柴油发电机组活塞环的气环作用及工作原理

  活塞环是具有弹性的金属开口圆环，按其功用不同可分为气环和油环两种。安装在活塞头部上端的是2～4道气环，下端的是1～2道油环。

  气环的功用是保证活塞与气缸壁之间的密封，防止活塞上部的高压气体漏入曲轴箱。当密封不良时，压缩冲程中的气体漏出较多，使压缩终了的压力降低，对于内燃机会造成启动困难。高温燃气漏入曲轴箱还会使活塞温度升高，机油因受热而氧化变质。除密封作用外，气环还起传热作用。活塞顶部所吸收的热量，大部分要通过气环传给气缸壁（因活塞头部并不接触汽缸壁），再由外部的冷却介质带走。

  气环，特别是第一道气环，除了随活塞沿汽缸壁作高速往复直线运动外，还受到高温和高压燃气的压力以及润滑条件差等因素的影响，从而使气环的力学性能降低，弹性下降，而且会引起润滑油的炭化，甚至可能造成拉缸和漏气。因此要求气环应有足够的弹力，才能使环的四周紧贴在汽缸壁上，这时高压燃气就不可能通过气环与汽缸壁之间的接触面漏出。而作用在环上端面的燃气，使环紧压在活塞环槽中，使下端面与环槽紧贴。进入环的内侧面与环槽之间的燃气，其压力向外，使环更加贴紧汽缸壁。因此利用气环本身的弹力和燃气的压力，即可阻止高压燃气的泄漏。

  活塞环通常采用优质灰铸铁或合金铸铁制成。为了提高第一道气环的工作性能，提高其耐磨性，常在第一道气环的表面镀上多孔性铬层或钼层。近年来，第一道气环也有用球墨铸铁或钢制成的。在自由状态下，环的外径略大于汽缸直径，装入汽缸后，活塞环产生弹力压紧在汽缸壁上，开口处应保留一定的间隙（称为端隙或开口间隙，内燃机活塞环的开口间隙通常为0.4～0.8mm），以防止活塞环受热膨胀时卡死在汽缸中。活塞环装入环槽后，在高度方向也应有一定的间隙（称为侧隙，内燃机活塞环的侧隙通常为0.08～0.16mm）。当活塞环安装在活塞上时，应按规定将各环的开口处互相错开120°～180°，并且活塞环开口应与活塞销座孔错开45以上，以防活塞环装入汽缸后产生漏气现象。

  为了改善活塞环的工作条件，使活塞环与汽缸更好地走合，有些活塞环采用了不同的断面，在安装时要特别注意。气环的基本断面形状是矩形。矩形环易于制造，应用广泛，其磨合性比较差，不能满足发动机日益强化的要求。这种普通的压缩环可随意安装在气环槽内有的发动机采用锥面环结构。这种环的工作表面制成0.5°～1.5的锥角，使环的工作表面与缸壁的接触面减小，可以较快地磨合。锥角还兼有刮油的作用。但锥面环的磨损较快，影响使用寿命。安装时有棱角的一面朝下。

  有些内燃机采用扭曲环。扭曲环的内圆上边缘或外圆下边缘切去一部分，形成台阶形断面。这种断面内外不对称，环装入汽缸受到压缩后，在不对称内力的作用下，产生明显的断面倾斜，使环的外表面形成上小下大的锥面，这就减小了环与缸壁的接触面积，使环易于磨合，并具有向下刮油的作用。而且环的上下端面与环槽的上下端面在相应的地方接触，既增加密封性，又可防止活塞环在槽内上下窜动而造成泵油和磨损，这种环目前使用较广泛，安装扭曲环时，必须注意其上下方向，不能装反，内切口要朝上，外切口要朝下在一些热负荷较大的内燃机上，为了提高气环的抗结焦能力，常采用梯形环。这种环的端面与环槽的配合间隙随活塞在侧向力作用下作横向摆动而改变，能将环槽中的积炭挤碎，防止活塞环结胶卡住。这种环同普通气环一样可随意安装。

  还有一种形式的气环桶面环，它的工作表面呈凸圆弧形，其上下方向均与汽缸壁呈楔形，易于磨合，润滑性能好，密封性强。这种环已普遍用于强化内燃机上。这种环同普通的压缩环一样，可随意安装在气环槽内。

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