使用說明書
柴油發電機組活塞環的功能、表面處理和運行條件
柴油發電機的活塞環應具備高的耐磨性、耐熱性、耐腐蝕性、貯油性、磨合性、導熱性、強韌性、彈性和易加工性等，因而活塞環采用優質灰鑄鐵、球墨鑄鐵、合金鑄鐵和鋼帶制成。通常對第一道氣環外圓面的表面進行鍍鉻或噴鉬處理。多孔性鍍鉻層硬度高，并能儲存少量潤滑油，有利于改善潤滑和減輕磨損。鉬的熔點很高，也具有多孔性，因此，噴鉬同樣可以提高活塞環的耐磨性。其他各道活塞環大多采用鍍錫或磷化處理，以改善其磨合性。但是，鋼帶組合油環的上下刮片，其外圓面均進行多孔鍍鉻處理。
活塞環結構圖
一、活塞環結構和作用
活塞環的結構形狀對活塞環缸套系統的磨損有著非常大的影響。增加活塞環的軸向高度，可以降低缸套的粘著磨損，但同時會使缸套的磨粒磨損增加，選擇合適的軸向高度，可以獲得最優化的活塞環磨損性能。活塞環分為氣環和油環兩種。
1、氣環
（1）氣環的主要功用
氣環的主要功用是保證活塞與氣缸壁密封，防止氣缸內的混合氣和高溫燃氣漏入曲軸箱，并將活塞頂部接受的熱量傳給氣缸壁，避免活塞過熱。氣環開有缺口并具有彈性。在自由狀態時外徑大于氣缸直徑，呈非圓形。裝入氣缸后，在自身彈力及環背所受氣體壓力的作用下，使環緊密貼在缸壁上，從而實現氣缸密封。同時，安裝活塞時，各活塞環的開口應避開活塞銷軸線方向，且各道活塞環開口應相互錯開，使氣體只能沿一曲折通道向下泄漏，以增強密封效果。
●密封作用
燃燒室必須盡可能的密封氣體，這樣快速燃燒的油氣混合物才能推動汽缸的活塞向下運動帶動曲軸轉動，此功能稱為"密封氣體"。其中第一道環密封80-90%的氣體；第二道環密封10-20%的氣體；油環密封約5%的氣體。
●控油作用
是指避免機油過多進入燃燒室，將機油消耗保持在所需水平，同時降低有害廢氣排放。其中油環控制約70-90%的機油，氣環控制約10-20%的機油。
●傳熱作用
指活塞環將熱量從高溫的活塞傳導至冷卻的汽缸壁或發動機缸體上。
○傳熱的途徑∶
活塞---活塞環---汽缸----冷卻介質（缸體）
○傳熱的效率∶
70%~80%的熱量從活塞環槽由活塞環傳至汽缸壁。
活塞環密封作用示意圖
（2）氣環泵油過程
柴油機工作時，一部分在氣缸壁上的潤滑油會竄入燃燒室。氣環在環槽中上下留有側隙，背后也有間隙。這些間隙的存在，導致了氣環的泵油作用。當活塞向下運動時，在氣環與缸壁間的摩擦力和環的慣性力作用下，氣環緊壓在環槽的上端面，于是潤滑油進入氣環下面和氣環背后的間隙中。當活塞向上運動時，氣環又壓向環槽的下端面，把潤滑油擠壓向上。如此反復進行，潤滑油就被泵入燃燒室而形成積炭。
活塞與缸壁之間不是完全貼合，而是有間隙的。而這個間隙，最終是由活塞環來填充，更確切地說，最終是由機油來填充活塞環與缸壁的間隙?；钊谏闲械倪^程中，活塞環靠環槽下部貼合，這個過程中，先前存儲在環槽中的機油則會被泵至缸壁中，這部分機油，將可能會在燃燒高溫過程中被消耗掉。
活塞環氣環泵油原理圖
2、油環
（1）油環的主要作用
油環的主要作用是刮掉氣缸壁上多余的機油，并在氣缸壁上鋪涂一層均勻的機油油膜，這樣可以防止機油竄入氣缸燃燒，又可以減少活塞及活塞環與氣缸壁的磨損。油環是一種活塞環，分為普通油環和組合油環?；钊h是用于嵌入活塞槽溝內部的金屬環，其間隙作用是在發動機運轉過程中與高溫氣體接觸發生熱膨脹現象，周期性的往復運動又使其出現徑向脹縮變形，為保證發動機正常的工作，活塞環在氣缸內具有間隙。
（2）油環刮油過程
油環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。既能防止潤滑油上傳到活塞頂部而引起燃燒室積炭和潤滑油消耗，又能改善潤滑條件，減小摩擦和磨損。
當安裝刮油環時，刮刃為錐狀表面時，要把刮刃的尖端放在下方，以便油環下行時刮油，上行時讓滑油從它的傾斜面上流過，如果裝反，它就會向上刮油，加強了氣環的泵油作用，使大量的滑油進入燃燒室中燃燒。雙刃環開有泄油孔，而油環槽都開有泄油孔，以便刮下的滑油流回曲拐箱。
活塞環油環刮油原理圖
二、活塞環的表面處理
對缸套活塞環進行表面處理能夠有效改善摩擦副磨損性能，防止表面磨損失效。常見的表面處理方法有鍍鉻、噴鉬以及硬質履層。鍍鉻可使摩擦表面光滑，具備良好的抗磨性能。鉬層具備良好的耐磨性和抗拉性。工程實踐中一般對缸套進行鍍鉻，對活塞環進行噴鉬。噴鉬環的耐熱、耐磨和耐腐燭較低，為了彌補這一缺點，一般對活塞環進行硬質履層。其他較為常見的表面處理工藝還有等離子注入法、表面潤化處理和表面復合處理等等。
1、鍍鉻
鍍鉻的優點是硬度高（hv900～1000），抗磨料磨損性能好；熔點高（1770℃），改善耐熔著性能導熱性好鍍鉻層；摩擦系數小。
2、噴鉬
噴鉬層是多孔組織的貯油結構覆層，噴鉬的優點是儲油性好；縮短初期磨合期熔點高（2640℃）；耐蝕性、氣密性與鍍鉻相近；導熱性好。
3、磷化
具有柔軟、存油等性質，能改善磨合和抗拉缸性能，有防蝕、防銹作用。磷化處理所需設備簡單、操作方便、成本低、效率高
4、氮化
氮化的優點是提高表面硬度，降低摩擦，增強耐磨性；抗腐蝕性能好，導熱性能優良；有一定的抗熔著磨損性能。
三、活塞環運行條件
活塞環在高溫、高壓、潤滑條件差的條件下工作。各環隨活塞運動到缸的上部時，幾乎是干摩擦或是邊界摩擦，而且冷、熱氣體壓力交替變化。同時，活塞環的彈性使環緊緊壓向氣缸壁。因此，各活塞環除在活塞環槽內隨活塞上下運動而在活塞環槽內運動外，還在縱向受氣缸圓度影響而橫向運動。當氣缸磨損為上孔大、下孔小時，活塞環的橫向運動面更大。尤其是第一道氣環在活塞上升時，氣環下平面與活塞環槽下平面接觸。
因此，壓縮行程時，新鮮混合氣一小部分進入側隙和背隙，隨活塞向上運動，混合氣壓力和溫度越來越高，活塞環在彈力和氣體壓力作用下，緊緊壓在氣缸壁上，當燃燒爆發時，高溫、高壓的燃燒混合氣更要竄入第一環與槽構成的側隙、背隙，迫使第一氣環更緊緊壓在氣缸壁上。從這一點看，第一道氣環磨損最嚴重，而且第一道氣環與廢氣直接接觸，因此它還受電化學腐蝕。如果空氣濾清器失效，第一道氣環首當其沖受塵埃影響。塵埃更加速氣缸與活塞環之間的磨損、加速活塞環在環槽內、與活塞環槽的磨損，甚至拉缸。它是整臺發動機壽命最短的零件。
轉速對缸套和活塞環的磨損性能影響很大。隨著轉速的增加，行程上下止點處的微凸體接觸減少，粘著磨損量隨之減少，但會導致磨粒磨損量增加?；钊h彈力的大小與分布也對活塞環缸套的磨損有很大影響。增加活塞環的彈力，兩表面之間的微凸體接觸增加，導致活塞環與缸套之間的磨損的增加，在設計過程中應該避免無限制地增大活塞環彈力。

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