31．活塞环的作用是什么？活塞环的工作条件是什么？
    活塞环有气环和刮油环之分。一般汽油机有2～3个气环，柴油机有3～4个气环。之所以柴油机比汽油机气环多，主要是柴油机爆发力比汽油机大，配缸间隙大。气环可密封气缸与活塞之间的配合间隙，防止燃烧的混合气、废气、新鲜混合气窜入油底壳，同时，活塞头部大量的热能通过环传给缸壁。据资料记载，活塞头部有70%～80％的热量通过活塞环传给缸壁，其中，第一环占30%～40%。刮油环分为普通刮油环和组合式油环，可将气缸壁上多余机油刮入油底壳，并使机油膜均布，增强润滑，减少环与气缸的磨损，防止机油窜入燃烧室燃烧结炭、结胶。
    活塞环在高温、高压、润滑条件差的条件下工作。各环随活塞运动到缸的上部时，几乎是干摩擦或是边界摩擦，而且冷、热气体压力交替变化。同时，活塞环的弹性使环紧紧压向气缸壁。因此，各活塞环除在活塞环槽内随活塞上下运动而在活塞环槽内运动外，还在纵向受气缸圆度影响而横向运动。当气缸磨损为上孔大、下孔小时，活塞环的横向运动面更大。尤其是第一道气环在活塞上升时，气环下平面与活塞环槽下平面接触。因此，压缩行程时，新鲜混合气一小部分进入侧隙和背隙，随活塞向上运动，混合气压力和温度越来越高，活塞环在弹力和气体压力作用下，紧紧压在气缸壁上，当燃烧爆发时，高温、高压的燃烧混合气更要窜入第一环与槽构成的侧隙、背隙，迫使第一气环更紧紧压在气缸壁上。从这一点看，第一道气环磨损最严重，而且第一道气环与废气直接接触，因此它还受电化学腐蚀。如果空气滤清器失效，第一道气环首当其冲受尘埃影响。尘埃更加速气缸与活塞环之间的磨损、加速活塞环在环槽内、与活塞环槽的磨损，甚至拉缸。它是整台发动机寿命最短的零件。

    32．对活塞环有何技术要求？气环与油环的材料是什么？增强滑动性和耐磨的热处理和表面处理是什么？
    （1）技术要求：①弹性：气环有一定弹性时，气环方能紧紧并使外圆全部均匀地压在气缸壁。②耐热性：活塞环处在高温条件下工作，润滑又不好，摩擦生热使环的温度更高，要求环的强度、硬度、弹性在此条件下下降微小。③导热系数大：活塞环除要求热特性好外，还要求环能将活塞头部热量的70％～80％传给缸体。只有这样，环的强度、硬度、弹性才可得到保障，防止气环被粘结在环槽内，并减少环的磨损。④耐磨性：由于工作条件恶劣，环必须耐磨特性好，防止折断、拉缸。⑤耐腐蚀性：因为有硫酸存在，活塞环必须有耐腐蚀性。
    （2）材料：一般选用热特性和耐磨性较好的合金铸铁、灰铸铁、球墨铸铁、65Mn弹簧钢。球墨铸铁含球状石墨，有润滑特性。承受压力和温度高的第一道气环工作表面用多孔性镀铬，铬层厚度为0.05～0. 45mm。多孔性铬层能储存大量机油，而且，铬层硬度高达800～1000HBC，比普通铸铁的硬度高3～4倍，耐磨特性好。铬对温度不很敏感，强度和硬度下降极微量；高硬度的铬层可将灰尘、炭粒挤走；活塞运行时间久后，磨损的微量细小的铬可能会进入气缸表面波谷内，增加了气缸壁与环外圆柱面的接触面积，减少了单位面积负荷，更减少了磨损；铬的熔点高达1890℃，同时，铬层摩擦系数小、耐磨，防止了环与缸孔壁摩擦生热而粘结或卡死在气缸内；铬层有防蚀能力。例如，上海桑塔纳轿车发动机的第一道气环材料为球墨铸铁，外圆柱面镀0. 1mm的铬层。气环的两平面进行了磷化处理。第二道气环的材料是灰铸铁。

    33．活塞环常见的断面形状有几种？
    （1）气环：①矩形断面：密封性差，泵油的能力比其他类型的环强一些，但制造成本低。活塞环的外圆柱面同气缸壁是圆柱面接触，因此散热性好，单位面积负荷小。②扭曲环：A．从环的矩形内圆柱面底向上一段距离起，切一段金属，这是正扭曲内切环。B．从环矩形断面的内圆柱面底向上一段距离起，朝下斜切一块金属，称为反扭曲锥面环。扭曲环与环槽上、下平面及与气缸壁是线接触，不随活塞上下运动而窜动，所以，密封性好，泵油能力减弱，在爆发力作用下，燃烧的高压混合气、压缩气体、废气都极少窜入侧隙、背隙内，所以，活塞环压在气缸壁上的力小一些，当然磨损小。③锥面环：气环的矩形面的外圆柱面斜切一块金属，成为环的外圆锥面，小端朝上，与气缸壁是线接触。活塞向下止点方向运动时，此环有刮油作用，活塞向上止点运动时，此环又有布油作用，使气缸壁上形成机油膜，以利于润滑，使磨损小，密封也好，但散热差，不适宜用于第一环。④梯形环：在环的上平面，从外向内孔方向斜切一块金属，外圆柱面高，内圆柱面低，底面水平，称梯形环。优点是：A．能将活塞环槽中结胶挤出，避免活塞环被粘结，甚至折断。B．密封性能良好，缺点是加工精度要求高。
    （2）刮油环：①普通油环：矩形横断面，但在刮油环外圆开有圆形槽，槽底面有若干通孔，或有若干狭缝，目的是提高刮油能力，并将机油通过小孔流入油底壳。②组合式油环：由上、下片和胀簧衬环组成。衬环有纵向和径向弹性，所以，对气缸磨损状况适应强，刮油效果良好。

    34．为什么气环与油环必须有侧隙和背隙、开口间隙？
    一般汽油发动机的活塞是铝合金，环是合金铸铁或是65Mn、球墨铸铁等，两种材料膨胀系数不同，活塞环槽膨胀系数比环膨胀系数大。为防止受热时膨胀不一致而导致环与活塞卡死，则必须留有侧隙、背隙和开口间隙。
    （1）侧隙：如图3所示，在热态时，活塞环槽上、下平面向的两平面方向膨胀，环两平面也向活塞环槽上、下平面方向膨胀，使环有卡死在环槽内的倾向。因此，在冷态装配时，环与活塞环槽的配合应有侧隙。侧隙大小应合适。侧隙太大时，引起窜气、泵油；侧隙太小，会使环卡死在环槽内。

    （2）背隙：在热态时，环也要向径向膨胀，但环在弹性作用下，紧紧压在气缸壁上，所以，环只有收缩，活塞环的内圆柱面直径变小，可是，活塞环槽底部直径因膨胀变大。所以，活塞环的内圆柱面就可能和活塞环槽底部接触而抵死。因而，冷态时，活塞环与活塞环槽的配合应有背隙，背隙大小应合适。背隙大，则泵油多。背隙小，则环会抵死。
（3）开口间隙：如图4所示，在热态时，除铝合金缸体外，活塞环的膨胀和气缸膨胀系数几乎一样，所以，活塞环膨胀向外张开就受气缸壁的限制，活塞环就收缩，使活塞环的两端开口间隙变小。因此，活塞环的开口间隙必须适合，不可太大，否则，会窜气、泵油严重；开口间隙太小，则活塞环两端面被抵住而变形，造成拉缸，或卡死在活塞环槽内。

    35．采取何种方法提高长安微型车、奥拓轿车的气环耐热性和弹性？如何提高活塞环的耐腐性能？
    长安微型车、奥拓车发动机第一道气环材料采用65Mn，外圆采用镀钥表面处理，钥层厚为0.1～0. 15mm。铂是硬、耐热金属，但镀层必须粘结牢固，不允许有钥瘤。65Mn含碳是0.65%，含碳较高，耐磨。锰弹性好，热处理450～570HV。其余表面磷化处理。第二道、第三道气环采用镀锡表面处理。锡或钥能改善初期磨合，增强了滑动性能和抗咬合性能。奥拓轿车第二道气环为灰铸铁，表面磷化处理。材料的化学成分是C为3.3%～3.9%，Mn为0.5%～0.7%， P为0.3％～0.8% Gr＜0.5%， S＜0. 12%，Si为1.7％～3.2%。刮油环材料一般采用胀簧式低炭钢，摩擦表面采用渗炭淬火，因为比压高，油膜厚度不大。长安微型车第二道气环材料为钨合金铸铁，成分是C为3.6%～3.9%，Si为2.2％～2.7%， Mo为0.6％～0.9%，P为0.4％～0. 5%，W为0.45%～0.65%。热处理为95～107HRB。要求同一活塞硬度差为＜3个HRB单位。W耐热，Mo、C耐磨。

    36．为什么第一道气环镀铬，却不将气缸也同时镀铬？
    在大修时，气环镀铬后，如气缸也镀铬，则气缸壁与环构成的运动副，在相互摩擦时，是硬对硬，又是高速运动，在活塞运动到气缸的中部以上时，特别是气缸的上部运动时，它们的润滑条件极差，几乎是干擦摩或是边界摩擦，磨损极大。所以，气缸不可同时镀硬铬，否则，适得其反，更加速磨损。实验证明，构成运动副的两个零部件相互摩擦的表面必须是一个硬度高，另一个硬度相对低，如连杆小头衬套是青铜，硬度低，活塞销是合金钢，硬度较高，在无润滑剂时，摩擦系数为0.15，在有润滑剂时，摩擦系数为0.10～0.15。

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