发动机的“骨骼关节”——活塞环

类似于人体骨骼关节，发电机组“活塞环”按作用分为气环和油环，他具有以下功能。活塞环是所有发动机零件中唯一作三个方向运动的零件。（即轴向运动、径向运动和圆周方向的旋转运动），同时也是使用条件中最为苛刻的零件。发动机燃烧室在爆炸的瞬间，燃气温度可达到2000℃－2500℃，其爆发压力平均达到50kg/cm平方，活塞头部的温度一般不低于200℃。活塞是作往复运动的，其速度和负荷都很大。因此活塞环是工作在高温、高压条件下的。尤其是第一道气环，承受的温度最高，润滑条件也最差，为了保证它具有和其它几道环相同或更高的耐用性，常常将第一道气环，的工作表面进行多孔镀铬处理。多孔镀铬层硬度高，并能贮存少量的润滑，以改善润滑条件，使环的寿命提高2－3倍。近年来，摩托车发动机大多采用长度短于缸径的活塞，这种活塞的头部在上行程转到下行程时会产生摆动现象，使活塞环外圆的上下边缘紧紧地与缸壁接触，导致活塞环的棱缘加载而形成刮伤。为避免这种异常现象，一般将第一道气环外圆制成圆弧状，以其上、下端面的边缘角不触及缸壁，并且易于发动机的初期磨合，这种气环称为桶面环，为目前高功率高转速的内燃机所采用。
一、保持气密性
  尽管当今制造技术非常精细，零部件差亦控制在最小范围，但因其材料、热处理及装配后的机械变形，汽缸内的气密总有极个别泄漏点存在，这就需要发动机在使用初期进行良好的磨合及启动后适当的预热来逐渐消除摩擦副的凹凸不平点。倘若由于多种原因引起汽缸的密封不良时，会引起压缩压力下降和燃烧气体的窜漏，高压高温气体将穿过缸壁与活塞环之间的微小空隙，由此而引起的故障是破坏了活塞环与缸壁之间的所必需的油膜，以致形成了金属之间直接接触的干磨擦状态，从而导致了因干磨擦而烧伤的拉伤活塞、活塞环和汽缸，使发动机产生异常磨损。泄漏的高温气体窜入曲轴箱使机油变质和产生硬质油泥，使活塞环发生粘着等故障。由此看来，确保活塞环在汽缸内的气密性关重要，来不得任何的泄漏。
二、传热作用
  内燃机活塞是在每次爆发的高温高压气体的作用下工作的。因此，如果不及时地将活塞顶部的热量散发出去并冷却之，那么活塞上部就会严重过热。其结果是，由于活塞不正常膨胀而刮伤，同时由于硬度降低而使活塞早期磨损，由于机油变质而引起粘环，由于活塞顶和活塞销座处强度降低而损坏等等。这些都对发动机的正常工作带来致命的危险。由此可见，活塞环的作用包含了将燃烧气体造成的活塞高温传给缸体，即对活塞起到冷却作用。据有关资料介绍，活塞顶部大气层受热量中有70%－80%是通过活塞传给缸壁而散掉的。
三、支承作用
  活塞因受气体压力而作往复运动，这种往复运动通过曲轴变为旋转运动，所以活塞环承受着侧推分力。因此，活塞环填补了活塞与汽缸之间的间隙，并经常与缸壁接触而作滑动运动。它不仅防止了窜气，控制机油，而且还防止活塞与缸壁的强烈接触。亦高压气体达到环的背隙中，其压力把活塞环外圆压向汽缸内壁，使活塞保持浮动状态。可以认为，这时活塞环与环槽必须留有合适的侧隙和背隙。一般情况下，背隙的作用有两个：第一在于防止因活塞环和活塞的膨胀而使环粘着在不槽中；第二在于提高活塞环滑动面的接触压力。起到了防止活塞与缸壁强烈接触的作用。
四、控制机油
  活塞环是在高负荷下和高温气氛中沿缸壁来回滑动的。为了更好地发挥其功能，既要有少量的机油润滑汽缸和活塞，又必然适当地刮掉附着在缸壁上多余的机油，防止其上窜以保持机油消耗量适中。
  大家知道，四冲程发动机在进气行程中，燃烧室内的压力低于曲轴箱内的压力，由于这种压差起着一种泵油作用，所以机油通过活塞环、活塞和汽缸之间微小间隙而被吸入燃烧室，导致因窜机油而使机油消耗量大增。尤其在发动机怠速情况下，节气门基本处于关闭状态，汽缸内负压较大时，这种现象更趋严重。为了控制机油上窜，一般都将活塞上第二道气环外圆制成锥面。锥面环既能在活塞上行时的滑动面上布下油膜，又能在活塞环下行时有效的刮去缸壁下端多余机油，真可谓一举两得。为了更加有效地将飞溅至汽缸壁下部的机油刮净，又在活塞第二道气环的下部增加一道钢片组合式刮油环。这种环的特点仅在于其接触压力高，而且由于上下刮片能够分别动作，即使对于正圆爌较差的汽缸来说，也具有良好的适应性。更重要的是每个刮片不仅与汽缸之间的滑动成处保持密封，而且也在环槽的上下两端之间，保持对机油的气密作用，因此封油效果极佳。
    二冲程发动机一般采用油雾润滑。机油与汽油及空气混合后的油雾，一部分润滑曲轴连杆承和汽缸活塞下部，另一部分在扫气过程中进入燃烧室的高温高压下总会有部分碳分子残留在活塞顶部和第一道气环的环槽内。为此，楔形环应运而生。它的效能在于楔形环作径向运动时，间隙变大，反之，在向内运动时，间隙变小。因此残留在环槽中的油泥被磨碎，并随机油和废气一起排出，这样就起到了自动清除积碳的作用。楔形环一般安装在第一道气环，也有少部分发动机由于机油流量较大，为增强清除积碳的功能，故两道气环均安装楔形环。