發動機的活塞是發動機中的主要配件之一，它與活塞環、活塞銷等零件組成活塞組，與氣缸蓋等共同組成燃燒室，承受燃氣作用力並通過活塞銷和連桿把動力傳給曲軸，以完成內燃發動機的工作過程。

活塞環(Piston Ring) 是用於崁入活塞槽溝內部的金屬環，活塞環分為兩種：壓縮環和機油環。壓縮環可用來密封燃燒室內的可燃混合氣體；機油環則用來刮除汽缸上多餘的機油。活塞環是一種具有較大向外擴張變形的金屬彈性環，它被裝配到剖面與其相應的環形槽內。往復和旋轉運動的活塞環，依靠氣體或液體的壓力差，在環外圓面和氣缸以及環和環槽的一個側面之間形成密封。

活塞運動細節圖▼

四衝程發動機工作動圖

活塞結構

一般活塞都是圓柱形體，根據不同發動機的工作條件和要求，活塞本身的構造有各種各樣，一般將活塞分為頂部、頭部和裙部三個部分。

活塞結構圖

活塞頂部是組成燃燒室的主要部分，其形狀與所選用的燃燒室形式有關。汽油機多采用平頂活塞，其優點是吸熱面積小。柴油機活塞頂部常常有各種各樣的凹坑，其具體形狀、位置和大小都必須與柴油機的混合氣形成與燃燒的要求相適應。

活塞頭部是指活塞頂端和環槽部分，由活塞頂至最下面一道活塞環槽之間的部分稱為活塞頭部其作用是承受氣體壓力，防止漏氣.將熱量通過活塞環傳給汽缸壁。活塞頭部切有若干環槽，用以安置活塞環。汽油機活塞頂多採用平頂或凹頂，以便使燃燒室結構緊湊。

活塞裙部是指活塞環槽以下的所有部分稱為活塞裙，它的作用是儘量保持活塞在往復運動中垂直的姿態，也就是活塞的導向部分。

FM活塞結構詳解

內燃機活塞分類

1. 按使用的燃料來分，可分為汽油機活塞、柴油機活塞、天燃氣活塞。

2. 按製造活塞的材料來分，可分為鑄鐵活塞、鋼活塞、鋁合金活塞及組合活塞。

3. 按製造活塞毛坯的工藝來分，可分為重力鑄造活塞、擠壓鑄造活塞、鍛造活塞。

4. 按活塞的工作狀況來分，可分為非增壓活塞和增壓活塞兩大類。

5. 按活塞的用途來分，可分為轎車活塞、卡車活塞、摩托車活塞、船用活塞、坦克活塞、拖拉機活塞等。

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簡介

應用範圍

[1] 活塞環廣泛地用在各種動力機械上，如蒸汽機、柴油機、汽油機、壓縮機、液壓機等，廣泛用於汽車，火車，輪船，遊艇等。一般活塞環安裝在活塞的環槽裡，它和活塞、缸套、缸蓋等元件組成腔室做功。

意義

活塞環是燃油發動機內部的核心部件，它和汽缸，活塞，汽缸壁等一起完成燃油氣體的密封。常用汽車發動機有柴油和汽油發動機兩種，由於其燃油效能不同，其使用的活塞環也不盡相同，早期的活塞環靠鑄造形成，但隨著技術的進步，鋼製的高功率活塞環誕生，且隨著對發動機功能，環境要求的不斷提高，各種先進的表面處理應用其中，如溶射，電鍍，鍍鉻，氣體氮化，物理沉積，表面塗層，鋅錳系磷化處理等，使活塞環的功能大大提高。

功能

活塞環作用包括密封、調節機油（控油）、導熱（傳熱）、導向（支承）四個作用。 密封：指密封燃氣，不讓燃燒室的氣體漏到曲軸箱，把氣體的洩漏量控制在最低限度，提高熱效率。漏氣不僅會使發動機的動力下降，而且會使機油變質，這是氣環的主要任務； 調節機油（控油）：把氣缸壁上多餘的潤滑油刮下，同時又使缸壁上布有薄薄的油膜，保證氣缸和活塞及環的正常潤滑，這是油環的主要任務。在現代高速發動機上，特別重視活塞環控制油膜的作用；導熱：通過活塞環將活塞的熱量傳導給缸套，即起冷卻作用。據可靠資料認為，活塞頂所受的的熱量中有70～80%是通過活塞環傳給缸壁而散掉的；支承：活塞環將活塞保持在氣缸中，防止活塞與氣缸壁直接接觸，保證活塞平順運動，降低摩擦阻力，而且防止活塞敲缸。一般汽油發動機的活塞採用兩道氣環，一道油環，而柴油發動機通常採用兩道油環，一道氣環。

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特性

作用力

作用在活塞環的力有氣體壓力、環自身彈力、環往復運動的慣性力、環與氣缸及環槽的摩擦力等,如圖所示。由於這些力的作用，環將產生軸向運動、徑向運動、迴轉運動等基本運動。此外，活塞環由於它的運動特點，伴隨著不規則運動，不可避免地出現軸向不規則運動引起的浮懸和軸向振動、徑向不規則運動和振動、扭曲運動等。這些不規則運動常常妨礙活塞環發揮作用。設計活塞環時，要充分發揮有利運動，控制不利的一面。

導熱性

將燃燒產生的高熱，通過活塞環傳遞給氣缸壁，所以能起到冷卻活塞的作用。通過活塞環向氣缸壁散出的熱量，一般可達到活塞頂部承受熱量的 30 ～ 40 %

氣密性

活塞環的第一個作用是保持活塞與氣缸壁之間的密封，控制漏氣到最低限度。這種作用主要由氣環來承擔，即發動機在任何運轉條件下，其壓縮空氣和燃氣的洩漏均要控制到最少，以提高熱效率；防止因漏氣而引起氣缸與活塞或氣缸與環之間咬死；防止潤滑油的劣化而引起的故障等。

控油性

活塞環的第二個作用是適當地刮落附著於氣缸壁上的滑油，並保持正常的油耗量。當供給的滑油過多時將被吸至燃燒室，使油耗量增大，而且由於燃燒產生的積炭，對發動機效能影響極壞。

支撐性

因活塞略小於氣缸內徑，如無活塞環，則活塞在氣缸內不穩定，就不可能運動自如。同時，環還要防止活塞直接與氣缸接觸，起到支撐作用。因此，活塞環在氣缸內上下運動，其滑動面全靠環來承擔。

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分類

按結構分

A．整體結構：通過鑄造或整體成型的工藝。

B．組合環：在一個環槽中裝配兩個或兩個以上零件組成的活塞環。

C．開槽油環：側面平行，具有兩個接觸環岸，並有回油孔的油環。

D．開槽螺旋撐簧油環：在開槽油環內加置螺旋撐簧的油環。撐簧能提高徑向比壓，其對環體內表面的作用力均等。常見於柴油機環。

E．鋼帶組合油環：由襯環和兩片刮環組合而成的油環。襯環的設計隨生產廠而異，常見於汽油機環。

斷面形狀

桶面環、錐面環、內倒角扭曲環、楔形環和梯形環、鼻形環、外臺肩扭曲環、內倒角扭曲環、鋼帶組合油環、異向倒角油環、同向倒角油環、鑄鐵螺旋撐簧油環、鋼質油環等。

按材料分

鑄鐵、鋼質。

表面處理

氮化環：氮化層硬度達950HV以上，脆性1級，具有良好的耐磨性和耐蝕性。鍍鉻環：鍍鉻層結晶細緻緊密光滑，硬度達到850HV以上，耐磨效能非常好，縱橫交錯的微裂紋網路，利於儲存潤滑油。磷化環：通過化學處理的方法，使活塞環表面產生一層磷化膜，對產品起到防鏽作用的同時，也可提高環的初期磨合性。氧化環：在高溫和強氧化劑的條件下，鋼鐵材料表面生成一層氧化膜，具有耐腐蝕性，減磨潤滑及良好的外觀。還有PVD等。

按作用來

活塞環包括氣環和油環兩種。氣環的作用是保證活塞與氣缸間的密封.防止氣缸中的高溫、高壓燃氣大量漏入曲軸箱，同時還將活塞頂部的大部分熱量傳導到氣缸壁，再由冷卻水或空氣帶走。

油環用來刮除氣缸壁上多餘的機油，並在氣缸壁上塗一層均勻的機油膜，這樣既可以防止機油竄入氣缸燃燒，又可以減小活塞、活塞環與氣缸的磨損、減輕摩擦阻力。

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用法

好壞鑑別

活塞環的工作表面不得有刻痕、擦傷、剝落，外圓柱面和上下端面應有—定的光潔度，曲度偏差不應大於0.02—0.04毫米，環在槽中的標準下沉量不得超過0.15- 0.25毫米，活塞環的彈力、間隙符合規定。此外，還應檢查活塞環的漏光度，即將活塞環平放在氣缸內，在活塞環下邊放一個小燈炮，上面放一塊遮光板，然後觀察活塞環與氣缸壁之間的漏光縫隙，由此可知活塞環與氣缸壁的接觸是否良好。在一般情況下，用厚薄規測量活塞環漏光縫不應超過0.03毫米。連續漏光縫的長度不應大於氣缸直徑的1/3，若干處漏光縫隙長度不應大於氣缸直徑的1/3，若干漏光總長度不應超過氣缸直徑的1/2，否則，應更換。

標記規定

活塞環標記 GB/T 1149.1—94規定：所有要求有安裝方向的活塞環應在上側面，即接近燃燒室的側面加以標誌。在上側面標誌的環包括：錐面環、內倒角、外切臺環、鼻形環、楔形環和要求安裝方向的油環，環的上側面均有標記。

注意事項

安裝活塞環時應注意

1）活塞環平裝入氣缸套內，介面處要有一定的開口間隙。

2）活塞環應裝在活塞上，在環槽中，沿高度方向要有一定的邊間隙。

3）鍍鉻環應裝在第一道，開口不要對著活塞頂部的渦流凹坑方向。

4）各活塞環開口在互相錯開120℃，均不準對著活塞銷孔。

5）錐形斷面活塞環，安裝時錐面應向上。

6）一般扭轉環安裝時，倒角或切槽應向上；錐面反扭轉環安裝時，仍保持錐面向上。

7）安裝組合環時，應先裝軸向襯環，再裝扁平環和波形環。波形環上、下各裝一片扁平環，各環開口應相互錯開。

材料功能

1、耐磨性

2、貯油性

3、硬度

4、耐蝕性

5、強度

6、耐熱性

7、彈性

8、切削效能

其中尤以耐磨性及彈性最重要。大功率柴油機活塞環材料主要有灰鑄鐵、球墨鑄鐵、合金鑄鐵、蠕墨鑄鐵。

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活塞連桿組裝配

柴油發電機活塞連桿組裝配的幾大要點如下：

一、壓裝連桿銅套。安裝連桿銅套時最好用壓力機，也可藉助虎鉗進行，切忌用鐵錘猛打；銅套上的油孔或油槽與連桿上的油孔要對正，以保證其潤滑

二、裝配活塞及連桿。裝配活塞及連桿時，應注意它們的相對位置和方向。

三、巧裝活塞銷。活塞銷與銷孔為過盈配合。安裝時，應先將活塞放在水或機油中均勻加熱至90℃~100℃，取出後，把拉桿放在活塞銷座孔之間適當位置，然後將塗有機油的活塞銷按既定方向裝入活塞銷孔和連桿銅套內

四、活塞環的安裝。安裝活塞環時，要注意各環位置和順序。

五、裝入連桿組。[2]

安裝活塞環時應注意：

1) 活塞環平裝入氣缸套內，介面處要有一定的開口間隙。

2) 活塞環應裝在活塞上，在環槽中，沿高度方向要有一定的邊間隙。

3) 鍍鉻環應裝在第一道，開口不要對著活塞頂部的渦流凹坑方向。

4) 各活塞環開口在互相錯開120℃，均不準對著活塞銷孔。

5) 錐形斷面活塞環，安裝時錐面應向上。

6) 一般扭轉環安裝時，倒角或切槽應向上;錐面反扭轉環安裝時，仍保持錐面向上。

7) 安裝組合環時，應先裝軸向襯環，再裝扁平環和波形環。波形環上、下各裝一片扁平環，各環開口應相互錯開。

活塞環折斷是活塞環常見的損壞形式之一。一般多是第一、二通活塞環容易發生折斷，斷裂部位多在搭口附近。活塞環可折斷成幾段，也可能呈粉碎狀，甚至失蹤。活塞環折斷會使氣缸磨損加劇。

活塞環折斷的常見原因

活塞環折斷的原因很多，除材料缺陷、加工品質低外，主要是使用中維護管理不良和裝配品質差所致。

一、搭口間隙過小

搭口間隙小於裝配間隙時，運轉中活塞環受熱溫度升高，使搭口處金屬膨脹無充分的餘地，搭口兩端對頂產生彎曲，在搭口附近折斷。

二、環槽積炭

燃燒不良、缸壁過熱使潤滑油氧化或燒損均會使氣缸中積炭嚴重。當積炭嚴重時，環活動受阻，環與缸壁強力作用，刮下的滑油和金屬屑混合，並在漏洩燃氣作用下在環槽下端面上形成區域性的堅硬積炭。活塞環下面有區域性的堅硬積炭，上面受到週期性燃氣壓力作用，使活塞環產生彎曲疲勞折斷。

三、氣缸套磨臺

活塞元件與氣缸套長期相對運動使氣缸套磨損後在缸套上部出現磨臺。當活塞上行至上止點時，第一道活塞環碰撞磨臺受到衝擊而折斷。

四、環槽過度磨損

環槽下端面過度磨損後呈傾斜狀(喇叭狀)。當活塞在上止點附近時，燃氣壓力作用使環緊貼於傾斜的環槽下端面上，活塞環產生扭曲變形，活塞環槽過度磨損而疲勞折斷。

五、活塞環掛住氣口

二衝程柴油機經常會發生活塞環掛住掃、排氣口使環折斷的損壞。由於活塞環開口部位張力最大，受熱變形大，而氣缸套上氣口之間的筋受熱容易變形，當活塞運動時環與氣口相遇，只要環開口處稍微接住氣口就會使環折斷。

六、活塞環徑向脹縮疲勞

當活塞環彈力不足或缸套過度磨損時，活塞環與氣缸壁不能緊貼，即不能保持氣密，以致高壓燃氣漏洩將環壓入環槽。當活塞下行時氣缸內燃氣壓力降低，活塞環又從環槽內彈出，活塞環不斷地徑向脹縮以致疲勞折斷。

七、活塞環過度磨損使環的強度不能滿足要求而斷環

目前的活塞環材料多為灰鑄鐵、合金鑄鐵、球墨鑄鐵等脆性材料，且在鑄造過程中內部組織可能出現氣孔、裂紋或成分的偏析使區域性強度下降或裂紋處產生應力集中，工作中造成衝擊斷裂或疲勞斷裂。

八、缸套的嚴重磨損

在上、下死點位置產生階梯狀磨損引起凸肩，在連桿大端產生較大磨損或連桿大小端軸承修理後使原來死點位置發生變化時，在慣性力作用下造成撞擊斷環。

九、滑油和燃油的配合問題

從燃油的性質上來分析，有的燃油所含的硫分較高，如雷氏1000s燃油。因此當燃料燃燒時所產生的SO2和SO3也就比較多。而SO2和SO3在高溫下呈氣態，直接與金屬作用會引起氣體腐蝕。並促使積碳和膠質沉積物堅硬化，增加了缸套、活塞環的磨損。按要求，當柴油機使用高硫分的燃油時，應使用強的或高鹼性專用滑油。如果主機在執行中沒有使用與燃油相配套的氣缸油或者用機油來代替氣缸油。這樣，滑油中和燃燒而生成的酸能力下降，造成酸性物質對活塞、活塞環的腐蝕更加嚴重，導致經常發生活塞環斷裂現象。

活塞環折斷的應急處理方法

活塞環的折斷主要發生在經常暴露於高溫高壓下的上部活塞環，特別是在氣缸表面磨損的場合。如果環在執行中折斷，則環的斷口會將氣缸內表面刮破而發出響聲；或者因燃氣漏洩使氣缸下部過熱,進而漏入曲柄箱中，產生大 量油霧。另一方面,活塞環斷裂後，由於壓縮壓力也降低，使燃燒不良，排氣冒黑煙。

如果發生活塞環突然折斷現象，應立即停車，吊缸更換活塞環，以保證氣缸的密封性。若當時情況不允許停車吊缸或無備件，則應降低轉速，降低該缸的噴油量或停油，並保證故障缸的良好潤滑，適當增大供油提前角，啟動時換成輕油，密切注意環缸有無異常聲音，使柴油機安全執行到達港口進行修理。如果活塞環連續折斷，應將環嵌進環槽，一面上下輕輕振動，一面轉動，檢查環和環槽的間隙。對那些磨損嚴重的環槽進行光車，換用較厚的環，或者更新活塞。