南通职业大学毕业设计（论文）
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。
活塞环控制润滑油作用就是活塞环对气缸壁润滑油膜厚度的控制和调节。 活塞环在气缸中阻止润滑油从曲轴箱进入燃烧室，从而降低滑油耗量。我们知道，活塞环组中滑油是无规则的，中小型机多用飞溅方式，强载机则用压力循环润滑。为了使活塞环正常滑动，必须不断地供给滑油，同时又要求活塞环能刮落气缸壁上的过多滑油，也就是既要保证活塞环润滑所需要的油膜厚度，又要保持较低的滑油耗量，以防止过多的滑油上窜到燃烧室，不仅滑油耗量增大，又会因燃烧产生的积碳影响传热性能。 2.1.3 导热
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。
图2.2 导热功能
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活塞环在气缸中起着传热作用。当内燃机工作时，活塞温度很高，一部分热量经活塞环传给气缸壁，再由气缸壁传至冷却水，从而降低活塞温度。一般，冷却活塞中，活塞环传导的热量为30～40%；非冷却活塞中，活塞环传导的热量可达活塞顶所承受热量的70～80%。活塞环的散热作用实际上与环的几何尺寸，截面形状，材料的导热性、热膨胀系数，环与环槽间的间隙以及有关表面精度等都有很大关系，应慎重选取。 2.1.4 支承导向
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。
图2.3 支撑功能
活塞在气缸内运动靠环支撑。因活塞受燃气的加热而膨胀，所以气缸与活塞之间必须留有间隙，以防活塞咬死。对热负荷高的发动机，其间隙更要大一些，由于间隙的存在，活塞就必须依赖活塞环才能在气缸内保持运动平衡，防止活塞不断撞击气缸壁。一旦减弱和破坏活塞环的支承作用，必将导致活塞组件失去运动平衡，从而产生噪声、偏磨、擦伤等故障，甚至出现融着、折损和拉缸等严重故障。因此，活塞环基体材料的选择，活塞环断面形状，以及必要的结构力学计算，强度、应力计算，刚性、共振频率计算以及各种变形计算尤为重要。
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。
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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。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原装优质机油为最佳的选择。
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。
2.2 活塞环的工作原理
2.2.1 气环的密封原理
图2.4 气环
（1）第一密封面的建立：环在自由状态下，环外径大于缸径，装缸后在其弹力P0作用下与缸壁压紧，形成第一密封面。
（2）第二密封面的建立：活塞环在运动时产生惯性力Pj，与缸壁间产生摩擦力F，以及侧隙有气体压力P1，在这三个力的共同作用下，使环靠在环槽的上侧或下侧，形成第二密封面。
（a）第一密封面 (b)第二密封面
图2.5 气环密封
（3） 第一密封面的加强：窜入背隙的气体，使环对缸壁进一步压紧，加强了第一密封面的密封。
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（a）第一密封面 （b）第二密封面
图2.6 气环的密封面
图2.7 气环的密封原理
2.2.2 活塞环的密封原理总结
气环的密封原理：活塞环在自由状态下不是正圆形，其外廓尺寸比气缸直径大。当活塞环装入气缸后，在其自身的弹力作用下环的外圆面与气缸壁贴紧形成第一密封面，气缸内的高压气体不可能通过第一密封面泄漏。高压气体可能通过活塞顶岸与气缸壁之间的间隙进入活塞环的侧隙和径向间隙中。进入侧隙中的高压气体使环的下侧面与环槽的下侧面贴紧形成第二密封面，高压气体也不可能通过第二密封面泄漏。进入径向间隙中的高压气体只能环的外圆面与气缸壁更加贴紧。这时漏气的惟一通道就是活塞环的开口端隙。如果几道活塞环的开口相互错开，那么就形成了迷宫式漏气通道。由于侧隙、径向间隙和端隙都很小，气体在通道内的流动阻力很大，致使气体压力ｐ迅速下降，最后漏入曲轴箱内的气体就很少了，一般仅为进气量的0.2％～1.0％。
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2.2.3 活塞环油环的原理
油环：油环顾名思义，主要用来刮油，刮走钢壁上多余的润滑油，保持适度润滑，减少机油消耗。
图2.8 油环
（1）布油：向气缸壁上分布润滑油；
（2）刮油：将气缸壁上多余的润滑油刮下来。
2.3 活塞环的种类
活塞环按功能分类，可以分为以气密功能为主导的气环和以控油功能为主导的油环。（见图2.9）
图2.9 活塞环类型
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