活塞環(huán)分為氣環(huán)和油環(huán)兩種。
活塞環(huán)應(yīng)具備高的耐磨性、耐熱性、耐腐蝕性、貯油性、磨合性、導(dǎo)熱性、強(qiáng)韌性、彈性和易加工性等,因而活塞環(huán)采用優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵、球墨鑄鐵、合金鑄鐵和鋼帶制成。通常對(duì)第一道氣環(huán)外圓面的表面進(jìn)行鍍鉻或噴鉬處理。多孔性鍍鉻層硬度高,并能儲(chǔ)存少量潤滑油,有利于改善潤滑和減輕磨損。鉬的熔點(diǎn)很高,也具有多孔性,因此,噴鉬同樣可以提高活塞環(huán)的耐磨性。其他各道活塞環(huán)大多采用鍍錫或磷化處理,以改善其磨合性。但是,鋼帶組合油環(huán)的上下刮片,其外圓面均進(jìn)行多孔鍍鉻處理。
氣環(huán)的主要功用是保證活塞與氣缸壁密封,防止氣缸內(nèi)的混合氣和高溫燃?xì)饴┤肭S箱,并將活塞頂部接受的熱量傳給氣缸壁,避免活塞過熱。
氣環(huán)開有缺口并具有彈性。在自由狀態(tài)時(shí)外徑大于氣缸直徑,呈非圓形。裝入氣缸后,在自身彈力及環(huán)背所受氣體壓力的作用下,使環(huán)緊密貼在缸壁上,從而實(shí)現(xiàn)氣缸密封。同時(shí),安裝活塞時(shí),各活塞環(huán)的開口應(yīng)避開活塞銷軸線方向,且各道活塞環(huán)開口應(yīng)相互錯(cuò)開,使氣體只能沿一曲折通道向下泄漏,以增強(qiáng)密封效果。
柴油發(fā)電機(jī)工作時(shí),一部分在氣缸壁上的潤滑油會(huì)竄入燃燒室。氣環(huán)在環(huán)槽中上下留有側(cè)隙,背后也有間隙。這些間隙的存在,導(dǎo)致了氣環(huán)的泵油作用。當(dāng)活塞向下運(yùn)動(dòng)時(shí),在氣環(huán)與缸壁間的摩擦力和環(huán)的慣性力作用下,氣環(huán)緊壓在環(huán)槽的上端面,于是潤滑油進(jìn)入氣環(huán)下面和氣環(huán)背后的間隙中。當(dāng)活塞向上運(yùn)動(dòng)時(shí),氣環(huán)又壓向環(huán)槽的下端面,把潤滑油擠壓向上。如此反復(fù)進(jìn)行,潤滑油就被泵入燃燒室而形成積炭。因而必須有油環(huán)刮除飛濺到缸壁上的多余潤滑油,并將潤滑油均布在氣缸壁上。既能防止?jié)櫥蜕蟼鞯交钊敳慷鹑紵曳e炭和潤滑油消耗,又能改善潤滑條件,減小摩擦和磨損。
氣環(huán)的斷面形狀很多,常見的有矩形、錐形、梯形、桶面和扭曲狀等。
(1)矩形環(huán) 矩形環(huán)的端面呈矩形,形狀簡單,加工方便,與氣缸壁接觸面積大,利于活塞散熱。但磨合性差,容易產(chǎn)生“泵油作用”。
(2)錐面環(huán) 錐面環(huán)的外圓面為錐角很小的圓錐面。錐面環(huán)裝入氣缸后與缸壁為線接觸,磨合性、密封性好。同時(shí)能起到向下刮油的作用,上行時(shí),形成油楔作用,錐面環(huán)能滑過氣缸壁的油膜而不致將潤滑油帶入燃燒室。但錐面環(huán)導(dǎo)熱性差,安裝時(shí),錐角應(yīng)朝下,由于錐角很小,一般不易識(shí)別,為避免裝錯(cuò),應(yīng)注意標(biāo)記。
(3)扭曲環(huán) 斷面不對(duì)稱的氣環(huán)裝于氣缸中,由于彈性內(nèi)力的作用使斷面發(fā)生扭轉(zhuǎn),故稱為扭曲環(huán)。扭曲環(huán)有正扭曲環(huán)和反扭曲環(huán)兩種:正扭曲環(huán)在活塞環(huán)的內(nèi)圓上邊緣或外圓下邊緣切口,裝于氣缸后環(huán)面扭抽成蝶形。反扭曲環(huán)在活塞環(huán)的內(nèi)圓下邊緣或外圓上邊緣倒角,裝于氣缸后環(huán)面扭曲成帽形。無論正扭曲環(huán)和反扭曲環(huán),通常安裝后都是錐角朝下,因而具有錐面環(huán)的磨合性、密封性、刮油和油楔效應(yīng)。而且環(huán)的上下端面與環(huán)槽的上下端面在相應(yīng)的地方接觸,既增加密封性,又避免了活塞環(huán)在槽內(nèi)上下竄動(dòng)而造成的泵油和磨損。安裝扭曲環(huán)時(shí),必須注意它的上下方向,且不能裝反。即正扭曲環(huán)內(nèi)切口朝上,外切口要朝下;反扭曲環(huán)內(nèi)切口要朝下,外切口要朝上。
(4)梯形環(huán) 梯形環(huán)的斷面為梯形,當(dāng)活塞在側(cè)壓力作用下橫向擺動(dòng)時(shí),梯形環(huán)將積炭和膠狀物從環(huán)槽中擠出,因而抗黏結(jié)性好。這一點(diǎn)是試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)的。
(5)桶面環(huán) 桶面環(huán)的外圓面制成凸圓弧形,其密封性、磨合性都比較好。桶面環(huán)在氣缸內(nèi)不論上行還是下行均能形成楔形油膜將環(huán)浮起,從而減輕了環(huán)與氣缸壁的磨損。運(yùn)轉(zhuǎn)良好的活塞環(huán),使用后的環(huán)周表面多自然呈現(xiàn)圓弧形,所以第一道氣環(huán)被加工成這種形狀,并已經(jīng)廣泛用于高速強(qiáng)化柴油發(fā)電機(jī)中。