足要求而斷環(huán)

目前的活塞環(huán)材料多為灰鑄鐵、合金鑄鐵、球墨鑄鐵等脆性材料，且在鑄造過(guò)程中內(nèi)部組織可能出現(xiàn)氣孔、裂紋或成分的偏析使局部強(qiáng)度下降或裂紋處產(chǎn)生應(yīng)力集中，工作中造成沖擊斷裂或疲勞斷裂。?

八、缸套的嚴(yán)重磨損

在上、下死點(diǎn)位置產(chǎn)生階梯狀磨損引起凸肩，在連桿大端產(chǎn)生較大磨損或連桿大小端軸承修理后使原來(lái)死點(diǎn)位置發(fā)生變化時(shí)，在慣性力作用下造成撞擊斷環(huán)。?

九、滑油和燃油的配合問(wèn)題?

從燃油的性質(zhì)上來(lái)分析，有的燃油所含的硫分較高，如雷氏1000s燃油。因此當(dāng)燃料燃燒時(shí)所產(chǎn)生的SO2和SO3也就比較多。而SO2和SO3在高溫下呈氣態(tài)，直接與金屬作用會(huì)引起氣體腐蝕。并促使積碳和膠質(zhì)沉積物堅(jiān)硬化，增加了缸套、活塞環(huán)的磨損。

按要求，當(dāng)柴油機(jī)使用高硫分的燃油時(shí)，應(yīng)使用強(qiáng)的或高堿性專用滑油。如果主機(jī)在運(yùn)行中沒(méi)有使用與燃油相配套的氣缸油或者用機(jī)油來(lái)代替氣缸油。這樣，滑油中和燃燒而生成的酸能力下降，造成酸性物質(zhì)對(duì)活塞、活塞環(huán)的腐蝕更加嚴(yán)重，導(dǎo)致經(jīng)常發(fā)生活塞環(huán)斷裂現(xiàn)象。