活塞环工作原理

1、活塞环工作原理乍一看活塞环是一个形态非常简单， 具有圆开口的环， 但它在摩 托车发动机（内燃机）中却是不可缺少的运动部件，起着极为重要的 作用，活塞环按作用分为气环和油环，它有四大功能。一、保持气密性 活塞环是所有发动机零件中唯一作三个方 向运动的零件。（即轴向运动、径向运动和圆周方向的旋转运动）， 同时也是使用条件中最为苛刻的零件。发动机燃烧室在爆炸的瞬间， 燃气温度可达到2000 C 2500 C,其爆发压力平均达到50kg/cm平 方，活塞头部的温度一般不低于200 C。活塞是作往复运动的，其速 度和负荷都很大。因此活塞环是工作在高温、高压条件下的。尤其是 第一道气环，承受的温度最高，润

2、滑条件也最差，为了保证它具有和 其它几道环相同或更高的耐用性， 常常将第一道气环， 的工作表面进 行多孔镀铬处理。多孔镀铬层硬度高，并能贮存少量的润滑，以改善 润滑条件，使环的寿命提高 23 倍。近年来，摩托车发动机大多采 用长度短于缸径的活塞， 这种活塞的头部在上行程转到下行程时会产 生摆动现象， 使活塞环外圆的上下边缘紧紧地与缸壁接触， 导致活塞 环的棱缘加载而形成刮伤。 为避免这种异常现象， 一般将第一道气环 外圆制成圆弧状，以其上、 下端面的边缘角不触及缸壁，并且易于发 动机的初期磨合， 这种气环称为桶面环， 为目前高功率高转速的内燃 机所采用。尽管当今制造技术非常精细， 零部件差亦控

3、制在最小范围， 但因其材料、 热处理及装配后的机械变形， 汽缸内的气密总有极个别 泄漏点存在，这就需要发动机在使用初期进行良好的磨合及启动后适当的预热来逐渐消除摩擦副的凹凸不平点。 倘若由于多种原因引起汽 缸的密封不良时， 会引起压缩压力下降和燃烧气体的窜漏， 高压高温 气体将穿过缸壁与活塞环之间的微小空隙， 由此而引起的故障是破坏 了活塞环与缸壁之间的所必需的油膜， 以致形成了金属之间直接接触 的干磨擦状态， 从而导致了因干磨擦而烧伤的拉伤活塞、 活塞环和汽 缸，使发动机产生异常磨损。 泄漏的高温气体窜入曲轴箱使机油变质 和产生硬质油泥，使活塞环发生粘着等故障。由此看来，确保活塞环 在汽缸内

4、的气密性关重要，来不得任何的泄漏。 二、控制机油 活塞环是在高负荷下和高温气氛中沿缸壁来回滑动的。为了更 好地发挥其功能， 既要有少量的机油润滑汽缸和活塞， 又必然适当地 刮掉附着在缸壁上多余的机油，防止其上窜以保持机油消耗量适中。 大家知道，四冲程发动机在进气行程中，燃烧室内的压力低于 曲轴箱内的压力， 由于这种压差起着一种泵油作用， 所以机油通过活 塞环、活塞和汽缸之间微小间隙而被吸入燃烧室， 导致因窜机油而使 机油消耗量大增。 尤其在发动机怠速情况下， 节气门基本处于关闭状 态，汽缸内负压较大时，这种现象更趋严重。为了控制机油上窜，一 般都将活塞上第二道气环外圆制成锥面。 锥面环既能在活

5、塞上行时的 滑动面上布下油膜， 又能在活塞环下行时有效的刮去缸壁下端多余机 油，真可谓一举两得。 为了更加有效地将飞溅至汽缸壁下部的机油刮 净，又在活塞第二道气环的下部增加一道钢片组合式刮油环。 这种环 的特点仅在于其接触压力高， 而且由于上下刮片能够分别动作， 即使 对于正圆 爌较差的汽缸来说， 也具有良好的适应性。 更重要的是每个 刮片不仅与汽缸之间的滑动成处保持密封， 而且也在环槽的上下两端 之间，保持对机油的气密作用，因此封油效果极佳。 二冲程发 动机一般采用油雾润滑。 机油与汽油及空气混合后的油雾， 一部分润 滑曲轴连杆承和汽缸活塞下部， 另一部分在扫气过程中进入燃烧室的 高温高压下

6、总会有部分碳分子残留在活塞顶部和第一道气环的环槽 内。为此，楔形环应运而生。它的效能在于楔形环作径向运动时，间 隙变大，反之，在向内运动时，间隙变小。因此残留在环槽中的油泥 被磨碎， 并随机油和废气一起排出， 这样就起到了自动清除积碳的作 用。楔形环一般安装在第一道气环， 也有少部分发动机由于机油流量 较大，为增强清除积碳的功能， 故两道气环均安装楔形环。 三、 传热作用 内燃机活塞是在每次爆发的高温高压气体的作用下工 作的。因此，如果不及时地将活塞顶部的热量散发出去并冷却之，那 么活塞上部就会严重过热。其结果是，由于活塞不正常膨胀而刮伤， 同时由于硬度降低而使活塞早期磨损， 由于机油变质而引

7、起粘环， 由 于活塞顶和活塞销座处强度降低而损坏等等。 这些都对发动机的正常 工作带来致命的危险。 由此可见， 活塞环的作用包含了将燃烧气体造 成的活塞高温传给缸体，即对活塞起到冷却作用。据有关资料介绍， 活塞顶部大气层受热量中有 70% 80%是通过活塞传给缸壁而散掉 的。四、支承作用活塞因受气体压力而作往复运动， 这种 往复运动通过曲轴变为旋转运动， 所以活塞环承受着侧推分力。 因此， 活塞环填补了活塞与汽缸之间的间隙， 并经常与缸壁接触而作滑动运 动。它不仅防止了窜气，控制机油，而且还防止活塞与缸壁的强烈接触。亦高压气体达到环的背隙中， 其压力把活塞环外圆压向汽缸内壁， 使活塞保持浮动状

8、态。 可以认为， 这时活塞环与环槽必须留有合适的 侧隙和背隙。一般情况下， 背隙的作用有两个：第一在于防止因活塞 环和活塞的膨胀而使环粘着在不槽中； 第二在于提高活塞环滑动面的 接触压力。起到了防止活塞与缸壁强烈接触的作用。 BR 值得人们 注意的是， 当发动机在寒冷的冬季作低温和断续运转时， 活塞的窜气 量将增多，由燃烧产生的水蒸汽凝结在曲轴箱内壁上。另外，在低温 运转时亦易于产生碳烟。 因此润滑油和水相混合后， 在碳烟中形成低 温胶质。这不仅使曲轴箱中的机油呈油泥状而且易粘结在活塞环上。 高温胶质是在超负荷高速运转等情况下， 发动机处于高温状态时产生 的，胶质中几乎无水分，而氧化物却很多。

9、所以说为了预防低温和高 温胶质带来粘环现象， 必须使用优质内燃机机油。 为防止机油老化变 质，使用添加了抗氧化和促进分散剂的纯进口原装优质机油为最佳的 选择。BR综上所述，在构成发动机各种零件中，以活塞环的作用 最为微妙， 稍有不良就会影响发动机的性能。 即使是设计制造精良的 活塞环，如使用不当也会引起各种故障， 从而不能充分发挥活塞环的 工作效能。为此，请广大摩友切记以下几点注意事项：BR（ 1）安装时保持平整度 BR 活塞环的各项效能，以气密性最为重要，气环 如受到上下扭曲， 将产生永久变形，致使在环槽中不能保持完全密封。 因此安装时必须注意使活塞环平整， 最好使用活塞环专用拆卸工具或 专

10、用锥用筒来装配。BR（2）安装时的开口位置BR活塞环开口 在运转中会沿着环槽作圆周方向自由活动， 而必变原来的位置 （二冲 程发动机除外）。 但在装配时，也不得草率地让各相邻的活塞环在一 直线上，而应相隔 120180 左右。同时为了尽量避免发生启动后 汽缸压力降低和初期窜气的故障， 其开口位置应避免开活塞销孔方向 和侧推力的方向。 组合油环安装时， 注意将衬环开口避开活塞销孔方 向 20mm 以上，且上下二只刮片衬环开口互相错开 20 30mm ，必 须特别指出的是， 为避免二冲程发动机活塞环的开口在工作时被汽缸 扫气口和排气口刮断， 活塞环槽中都装有定位销， 以免工作时活塞时， 如发现其定

11、位脱落又无条件修理或更换时， 可在活塞环的开口处上下 倒 10mm 左右长的圆角，可避免刮伤气口和防止活塞环折断。 BR （3）使用前禁止加工开口 BR 活塞环是作为一个精密零件加工而制 成，如果人为加工开口，环的曲线形状将会改变而造成漏光，而且容 易使开口间隙增大，从而导致窜油，漏气和压力降低等，因此，应避 免用手工加工开口。BR（4）活塞装入前的汽缸正圆度的检测BR 任何高性能的活塞如果与它相配合的汽缸精度不高， 活塞环的性能当 然也就难以发挥，因此在装配活塞环及环之前一定要测量汽缸内径 （行驶数千里的摩托车发动机维修时更应如此） ，以检查汽缸的磨损 和变形程度。 如不了解汽缸有何变形而装上了活塞， 就有可能引起配 合副的异常磨损和燃蚀。BR（5）活塞装入汽缸的方法BR当装 上了活塞环的活塞装入汽缸时，应将活塞、活塞环、汽缸全部涂敷发 动机机油，然后将活塞环充分闭合到汽缸直径时再装配。 如条件具备， 可采用圆形卡箍（一般由铁皮制成）夹紧后装配。如果活塞环没有闭 合到汽缸直径，活塞环、油环就将与汽缸发生磕碰，严重时，活塞环的开口下端有可能损坏甚至拆断， 为了避免这种事故， 在装配时应特 别仔细而慎重。 （6）活塞环的保管存放 活