摘要：活塞環(huán)是柴油發(fā)電機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)活塞連桿組中的一個(gè)零部件，它分氣環(huán)和油環(huán)兩種，一般每個(gè)氣缸中有兩道氣環(huán)、一道油環(huán)，個(gè)別柴油發(fā)電機(jī)有三道氣環(huán)、一道油環(huán)。康明斯公司在本文中介紹活塞環(huán)的作用、工作條件、密封的功能和原因、安裝與選配方式以及常見(jiàn)磨損形式等內(nèi)容。

一、氣環(huán)與油環(huán)的功用

1、氣環(huán)的主要功用

（1）密封

      是指保證活塞與氣缸壁之間的良好密封，防止氣缸內(nèi)的可燃混合氣和高溫燃?xì)饴┤肭S箱，保證進(jìn)入柴油發(fā)電機(jī)中的可燃混合氣受到足夠的壓縮，并在做功沖程中壓力泄漏損失較小。

（2）傳熱

      主要是指將活塞頂部接受的熱傳給氣缸壁，避免活塞過(guò)熱，一般來(lái)說(shuō)活塞頂部的熱量有70%－80%是通過(guò)氣環(huán)傳導(dǎo)給氣缸壁的。

2、油環(huán)的主要功用

      油環(huán)的作用是在下行時(shí)刮除飛濺到氣缸壁上的多余的機(jī)油，防止多余的機(jī)油竄入燃燒室參與燃燒；在上行時(shí)在氣缸壁上涂布一層均勻的油膜，以減少活塞、活塞環(huán)和氣缸的磨損。

二、活塞環(huán)的工作條件

1、工作條件

      活塞環(huán)的工作條件是極其惡劣的，并且受力也很復(fù)雜。它在工作時(shí)受到氣缸中高溫、高壓燃?xì)獾淖饔?，并在?rùn)滑極其困難的條件下在氣缸內(nèi)高速滑動(dòng)。尤其是第一道氣環(huán)，它直接受到燃燒室高溫高壓氣體的沖擊，并且潤(rùn)滑極其困難，溫度可以高達(dá)600K，所以磨損較為嚴(yán)重。并且活塞環(huán)在氣缸中上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于氣缸壁的錐度和橢圓度的影響，活塞環(huán)會(huì)沿徑向產(chǎn)生一張一縮運(yùn)動(dòng)，使環(huán)受到交變彎曲應(yīng)力；另外由于側(cè)隙的存在，活塞在上下止點(diǎn)換向時(shí)，活塞環(huán)還會(huì)受到環(huán)槽的沖擊。這樣的作用力很容易導(dǎo)致活塞環(huán)的折斷。因此，活塞環(huán)一直是柴油發(fā)電機(jī)上使用壽命最短的零件，很多柴油發(fā)電機(jī)大修，就是由于活塞環(huán)過(guò)度磨損造成的。

      根據(jù)活塞環(huán)的功用及工作條件，制造活塞環(huán)的材料應(yīng)具有良好的耐磨性、導(dǎo)熱性、耐熱性、沖擊韌性、彈性和足夠的機(jī)械強(qiáng)度。目前廣泛應(yīng)用的活塞環(huán)材料有優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵、球墨鑄鐵、合金鑄鐵和鋼帶等。第一道活塞環(huán)外圓面通常進(jìn)行鍍鉻或噴鉬處理。多孔性鉻層硬度高，并能儲(chǔ)存少量機(jī)油，可以改善潤(rùn)滑減輕磨損。鉬的熔點(diǎn)高，也具有多孔性，因此噴鉬同樣可以提高活塞環(huán)的耐磨性。可以說(shuō)，活塞環(huán)是柴油發(fā)電機(jī)中對(duì)材料和加工工藝要求最嚴(yán)格的零部件，它的使用壽命就是柴油發(fā)電機(jī)的使用壽命，一些康明斯柴油發(fā)電機(jī)使用壽命長(zhǎng)，不燒機(jī)油，主要的因素就是活塞環(huán)的質(zhì)量好。

三、活塞環(huán)密封功能

1、活塞環(huán)的密封原理

      當(dāng)活塞環(huán)裝入氣缸后，在活塞、活塞環(huán)與氣缸壁之間形成了端隙、側(cè)隙和背隙三個(gè)間隙。這三個(gè)間隙使活塞環(huán)形成了兩個(gè)密封面和一個(gè)迷宮式的漏氣通道，如圖3所示。其中第一道氣環(huán)大約密封80~90%的氣體，第二道氣環(huán)大約密封10~20%的氣體，油環(huán)大約密封5%的氣體。

（1）第一密封面的建立：

      活塞環(huán)在自由狀態(tài)下不是正圓形，其外廓尺寸比氣缸直徑略大，當(dāng)活塞環(huán)裝入氣缸后，在其自身的彈力作用下環(huán)的外圓面與氣缸壁貼緊形成第一密封面。

（2）第二密封面的建立：

      燃燒室中的高壓氣體通過(guò)活塞頂岸與氣缸壁之間的間隙進(jìn)入活塞環(huán)的側(cè)隙和徑向間隙中，這個(gè)壓力使環(huán)的下側(cè)面與環(huán)槽的下側(cè)面貼緊形成第二密封面。

2、活塞環(huán)的二次密封

      如圖4所示。竄入到活塞環(huán)側(cè)隙和背隙中的高壓氣體，產(chǎn)生背壓力和側(cè)壓力，使活塞環(huán)對(duì)氣缸壁和活塞環(huán)槽的壓力進(jìn)一步增大，顯著加強(qiáng)了第一和第二密封面的密封程度，這個(gè)現(xiàn)象稱為活塞環(huán)的第二次密封。

3、迷宮式的漏氣通道

      由于有了第一密封面與第二密封面，活塞環(huán)漏氣的惟一通道就是活塞環(huán)的開(kāi)口端隙。但是由于側(cè)隙、徑向間隙和端隙都很小，并且各活塞環(huán)的開(kāi)口在安裝時(shí)相互錯(cuò)開(kāi)，這樣就形成了迷宮式漏氣通道，氣體在通道內(nèi)的流動(dòng)阻力很大。

4、活塞環(huán)泵油與密封的關(guān)系

（1）最后漏入曲軸箱內(nèi)的氣體一般僅為進(jìn)氣量的0.2％～1.0％，這樣的密封率應(yīng)該說(shuō)是成功的，這也是往復(fù)活塞式柴油發(fā)電機(jī)至今仍有巨大生命力的原因之一。

（3）當(dāng)活塞在氣缸中向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)油就從活塞環(huán)的背隙進(jìn)入側(cè)隙上方，然后被送入燃燒室參與燃燒。這個(gè)過(guò)程在柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中反復(fù)不斷的進(jìn)行，機(jī)油就被逐漸的消耗掉了。

（4）這也是往復(fù)活塞式柴油發(fā)電機(jī)固有的特性之一，任何品牌和型號(hào)的柴油發(fā)電機(jī)都會(huì)消耗機(jī)油，只是程度不同而已。

（5）活塞環(huán)泵油作用一方面對(duì)潤(rùn)滑活塞頂部是有利的，但另一方面也會(huì)增加潤(rùn)滑油的消耗、增加燃燒室積炭、或者在環(huán)槽內(nèi)形成積炭，擠壓活塞環(huán)使其失去密封性等危害。

      因此，為了加強(qiáng)密封、加速磨合、減少泵油作用以及改善潤(rùn)滑，工程師研發(fā)制造了各種不同斷面形狀的活塞環(huán)，以滿足柴油發(fā)電機(jī)的使用需求。

四、活塞環(huán)的檢查與安裝

      活塞環(huán)與活塞一樣，分標(biāo)準(zhǔn)尺寸和加大尺寸的，在選用時(shí)環(huán)的尺寸級(jí)別應(yīng)與活塞的尺寸級(jí)別一致。在選用活塞環(huán)后，還需要進(jìn)行如下檢查：

1、活塞環(huán)彈力的檢查

      活塞環(huán)彈力是保證氣缸密封性的重要條件之一，彈力過(guò)大或過(guò)小都不好，必須符合技術(shù)要求。一般使用活塞環(huán)彈力檢測(cè)儀來(lái)檢測(cè)，在實(shí)踐中一般用手握的方式來(lái)粗略的判斷，只要不是太松都可以使用。

2、活塞環(huán)三隙的檢查

（1）把活塞環(huán)放入到氣缸中，用活塞推平，然后用厚薄規(guī)檢查端隙的大小，一般應(yīng)該在0.2~0.5mm之間。

（2）把活塞環(huán)安裝在活塞上，用厚薄規(guī)檢查側(cè)隙，一般應(yīng)該在0.05~0.10mm之間。

（3）背隙一般是用活塞環(huán)槽深度減去活塞環(huán)的斷面寬度，一般在0.5~1.0mm之間，如圖5所示。

      這三個(gè)間隙如果過(guò)大會(huì)影響密封作用，如果過(guò)小會(huì)由于熱膨脹而使活塞環(huán)卡死在氣缸中，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)瓑臍飧住?/span>

3、活塞環(huán)與缸壁的漏光檢查

（1）為了保證活塞環(huán)的密封作用，要求活塞環(huán)的外表面處處與氣缸壁相貼合。如果漏光度過(guò)大，活塞環(huán)局部接觸面積小，容易造成竄氣過(guò)大以及機(jī)油消耗過(guò)多的故障。

（2）有專用的設(shè)備檢測(cè)活塞環(huán)的漏光度，一般要求是：在活塞環(huán)開(kāi)口端左右30°范圍內(nèi)不允許有漏光點(diǎn)。

（3）在同一活塞環(huán)上漏光不允許多于兩處，每處漏光弧長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的圓心角不得超過(guò)25°，同一活塞環(huán)上漏光弧長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的圓心角總和不得超過(guò)45°，漏光處的縫隙不得大于0.03mm。

      如果達(dá)不到上述要求，需要重新選配活塞環(huán)或修磨氣缸。

      活塞環(huán)安裝要正確、可靠，注意環(huán)的開(kāi)口位置和方向，如圖6所示。一般在安裝活塞環(huán)時(shí)要使用專用工具，不建議手工安裝。保證各道環(huán)的開(kāi)口位置互相錯(cuò)開(kāi)（一般互相錯(cuò)開(kāi)180°）、均勻分布，同時(shí)要保證開(kāi)口不對(duì)準(zhǔn)活塞銷孔位置。一般在活塞環(huán)的側(cè)面都有向上的箭頭或TOP標(biāo)識(shí)，這個(gè)面一定要向上安裝，如果裝反會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的燒機(jī)油故障。