活塞環(huán)在高溫、高壓、高速、極難潤滑的條件下工作，是發(fā)動機上使用壽命最短的零件?；钊h(huán)的優(yōu)點是彈性好、強度高、耐磨、耐熱、沖擊韌性好、導熱性好等。目前廣泛使用的活塞環(huán)材料是合金鑄鐵，第一種是鍍鉻環(huán)，其余的環(huán)一般是鍍錫環(huán)或磷化環(huán)。

氣環(huán)的作用

密封:防止氣缸內的氣體逸入油底殼。

熱傳遞:將熱量從活塞頭傳遞到氣缸壁。

輔助刮油和配油。

氣環(huán)的密封原理

氣環(huán)具有缺口和彈性，其外徑大于自由狀態(tài)下圓柱體的直徑。與活塞一起安裝在氣缸內后，其外表面緊貼氣缸壁形成第一密封面。氣環(huán)的密封效果通常與氣環(huán)的數量有關。汽油機一般采用2個氣環(huán)，柴油機一般采用3個氣環(huán)。發(fā)動機工作時，活塞、活塞環(huán)等零件會熱膨脹。然而，活塞環(huán)在氣缸和活塞環(huán)槽中的運動相對復雜。需要隨活塞在缸內上下移動，徑向伸縮，在環(huán)槽內做輕微的圓周運動，保證缸的密封性，防止環(huán)卡在缸內或在環(huán)槽內脹死。圖2-62氣環(huán)的密封原理活塞環(huán)在自由狀態(tài)下不是完全圓的?；钊h(huán)安裝在氣缸內后，在自身彈性的作用下，環(huán)的外圓面與氣缸壁緊密貼合，形成第一密封面，氣缸內的高壓氣體不會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(huán)的側隙和徑向間隙。進入側隙的高壓氣體使環(huán)的下側和環(huán)槽的下側粘在一起形成第二密封面，高壓氣體不會通過第二密封面泄漏。進入徑向間隙的高壓氣體使環(huán)的外表面更靠近氣缸壁。此時活塞環(huán)開口端間隙是漏氣的唯一通道。如果幾個活塞環(huán)的開口交錯，就會形成迷宮式漏氣通道。由于側隙、徑向間隙和端隙很小，氣體在通道內的流動阻力很大，導致氣體壓力p迅速降低，最后泄漏到曲軸箱內的氣體很少，一般只有進氣的0.2%~1.0%。活塞環(huán)與活塞一起裝入氣缸后，會產生彈力，緊貼氣缸壁，形成密封面，阻止氣體通過活塞環(huán)與氣缸接觸面之間的間隙。密封圈的密封效果與氣環(huán)的數量有關。氣環(huán)的數量通常為2~3個。第一種工況最差，要求耐熱性、耐磨性、高強度和沖擊韌性。

氣環(huán)的分類和特點

(1)根據氣環(huán)的開口形狀，如圖2-63所示。圖氣環(huán)開口形狀分類

A.直開孔工藝性好，但密封性能差。

B.臺階開口密封性能好，但工藝性差。

C.斜開口的密封性能和工藝性介于前兩者之間，傾斜角度通常為30°或40°。

(2)根據氣環(huán)截面形狀的不同，如圖2-64所示。

矩形推環(huán)階梯色環(huán)桶面環(huán)扭環(huán)1扭環(huán)2圖2-64氣環(huán)截面形狀

A.矩形截面氣環(huán)。造型簡單，加工方便，與缸壁接觸面積大，有利于活塞散熱。但磨合性能差，與活塞往復運動時，在環(huán)形槽內上下運動，不斷將氣缸壁上的油擠壓到燃燒室中，產生“抽油效應”，增加了油耗，使活塞頂部與燃燒室壁的面積積碳。

B.圓錐環(huán)的圓柱面是一個小錐角的錐面。理論上，上錐形環(huán)與氣缸壁線接觸，磨合良好，增加了接觸壓力和對氣缸壁形狀的適應性。當活塞下降時，錐形環(huán)可以向下刮油。當活塞上升時，由于錐形的油楔，錐形環(huán)可以滑過氣缸壁上的油膜，而不會將油帶入燃燒室。錐環(huán)傳熱差，不作為第一個氣環(huán)使用。由于錐角很小，通常很難識別。為了避免錯誤安裝，環(huán)的上側標有向上的標記。

C.梯形環(huán)的橫截面為梯形，其主要優(yōu)點是抗粘連性好。當活塞頭溫度較高時，破入第一環(huán)槽的油容易結焦粘氣環(huán)。側向力換向活塞左右擺動時，梯形環(huán)的側向間隙和徑向間隙發(fā)生變化，環(huán)槽內的膠質被擠出。楔形環(huán)的工作特性與梯形環(huán)相似，由于橫截面不對稱，安裝在氣缸內后會變形。梯形環(huán)適用于柴油機的第一個氣環(huán)。d.桶面環(huán)的圓柱面為凸圓弧，具有優(yōu)良的密封性能、磨合性能和對筒壁表面形狀的適應性。桶環(huán)無論上升還是下降，都能在氣缸內形成楔形油膜，使桶環(huán)浮動，減少桶環(huán)和氣缸壁的磨損。

E.扭曲環(huán)截面不對稱的氣體環(huán)。圓筒安裝后，由于彈性內力使截面扭曲，故稱為扭曲環(huán)。扭轉環(huán)截面扭轉原理:活塞環(huán)安裝在氣缸內后，截面中性層外產生拉應力，截面中性層內產生壓應力。拉應力的合力FA指向活塞環(huán)中心，壓應力的合力F2方向相反。由于扭曲環(huán)中性層內外截面的不對稱，FA和F2不在同一平面內作用，產生力矩m，在力矩m的作用下，環(huán)的截面發(fā)生扭曲。如果內圓面的上緣或外圓面的下緣的一部分被切掉，整個氣環(huán)就會扭曲成碟形，稱為正扭曲環(huán)；如果內圓面下緣的一部分被切掉，氣環(huán)就會扭曲成蓋狀，這就叫防扭曲環(huán)。切掉圓環(huán)面上的部分金屬叫做切臺。發(fā)動機工作時，在進氣、壓縮和排氣沖程中，扭環(huán)被扭轉，其工作特性一方面與錐形環(huán)相似，另一方面，由于扭環(huán)的上下兩側與環(huán)槽的上下兩側接觸，防止了環(huán)在環(huán)槽內上下移動，消除了抽油現象，減少了環(huán)對環(huán)槽沖擊造成的磨損。在做功沖程中，巨大的氣體壓力作用在環(huán)的上側和內圓面上，足以克服環(huán)的彈性內力，防止環(huán)扭曲，整個外圓面與缸壁接觸。此時，扭環(huán)的工作特性與矩形環(huán)相同。

F.開槽環(huán)在圓柱面上加工出一個環(huán)形凹槽，凹槽內填充有多孔氧化鐵，可以吸附機油，有利于潤滑、磨合和密封。

各種斷面形狀氣環(huán)的優(yōu)缺點分析