活塞环是一种弹性金属开口环，根据其不同功能可分为气环和油环。安装在活塞头部上端的是2～下端为14个气环，下端为14个气环～两个油环。气环的作用是保证康明斯柴油发电机气缸与活塞之间的密封，防止漏气，并将活塞顶部吸收的大部分热量传递给气缸壁，由冷却水带走；油环起到布油和刮油的作用。下降时，刮掉气缸壁上多余的油，上升时在气缸壁上涂上均匀的油膜。这不仅可以防止油进入气缸燃烧，还可以减少活塞与气缸壁之间的摩擦阻力。此外，油环还可以起到辅助密封的作用。

1、活塞环的作用
如图1所示，活塞环的位置和参数如图1所示、如图2所示。活塞环的主要功能如下：

1、密封作用
活塞环安装在活塞上，与气缸壁形成一定的密封间隙。当活塞在气缸内上下移动时，活塞环能有效密封活塞与气缸之间的间隙，防止燃烧室内的气体和润滑油进入活塞与气缸之间，保证燃烧室的密封性能，提高发动机的工作效率。

2、导向作用
活塞环可以起到引导作用，使活塞在气缸内的上下运动更加稳定。它们与气缸壁的摩擦可以保证活塞在气缸内的轨迹准确，避免活塞偏离轨道，从而保证发动机的正常运转。

3、冷却作用
活塞环可以帮助将活塞上的热量传递给气缸壁，从而实现散热。活塞在工作过程中会受到高温气体的影响。如果没有活塞环的辅助散热，活塞可能会过热变形，甚至导致发动机故障。

4、减震作用
活塞环可以减少活塞与气缸之间的冲击和振动，使发动机运行更加稳定。活塞在运动过程中会产生惯性力和压缩力。活塞环的存在可以减少这些力对气缸的冲击，降低康明斯发动机的振动和噪音。

二、气环结构及形状
气环的功能是保证活塞与气缸壁之间的密封，防止活塞上部的高压气体泄漏到曲轴箱中。当密封不良时，压缩冲程中的气体泄漏较多，降低了压缩的最终压力，使柴油机难以启动。高温气体泄漏到曲轴箱也会提高活塞温度，加热后油会氧化变质。除了密封，气环还起着传热的作用。活塞顶部吸收的大部分热量应通过气环传递给气缸壁（因为活塞头部不接触气缸壁），然后由外部冷却介质带走。

1、气环密封原理
气环，特别是第一个气环，除了与活塞沿气缸壁进行高速往复直线运动外，还受到高温高压气体压力和润滑条件差等因素的影响，从而降低气环的机械性能和弹性，导致润滑油碳化，甚至导致拉缸和漏气。因此，要求气环有足够的弹性，使环周围靠近气缸壁，然后高压气体不能通过气环与气缸壁之间的接触面泄漏。作用于环上端面的气体将环压在活塞环槽中，使下端面靠近环槽。进入环内侧和环槽之间的气体压力向外，使环更靠近气缸壁。因此，利用气环本身的弹性和气体的压力，可以防止高压气体的泄漏。

(1)第一密封面:
如图2所示，活塞环在自由状态下，其外圆直径略大于气缸内径。装入气缸后，会产生一定的弹性F，并与气缸壁压紧形成密封面。

(2)第二封面:
活塞环与环槽侧面密封的压力是气体压力、惯性力和摩擦代数。在工作和压缩过程中，气体压力使活塞环在环槽下方形成第二个封面。

2、活塞环材质
活塞环通常由优质灰铸铁或合金铸铁制成。为了提高第一个气环的工作性能和耐磨性，经常在第一个气环的表面涂上多孔铬或钼层。近年来，第一个气环也由球墨铸铁或钢制成。在自由状态下，环的外径略大于气缸的直径。装入气缸后，活塞环在气缸壁上产生弹性压力，开口处应保持一定的间隙（称为端口间隙或开口间隙）。柴油机活塞环的开口间隙通常为0.4～0.8mm），为了防止活塞环在加热膨胀时卡在气缸中。活塞环安装在环槽中后，高度方向也应有一定的间隙（称为侧间隙）。柴油机活塞环的侧间隙通常为0.08～0.16mm)。活塞环安装在活塞上时，每个环的开口应按规定错开1200°～180°，活塞环开口应与活塞销座孔错开45°以上，防止活塞环装入气缸后漏气。

3、气环形状

为了改善活塞环的工作条件，使活塞环与气缸更好地磨合，部分活塞环采用不同的截面，安装时要特别注意。

气环的基本截面形状为矩形［图4（a）］。矩形环易于制造，应用广泛，但磨合性差，不能满足发动机日益强化的要求。这种普通的压缩环可以随意安装在气环槽中。

有些康明斯发动机采用锥面环结构［图4（b）（c）］。这个环的工作表面是0.5°～1.5°锥角减少了环工作面与缸壁的接触面，可以快速磨合。锥角也有刮油的作用。但锥环磨损快，影响使用寿命。安装时，棱角面朝下。

一些柴油发动机使用扭曲环［图4（d）（e）］。扭曲环的上下边缘切断部分，形成台阶截面。这种截面内外不对称。环装入气缸压缩后，在不对称内力的作用下，会产生明显的截面倾斜，使环的外表面形成上小下大的锥面。这减少了环与缸壁的接触面积，使环容易磨合，具有向下刮油的作用。而且环的上下端面与环槽的上下端面在相应的地方接触，既增加了密封性，又防止了活塞环在槽内上下移动，造成泵油和磨损。目前，这种环被广泛使用。安装扭曲环时，一定要注意上下方向，不能反向安装，内切口要向上，外切口要向下。

在一些热负荷较大的柴油机上，为了提高气环的抗结焦能力，常采用梯形环［图3（f）］。该环端面与环槽的配合间隙随活塞在侧向力作用下的水平摆动而变化，可挤压环槽内的积碳，防止活塞环结胶卡住。这个环可以像普通的气环一样随意安装。

还有一种形式的气环——桶面环［图4（g）］，它的工作面呈凸弧形，上下方向与气缸壁呈楔形，易于磨合，润滑性能好，密封性强。这个环已经广泛应用于加强柴油发动机。这个环和普通的压缩环一样，可以随意安装在气环槽中。

三、油环的作用和类型
油环的作用是刮掉气缸表面多余的润滑油，防止其进入燃烧室，使气缸壁上的润滑油均匀分布，改善活塞组的润滑条件。油环位于气环下方，工作温度和气压相对较低，为了有效刮油，需要更高的压力压入气缸壁。因此，一方面，油环本身具有较大的弹性，同时尽可能减少环与气缸壁的接触面，以增强单位面积的接触压力。

1、油环的类型
油环分为整体油环和组合油环，如图5所示。

(1)整体式油环
整体油环的截面形状如图6所示。其结构形式与矩形截面气环相似。不同的是，环的外圆柱形表面中间有一个凹槽，在凹槽底部加工了许多通过的排油孔。活塞运动时，气缸壁上多余的润滑油被油环刮掉，通过油环上的排油孔和活塞上的回油孔流回曲轴箱。柴油机油环一般如图6所示（f）所示的结构。这个环可以随意安装。

一些康明斯柴油机的油环在工作表面单向或双向、同向或反向倒出锥角［如图6（a）～（c）所示］，为了提高油环的刮油能力。安装时。（a）和（c）可随意安装，（b）要使有锥角的一面朝上。

一些康明斯柴油机将油环工作表面加工成鼻形［如图6（d）所示］，它的刮油能力更好。还有一些康明斯柴油机将两个单独的油环安装在同一个环槽中［如图6（e）所示］，这种油环的作用不仅可以增加回油通道，还可以适应气缸的不均匀磨损和活塞摆动。安装时，上述两个环应使锥角面朝上。

(2)组合式油环

康明斯的一些发动机使用钢片组合油环，这是一个油环槽，里面有几个薄钢片状的弹簧(刮刀)和波纹形的弹簧，如图7所示。显示。它由三个弹簧和两个弹簧组成(一个轴向和一个径向)。两个弹簧放在轴向弹簧上，一个放在轴向弹簧下。轴向弹簧用于保证环和环槽之间的侧隙。径向弹簧放在环槽底部，安装时几个弹簧的开口应相互错开。通常，这个环的弹簧由合金钢制成，与缸壁接触的外圆表面镀铬。

钢片组合油环的摩擦部件(片簧)与弹性部件分开，可以避免磨损后弹性减弱导致刮油能力下降，同时具有双油环的特点。

目前，在康明斯高速内燃发动机上广泛应用于整个油环中安装螺旋弹簧的油环(如图8所示)。这种油环的作用类似于钢片组合油环，制造和安装也很方便。


2、刮油和泵油的作用
由于侧隙和背隙的存在，当活塞向下移动时，环靠在环槽上方，环从气缸壁上刮下机油，充入环槽下方；活塞向上移动时，环靠在环槽下方；机油被挤压到环槽上方，以便重复泵油，如图9所示。、图10所示。

活塞环检查方法四
与新旧戒指的自由开口间隙相比，如果旧戒指的自由开口间隙较小，则具有塑性变形和弹性下降(如图11所示)。也可以将测试过的旧戒指与新戒指的上下侧立在一起，用手在戒指上施加力。如果旧戒指的开口碰到，新戒指的开口还有相当大的间隙，说明旧戒指弹性不够，应该更换。

1、检查活塞环失效情况
在工作过程中，由于高温、高压和润滑条件差，活塞环的磨损失效往往比气缸达到磨损极限更快。由于活塞环一开始不能与气缸壁表面完全密封，磨损更快。磨损后形成光滑的镜面，当活塞环转向运行磨损时，磨损速度会减慢。随后，活塞与气缸壁之间的间隙逐渐增大，活塞倾斜度增大。活塞环磨损不规则，弹性降低，密封性能减弱。润滑油膜不能防止漏气的侵入，从而加速磨损。

除了正常磨损失效外，活塞环还有断裂损坏。除了大修时更换发动机外，气缸最大磨损在两次大修之间为每100毫米。；直径为0.18~0.22毫米为了提高康明斯发动机的动力性能，还应该更换活塞环。

2、选择和检测活塞环
安装活塞环时，应留有一定的端隙、侧隙和背隙，防止活塞环受热后肿胀死亡或卡在气缸内，造成损坏。康明斯发动机大修时，应更换活塞环。更换时，应根据气缸的维修水平选择与气缸和活塞相同维修水平的活塞环。在维修或小修过程中，如果需要更换活塞环，所选活塞环的维修尺寸水平应与更换的活塞环相同。不允许使用增加级别的活塞环，用锉销开口端面代替较小级别的活塞环。

为了保证活塞环与活塞环槽和气缸的良好配合，在选择活塞环时，还应进行以下检查。如果其中任何一个不符合要求，都应该重新选择。

①检验活塞环弹性
活塞环的弹性是保证气缸密封的主要条件之一，一般在弹性检测仪上进行检测。检查时，将活塞环放在弹性检测仪上，使环的开口处于水平位置。移动检测仪上的量块，将活塞的开口间隙压缩到标准值，观察秤杆上的质量，应符合技术要求。

②检查活塞环漏光度
将活塞环平放在钻孔磨损的气缸中，用活塞顶部将活塞环推平。用比气缸直径稍小的纸板覆盖活塞环上的遮光板，在气缸下部放置照明。观察活塞环外圆与气缸壁之间是否漏光，用塞尺和测角器测量其漏光度，应符合技术要求——开口左右对应圆角30。°不允许在范围内泄漏；同一活塞环上的泄漏不应超过两个，每个泄漏弧长对应的圆心角不应超过25个。°；同一活塞环上漏光弧长对应的圆心角总和不超过45°，漏光间隙不大于0.03mm。

③检查活塞环端隙
将活塞环放入缸内，用活塞顶将活塞环推直。用塞尺插入活塞环开口进行测量，其间隙值应符合下列要求：康明斯6BTA5.9发动机：第一个气环0.40~0.70毫米；二是气环0.25~0.55mm，油环0.25~0.55mm。

④检查活塞环侧隙
检查时，将环放入环槽内，使活塞环绕环转动一圈，环槽内应能自由转动，即无阻滞现象。如图12所示，用塞尺测量侧隙，应符合下列要求：康明斯6BTA5.9发动机(最大侧隙)：第一个环槽0.115mm，第二个环槽0.13mm，油环槽0.085mm。如果侧隙过大或过小，应重新选择。

⑤检查活塞环背隙
将活塞环放入环槽中，活塞环的宽度应低于活塞环槽岸；用深度游标卡尺测量时，环槽深度与环的宽度差为环的背隙，一般为0~0.35毫米。如果背隙太大或太小，应重新选择。目前由于制造工艺先进，一般活塞环的侧隙和背隙都符合要求，修理厂很少检查活塞环的侧隙和背隙。

总结：

活塞环通常由铸铁、铝合金等金属材料制成。它们具有高强度、耐磨性和耐高温性，能承受活塞在运动过程中产生的高压和高温环境。活塞环是康明斯发动机中非常重要的密封部件。它具有密封、导向、冷却和减震等多种功能，直接影响康明斯发动机的性能和寿命。因此，为了保证康明斯发动机的正常运行和可靠性，在发动机的设计和制造过程中，需要严格控制活塞环的质量和安装精度。