這個金屬小圓圈竟然是發動機中最精華的部件——說說發動機活塞環

發動機側隙背隙端隙怎麼畫

活塞環是汽車發動機曲柄連桿機構活塞連桿組中的一個零部件，它分氣環和油環兩種，一般每個氣缸中有兩道氣環、一道油環，個別發動機有三道氣環、一道油環。

氣環的主要功用是密封和傳熱：密封是指保證活塞與氣缸壁之間的良好密封，防止氣缸內的可燃混合氣和高溫燃氣漏入曲軸箱，保證進入發動機中的可燃混合氣受到足夠的壓縮，並在做功衝程中壓力洩漏損失較小；傳熱主要是指將活塞頂部接受的熱傳給氣缸壁，避免活塞過熱，一般來說活塞頂部的熱量有70%－80%是透過氣環傳導給氣缸壁的。

油環的主要功用是在下行時刮除飛濺到氣缸壁上的多餘的機油，防止多餘的機油竄入燃燒室參與燃燒；在上行時在氣缸壁上塗布一層均勻的油膜，以減少活塞、活塞環和氣缸的磨損。

活塞環的工作條件是極其惡劣的，並且受力也很複雜。它在工作時受到氣缸中高溫、高壓燃氣的作用，並在潤滑極其困難的條件下在氣缸內高速滑動。尤其是第一道氣環，它直接受到燃燒室高溫高壓氣體的衝擊，並且潤滑極其困難，溫度可以高達600K，所以磨損較為嚴重。並且活塞環在氣缸中上下運動時，由於氣缸壁的錐度和橢圓度的影響，活塞環會沿徑向產生一張一縮運動，使環受到交變彎曲應力；另外由於側隙的存在，活塞在上下止點換向時，活塞環還會受到環槽的衝擊。這樣的作用力很容易導致活塞環的折斷。因此，活塞環一直是發動機上使用壽命最短的零件，很多發動機大修，就是由於活塞環過度磨損造成的。

根據活塞環的功用及工作條件，製造活塞環的材料應具有良好的耐磨性、導熱性、耐熱性、衝擊韌性、彈性和足夠的機械強度。目前廣泛應用的活塞環材料有優質灰鑄鐵、球墨鑄鐵、合金鑄鐵和鋼帶等。第一道活塞環外圓面通常進行鍍鉻或噴鉬處理。多孔性鉻層硬度高，並能儲存少量機油，可以改善潤滑減輕磨損。鉬的熔點高，也具有多孔性，因此噴鉬同樣可以提高活塞環的耐磨性。可以說，活塞環是發動機中對材料和加工工藝要求最嚴格的零部件，它的使用壽命就是發動機的使用壽命，一些日系發動機使用壽命長，不燒機油，主要的因素就是活塞環的質量好。本田公司很早以前就是一家專門製造活塞環的廠家，它製造的發動機質量好，與活塞環質量好是分不開的。

那麼活塞環又是如何實現密封功能的呢？下面我們來看看活塞環的密封原理：當活塞環裝入氣缸後，在活塞、活塞環與氣缸壁之間形成了三個間隙：端隙、側隙和背隙。這三個間隙使活塞環形成了兩個密封面和一個迷宮式的漏氣通道。其中第一道氣環大約密封80~90%的氣體，第二道氣環大約密封10~20%的氣體，油環大約密封5%的氣體。

第一密封面的建立：活塞環在自由狀態下不是正圓形，其外廓尺寸比氣缸直徑略大，當活塞環裝入氣缸後，在其自身的彈力作用下環的外圓面與氣缸壁貼緊形成第一密封面；

第二密封面的建立：燃燒室中的高壓氣體透過活塞頂岸與氣缸壁之間的間隙進入活塞環的側隙和徑向間隙中，這個壓力使環的下側面與環槽的下側面貼緊形成第二密封面；

活塞環的二次密封：竄入到活塞環側隙和背隙中的高壓氣體，產生背壓力和側壓力，使活塞環對氣缸壁和活塞環槽的壓力進一步增大，顯著加強了第一和第二密封面的密封程度，這個現象稱為活塞環的第二次密封。

迷宮式的漏氣通道：由於有了第一密封面與第二密封面，活塞環漏氣的惟一通道就是活塞環的開口端隙。但是由於側隙、徑向間隙和端隙都很小，並且各活塞環的開口在安裝時相互錯開，這樣就形成了迷宮式漏氣通道，氣體在通道內的流動阻力很大。最後漏入曲軸箱內的氣體一般僅為進氣量的0。2％～1。0％。這樣的密封率應該說是成功的，這也是往復活塞式發動機至今仍有巨大生命力的原因之一。

不過，由於活塞環三隙的存在，它的運動中不可避免的會產生“活塞環泵油作用”：當活塞在氣缸中向下運動時，氣缸壁上的機油就透過活塞環的側隙下方進入背隙；當活塞在氣缸中向上運動時，機油就從活塞環的背隙進入側隙上方，然後被送入燃燒室參與燃燒。這個過程在發動機執行過程中反覆不斷的進行，機油就被逐漸的消耗掉了。這也是往復活塞式發動機固有的特性之一，任何品牌和型號的發動機都會消耗機油，只是程度不同而已。

活塞環泵油作用一方面對潤滑活塞頂部是有利的，但另一方面也會增加潤滑油的消耗、汙染火花塞、增加燃燒室積炭、或者在環槽內形成積炭，擠壓活塞環使其失去密封性等危害。因此，為了加強密封、加速磨合、減少泵油作用以及改善潤滑，工程師研發製造了各種不同斷面形狀的活塞環，以滿足發動機的使用需求。下面來說說這些不同形狀的活塞環的特點。

1、矩形環：矩形環斷面為矩形。它的形狀簡單，加工方便，與氣缸壁接觸面積大，有利於活塞散熱。但磨合性差，而且泵油作用較強，使機油消耗量增加，活塞頂及燃燒室積炭較嚴重。現在這種活塞環已經很少使用了。

2、錐面環：錐面環的外圓面為錐角很小的錐面（錐角一般為30′~60′）。錐面環與氣缸壁為線接觸，磨合性好，增大了接觸壓力和對氣缸壁形狀的適應能力；不過隨著磨合程度的增加，接觸面逐漸變大，最後變成普通的矩形環。另外，錐面環在活塞下行時能起到向下刮油的作用，在活塞上行時有布油作用，可以形成楔形油膜改善潤滑。不過錐面環傳熱性差，所以不用作第一道氣環。由於錐角很小，一般不易識別，為避免裝錯，在環的上側面標有向上的記號（TOP）。

3、扭曲環：扭曲環是在矩形環的內圓或外圓邊緣切去一部分，使斷面呈不對稱形狀，這樣的活塞環稱為扭曲環。如果在環的內圓部分切槽或倒角的稱內切環，在環的外圓部分切槽或倒角的稱外切環。若將內圓面的上邊緣或外圓面的下邊緣切掉一部分，整個氣環將扭曲成碟子形，則稱這種環為正扭曲環；若將內圓面的下邊緣切掉一部分，氣環將扭曲成蓋子形，則稱其為反扭曲環。

扭曲環裝入氣缸後，由於斷面不對稱，產生不平衡力的作用，使活塞環發生扭曲變形。它具有錐形環的特點，在活塞上行時有布油作用，可以形成楔形油膜改善潤滑；活塞下行時，則有刮油效果，避免機油燒掉；同時，由於扭曲環在環槽中上、下跳動的行程縮短，可以減輕“泵油”的副作用，並減小了衝擊力，使磨損減輕；在作功行程環不再扭曲，兩個密封面達到完全接觸，利於散熱。由於扭曲環優點較多，目前被廣泛應用，在安裝時必須注意斷面形狀和方向：內上切扭曲環裝入第一道環槽，內切口朝上；外下切扭曲環裝入第二、三道環槽，外切口朝下。千萬不能不能裝反了，否則發動機機油消耗量會急劇增加。

4、梯形環：梯形環的斷面為梯形，它主要優點是抗粘結性好。對於某些負荷較大的柴油機，第一道環容易因結膠而粘結在環槽內失去作用，而採用梯形環後，在工作時梯形環在壓縮行程和作功行程隨著活塞受側壓力的方向不同而不斷地改變位置，這樣會把沉積在環槽中的積炭擠出去，避免了環被粘在環槽中而折斷，可以延長環的使用壽命，也更有利於冷車啟動。此外還有半梯形環，它具有內上扭曲環的特點。梯形環的主要缺點是加工困難，精度要求高，一般用作柴油機的第一道氣環。

5、桶面環：桶面環的外圓面為外凸圓弧形，環面與缸壁圓弧接觸，有效的避免了稜角負荷，對氣缸表面的適應性和對活塞偏擺的適應性均較好，密封性和磨合性都比較好。它在氣缸內不論上行或下行均能形成楔形油膜，將環浮起，從而減輕環與氣缸壁的磨損。它的主要缺點是凸圓弧表面加工較困難。

6、油環：油環的作用是上行布油、下行刮油。它有槽孔式、槽孔撐簧式和鋼帶組合式3種類型，目前普遍使用後兩種。相對而言鋼帶組合油環優點更多，刮油和布油作用更強，對氣缸失圓和活塞變形的適應能力也更強，因此應用的越來越廣泛。但是它一般需用優質鋼製造，成本高。

最後再來說說活塞環的選配與安裝。活塞環與活塞一樣，分標準尺寸和加大尺寸的，在選用時環的尺寸級別應與活塞的尺寸級別一致。在選用活塞環後，還需要進行如下檢查：

1、活塞環彈力的檢查：活塞環彈力是保證氣缸密封性的重要條件之一，彈力過大或過小都不好，必須符合技術要求。一般使用活塞環彈力檢測儀來檢測，在實踐中我們一般用手握的方式來粗略的判斷，只要不是太鬆都可以使用。

2、、活塞環三隙的檢查：把活塞環放入到氣缸中，用活塞推平，然後用厚薄規檢查端隙的大小，一般應該在0。2~0。5mm之間（不同車型標準不同，一道環與二道環也不同，詳見維修手冊）；把活塞環安裝在活塞上，用厚薄規檢查側隙，一般應該在0。05~0。10mm之間；背隙一般是用活塞環槽深度減去活塞環的斷面寬度，一般在0。5~1。0mm之間。這三個間隙如果過大會影響密封作用，如果過小會由於熱膨脹而使活塞環卡死在氣缸中，嚴重時甚至會拉壞氣缸。

3、活塞環與缸壁的漏光檢查：為了保證活塞環的密封作用，要求活塞環的外表面處處與氣缸壁相貼合。如果漏光度過大，活塞環區域性接觸面積小，容易造成竄氣過大以及機油消耗過多的故障。有專用的裝置檢測活塞環的漏光度，一般要求是：在活塞環開口端左右30°範圍內不允許有漏光點，在同一活塞環上漏光不允許多於兩處，每處漏光弧長所對應的圓心角不得超過25°，同一活塞環上漏光弧長所對應的圓心角總和不得超過45°，漏光處的縫隙不得大於0。03mm。如果達不到上述要求，需要重新選配活塞環或修磨氣缸。

活塞環安裝要正確、可靠，注意環的開口位置和方向。一般在安裝活塞環時要使用專用工具，不建議手工安裝；保證各道環的開口位置互相錯開（一般互相錯開180°）、均勻分佈，同時要保證開口不對準活塞銷孔位置。一般在活塞環的側面都有向上的箭頭或TOP標識，這個面一定要向上安裝，如果裝反會導致嚴重的燒機油故障。

以上就是汽車發動機活塞環的一些相關知識。活塞環可以說是發動機中技術含量最高的零部件，它的材料、結構、物理與化學性質、安裝及使用都對發動機效能有很大的影響。日系發動機機油消耗量普遍都比較小，使用壽命較長，主要是由於活塞環品質較好；而機油消耗量較大的神車，活塞環的品質與配合間隙的設計是不可忽視的因素。如果發動機使用時間過長，或者發動機潤滑不良，或者長期超負荷工作，導致氣缸和活塞環的磨損過大，各部位間隙增大，活塞環的彈力減弱，密封效能下降，氣缸壓力降低。特別是油環的刮油布油作用的減弱，活塞環的泵油作用就會加劇，使更多的機油進入氣缸參與燃燒，這時發動機就會出現下排氣、冒藍煙、機油消耗量增大等故障，此時的發動機就需要大修了。