活塞环是一个具有开口的弹性圆环,一般用优质灰铸铁、铝合金铸铁和球墨铸铁制成。活塞环有气环和油环两种。气环的功用是与活塞一起密封气缸,同时还起导热的作用。油环的功用是使机油均匀分布在缸壁上,以保证良好润滑,同时刮掉缸壁上多余的机油,以防机油上窜到燃烧室烧掉。因此,活塞环是发动机的关键零件之一,活塞环的好坏直接影响发动机的使用性能。保证活塞环发挥作用,除在装配前进行技术检查和修整之外,还与正确地安装(方向、位置)有密切关系。
一、活塞环安装的共性要求
环装入气缸后切口间隙称为端间隙,其作用是防止环受热膨胀后卡缸造成断环。但端间隙也不能过大,过大会失掉弹力,密封不良。端间隙第一道环最大,依次减小。柴油机第一道环为0.4±0. 1 mm;第二道环为0.35±0. 1 mm;第三道环为0.25±0. 1 mm。当端间隙超出3 mm时应更换环。
环装入环槽中,环的一边贴紧环槽一侧,另一侧留有的间隙称为边间隙。其作用是防止活塞和环受热后环被环槽夹住失去弹力。边间隙也是上大下小,一般第一、二道环是0.18~0. 22 mm,最大不能超过0. 6 mm;第三道环为0.08~0. 13 mm,最大不能超过0. 5 mm。边间隙过大会使活塞环泵油增加、烧机油。
二、活塞环安装的个性化要求
1.气环
气环根据截面形状不同有多种:
(1)平环:也叫矩形环,为最简单的压缩环,是目前用得最多的一种截面形状。平环结构简单、制造方便,适于大批量生产。但性能较差,在高速强化柴油机上很少应用。为延长使用寿命,其表面多采用多孔镀铬,铬耐磨,多孔可贮油改善润滑条件。矩形环安装方便,没有反正,可做第一、二、三道气环。矩形环与锥面环或扭曲环混合使用时,矩形环做第一道气环。
(2)锥形环:其断面为梯形,此环装入气缸后与缸壁呈线接触,比压大,易磨合,具有布油和刮油作用。安装时有方向性,如果锥面环锥度反装,会往上刮油,增加机油消耗。
(3)扭曲环:在矩形断面的内侧或外侧去除部分金属,也称内切口和外切口。此环装入气缸后产生扭转,具有锥形环一样的作用,被广泛用于二、三道环,不宜用作第一道环,多数用在油环上面的那道气环。具有磨合期短、控油好的优点,但气密性较差,漏气量比其它扭曲环大30%~50%。在开口两端不切通则可减少漏气量。安装时要注意方向,内切口朝上,外切口朝下,应将第一道环内圆切槽向上,二、三道环外圆切槽向下,不能装反,第一道环与二、三道环也不能互换。装反了不但起不到向下刮油的作用,还会加剧泵油作用,会烧机油,冒蓝烟。
(4)梯形环:其断面呈梯形。环槽也制成梯形断面,环在环槽中内外移动时,环在环槽中的间隙发生变化,将槽中的焦状油挤出,可有防止碳化物沉积及活塞环结胶卡死。通常用于热负荷大的柴油机的第一道压缩环(气环)。梯形环的缺点是工艺复杂,特别是两侧表面(圆锥面)的精加工较困难。
(5)桶形环:其表面呈桶形。装入气缸壁呈线接触,活塞在上、下止点换向运动时产生倾斜,桶形环将沿缸壁滚动,且活塞上、下运动时均有油楔作用,所以,此种环易磨合、磨损小,现被广泛用做高速大马力强化发动机的第一道环。
(6)鼻形扭曲环:不能做第一道气环,多用于最下道气环。鼻形环具有刮刀般的棱边,所以刮油能力很好。鼻形环的漏气量较其他压缩环大,为了减少端隙的漏气量,鼻形环开口处留一段不切槽。
2.油环
油环有两种:一是整体式油环,二是组合式油环。目前,多数内燃机用组合式油环。
(1)带螺旋撑簧的组合油环。此环安装时,应将撑簧门销放在开口的对面,以防刮伤缸壁。
(2)两片一簧式组合油环。弹簧即是径向弹簧又是轴向弹簧。其轴向弹力将上、下刮片压向环槽,径向弹力增强刮片对缸壁的压力。安装时,应先安撑簧片,立面朝外,对接的上、下切口在内,然后再装上、下两片刮片环,且三者的开口互相错开。
(3)三片双簧式组合油环。由上两片刮片环、下一片刮片环、轴向强力环和径向强力环组成。轴向强力环将上、下刮片环压向环槽,径向强力环将刮片环压向气缸壁。这种环的弹力很强且不易下降。因此,该环性能佳、寿命长。
(4)异向倒角开槽油环。异向倒角开槽油环的刮油边倒角方向相反。由于其两个外圆工作面倒角,减少了与气缸内表面的接触面积,所以有较高的平均压力。为了减少环的磨损,工作面需镀铬或喷铝。该环在大功率柴油机中使用较多,但其有被异向倒角螺旋油环取代的趋势。
(5)异向倒角螺旋油环。为异向倒角油环的改进型式,即在异向倒角油环背后加置螺旋弹簧,从而提高环的径向压力,保证油环与气缸壁均匀而稳定的贴合,能减小磨损及降低机油消耗量。刮油边应镀铬。适用于强载的中、高速柴油机。