柴油机结构原理.docx

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柴油机结构原理

柴油机结构原理

柴油机结构

一、发动机的工作原理

发动机的功能是将燃料在气缸内燃烧使其热能转换成机械能，从而输出动力。

能量的转换是通过不断地依次反复进行“进气—压缩—做功——排气”四个连续过程来实现的，每进行这样一个连续过程就叫做一个工作循环。

1、进气冲程—活塞由曲轴带动从上止点向下止点运动，此时排气门关闭，进气门开启。

活塞移动的过程中，气缸内的容积逐渐增大，形成一定的真空度，于是经过虑芯的空气通过进气门进入气缸。

直至活塞到达下止点时，进气门关闭，停止进气。

2、压缩冲程—进气冲程结束时，活塞在曲轴的带动下，从下止点向上止点运动，气缸容积逐渐减小，由于进排气门均关闭，气体被压缩，气缸内温度上升，直至活塞到达上止点时，压缩结束。

3、做功冲程—在压缩冲程末，高压油嘴喷出高压燃油与空气混合，在高温、高压下混合气体迅速燃烧，使气体的温度、压力迅速升高而膨胀，从而推动活塞由上止点向下止点运动，再通过连杆驱动曲轴转动做功，至活塞到下止点时，做功结束。

4、排气冲程—在做功冲程结束时，排气门被打开，曲轴通过连杆推动活塞由下止点向上止点运动，废气在自身剩余压力和活塞的推力作用下，被排出气缸，直至活塞到达上止点时，排气门关闭，排气结束。

排气冲程终了时由于燃烧室容积存在，气缸内还存少量废气，气体压力也因排气门和排气管的阻力而仍高于大气压。

二、发动机的总体构造

柴油机由两大机构四大系统组成。

1、柄连杆机构—曲柄连杆机构主要由构成气缸的机体、活塞、连杆、曲轴和飞轮等组成。

由发动机的工作循环可知，混合气在气缸内燃烧产生的高压是通过活塞、连杆、曲轴而变为有用的机械能输出的；反之，工作循环的准备过程也是由曲轴通过连杆通过活塞作往复运动来实现的。

可见，曲柄连杆机构是发动机维持工作循环，实现能量转换的核心。

2、配气机构—为使发动机的工作循环能够连续进行，必须定时地开闭气门，以便向气缸内充入新鲜气体和排出废气。

它主要由气门和控制气门开闭的凸轮轴及其他传动件等组成。

3、燃料供给系—从发动机的工作循环可知，柴油机要向气缸内提供纯空气并在规定时刻向气缸内喷入燃油。

另外，需要将燃烧完的废气按规定的管路导出。

柴油机的燃料供给系主要由燃油箱、喷油泵、喷油器、进、排气管、虑清器等组成。

4、润滑系—发动机内部有很多高速运动的摩擦表面，为了减小摩擦阻力和减缓磨损，需要向这些摩擦表面提供润滑油。

润滑系主要由油底壳、机油泵、油道、虑清器等组成。

5、冷却系—发动机工作时，气缸内气体燃烧的热量在使气体膨胀做功的同时，不可避免地将会加热与它相接触的机件，为了保持正常的工作温度，需将机件的多余热量散发出去。

冷却系有水冷和风冷两种，水冷主要由散热器、风扇、水泵、水套等组成；风冷主要由风扇、散

由于曲柄连杆机构运动速度的大小和方向都是不断变化的，所以必定产生惯性力。

1、往复惯性力

2、离心惯性力

Ø摩擦力

曲柄连杆机构中互相接触的表面相对运动时都存在有摩擦力，其大小与正压力和摩擦系数成正比，其方向总与相对运动的方向相反。

摩擦力的存在是造成配合表面磨损的根源。

一）气缸体与曲轴箱组

气缸体与曲轴箱组主要由气缸体、上下曲轴箱、气缸套、气缸盖和气缸垫等组成。

Ø气缸体与曲轴箱的结构形式与功用

气缸体是气缸的壳体，上曲轴箱是支承曲轴作旋转运动的壳体，二者组成了发动机的机体。

其结构形式有整体式和分体式。

整体式结构就是将气缸体与曲轴箱铸成一体，称为气缸体，通常用为水冷发动机。

分体式结构就是将气缸体与上曲轴箱分开制造再用螺栓连接起来，多用于风冷发动机。

整体式或分体式的上曲轴箱是组装发动机的基础件，并由它来保持发动机各运动件相互间的准确位置关系。

Ø气缸体与曲轴箱的工作条件与要求

气缸体曲轴箱承受有较大的机械负荷和较复杂的热负荷。

由其功用和工作条件，要求气缸体曲轴箱具有足够的强度，刚度和良好的耐热性、耐腐蚀性等。

气缸体曲轴箱的变形会破坏各运动件间的准确位置关系，导致发动机技术状况和寿命降低，因而对刚度和强度的要求同样重要。

Ø曲轴箱的结构型式

上曲轴箱一般有三种结构形式。

平分式——主轴承座孔中心线位于曲轴箱分开面上。

其特点是制造方便但刚度小，且前后端呈半圆形，与油底壳结合面的密封较困难，给维修造成不方便。

多用于中小型发动机，如492Q等。

龙门式——主轴承座孔中心线高于曲轴轴线分界面。

其特点是结构刚度较高，且下曲轴箱前后端为一平面，其密封简单可靠，维修方便。

上述两种型式，其主轴承座孔均为分开式，内孔和端面的加工是在主轴承盖上用定位销或定位套（平分式），或主轴承盖两侧平面（龙门式）定位，并用螺栓固定后进行的，因而轴承盖既不可换位也不可换向。

为避免错装，在主轴承盖上都有位置和方向的记号。

隧道式——主轴承座孔不分开。

其特点是结构刚度最大，主轴承同轴度易保证，但拆装较困难。

Ø气缸体与曲轴箱的材料

气缸体和上曲轴箱根据其工作条件和结构复杂的特点，一般用灰铸铁制造，因为它具有成本低、铸造工艺性好、刚度大、耐磨和吸振性好等优点。

有的强化机型采用了球墨铸铁，还有的为了增加强度和耐磨性，采用含镍、铬、钼、磷等元素的优质灰铸铁。

某些发动机为了减轻重量、加强散热，采用铝合金铸造。

Ø下曲轴箱的密封

下曲轴箱的作用是储存润滑油，因此又叫油底壳。

其内部有防止润滑油过分激荡的稳油挡板，有利于机油泵的正常工作和润滑油内杂质的沉淀。

为了保证发动机纵向倾斜时机油泵仍能正常吸出机油，油底壳的后部或前部一般做得较深，并在其最深处有放油塞，以便放出润滑油。

有的放油塞带有磁性，可吸附润滑油中的铁屑，以减小发动机的磨损。

由于油底壳受力很小，一般用薄钢板冲压制成。

为了加强散热，某些发动机采用铝合金铸造，并铸有散热片。

上下曲轴箱之间为了防止漏油，一般垫有软木衬垫，也有的铸造油底壳用密封胶密封。

二）气缸与气缸套

Ø气缸与气缸套的工作条件与材料

从发动机的工作原理可知，气缸所接触的气体，其温度和压力都在频繁的变化而且其瞬时值很高，给气缸以很大的热负荷和机械负荷。

另外，燃烧产物对气缸壁还有腐蚀性。

在这种恶劣的条件下，活塞在气缸内运动，对气缸的磨损往往影响整个发动机的寿命。

为了提高耐磨性，有些气缸采用表明处理，如表明淬火、镀铬等；有的则对整个气缸体采用优质材料，但成本高。

目前更多的是采用在气缸体内镶入气缸套的结构。

这样，缸套可用更加耐磨的材料，以延长使用寿命，而气缸体则用廉价的普通铸铁或重量轻的铝合金制造。

即便制造时不镶缸套的气缸体，经几次大修后为继续使用，也要镶一个标准缸径的气缸套。

气缸套的材料，常使用的有珠光体灰铸铁、合金铸铁、高磷铸铁、含硼铸铁及其他高级铸铁。

Ø气缸套的型式与构造

根据其是否与冷却水接触，气缸套分为干式和湿式两种。

1、干式——干式缸套的特点是外表面不直接与冷却水接触。

为了获得与缸体间足够的实际接触面积，以保证散热效果和缸套定位，其外表面与其相配合的气缸体承孔内表面，都有一定的加工精度，并且一般都采用过盈配合。

另外，干式缸套壁薄，有的只有1mm厚。

干式缸套外圆下端制不大的锥角，以便压入气缸体。

其顶部（或缸体承孔的底部）有带凸缘的两种。

带凸缘的配合过盈量较小，因为凸缘可以帮助其定位。

干式缸套的优点是不容易漏水、漏气，缸体结构刚度大，不存在穴蚀，缸心距小机器重量轻等；其缺点是修理更换不便，散热效果差等。

2、湿式——湿式缸套的特点是其外表面直接与冷却水接触。

另外，它较干式缸套壁厚大。

缸套的定位——缸套的径向定位一般靠上下两个凸出的，与气缸体间为动配合的圆环带。

轴向定位是利用上部凸缘的下平面。

因此缸套的上述部位和气缸体承孔的相应配合部位，应有较高的加工精度。

气缸套的密封——气缸套下部靠1—3个耐热耐油密封圈密封。

其密封形式有涨封式和压封式两种，其中广泛应用的为涨封式。

少数发动机缸体上在两道密封圈之间设有漏水孔，用以观察密封圈工作情况是否良好。

随着柴油机强化程度的日益提高，湿式缸套的穴蚀已成为一个突出的问题，所以某些柴油机缸套有三道密封圈，最后一道上半部分与冷却水接触，既能防止配合面生锈、便于拆装，又能借其吸振，减轻穴蚀。

缸套的上部通常是靠凸缘的下平面密封。

大多数湿式气缸套装入后，其顶面高出缸体一定高度，一般为0.05—0.15mm，使气缸盖螺栓紧固后，缸套与缸垫的该部分承受较大的压紧力，具有防止气缸漏气、水套漏水和保证缸套定位的作用。

湿式缸套的优点是缸体铸造较容易，又便于修理更换，且散热效果较好。

缺点是缸体刚度较差，易产生穴蚀，且易漏水、漏气。

主要用于高负荷发动机和铝合金缸体发动机。

为了减少气缸的磨损，气缸壁应有较高的加工精度和较低的粗糙度，过低的粗糙度不利于油膜的形成，反而加速气缸的磨损。

另外，为了便于活塞及活塞环装入，气缸上口加工有一定的倒角。

三）气缸盖与气缸垫

Ø气缸盖

1、功用与工作条件——气缸盖用来封闭气缸的上部并与气缸、活塞共同构成燃烧室。

气缸盖燃烧室壁面同气缸一样承受燃气所造成的热负荷及机械负荷，由于它接触温差很大的燃气时间更长，因而气缸盖承受的热负荷更甚于气缸体。

2结构——气缸盖的结构随气门的布置、冷却方式及燃烧室的形状而异。

顶置气门式气缸盖有水套（水冷式）或散热片（风冷式）、燃烧室、火化塞座孔（汽油机）或喷油器座孔（柴油机）、进排气道、与气缸体密封的平面、安装气门装置及其他零部件的加工部位等，水套中还装有喷口朝向排气门座及喷油器座孔的喷水管，以加强这些过热部位的冷却。

3、材料及气缸盖的紧固——气缸盖和气缸体的工作条件及结构复杂性有许多共同之处，其材料也同气缸体一样，一般用灰铸铁或合金铸铁。

由于材料的膨胀系数不同，为了防止受热后缸盖螺栓的膨胀大于铸铁缸盖的膨胀而使紧度降低，对铸铁缸盖要在发动机大正常工作温度后再进行第二次拧紧；铝合金气缸盖由于其膨胀系数比钢大，在发动机热起后紧度会更大，故只需在冷态下一次拧紧即可。

多缸一盖的气缸盖，结构刚度较差。

为避免其变形，安装气缸盖时，紧固螺栓应按由中央向四周的顺序，分次逐步地以规定扭矩拧紧。

拆卸时则按相反的方向。

Ø气缸垫

1、作用与要求——气缸垫用来保证气缸体与气缸盖结合面的密封，防止漏气、漏水。

气缸垫接触高温、高压气体及冷却水，在使用中很容易被烧蚀，特别是缸口转边周围。

因此，气缸垫要耐热、耐蚀、具有足够的强度、一定的弹性和导热性，从而保持可靠的密封。

另外还应能重复使用，寿命长。

构造——目前气缸垫的结构大致有以下几种。

1）金属——石棉垫，广泛使用的金属——石棉垫，内填石棉，外包铜皮或钢皮，且在缸口、水孔、油道口周围卷边加固。

金属包皮主要获得强度、耐烧蚀和传热能力，石棉芯有高的耐热性和一定的弹性。

这种垫片可多次使用。

另一种是金属骨架——石棉垫，用编制钢丝、钢片或冲孔钢片为骨架，外覆石棉及橡胶粘结剂压成垫片，表面涂以石墨粉等润滑剂，只在缸口、油道口及水孔处用金属片包边。

这种垫片弹性更好，但容易粘结，一般只能用一次。

2）纯金属垫，某些强化程度更高的发动机，采用纯金属气缸垫，是由单层或多层金属片（铜、铝或低炭钢）制成的。

为了加强密封，在缸口、水孔、油道口处，冲有弹性凸筋。

采用这种缸垫对气缸盖和气缸体结合面要求有较高的加工精度。

2、安装方向

金属——石棉垫（金属皮的），由于缸口卷边一面高出一层，对与它接触的平面会造成单面压痕变形，因此卷边应朝向易修整的接触面或硬平面。

1）气缸盖和气缸体同为铸铁时，卷边应朝向气缸盖（易修整）；

2）铝合金气缸盖、铸铁气缸体，卷边应朝向气缸体（硬平面）；

3）气缸盖和气缸体同为铝合金时，卷边应朝湿式缸套的凸沿（硬平面）。

五）活塞连杆组

活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销和连杆等主要机件组成。

Ø活塞

1、功用、工作条件与要求

活塞的功用是与气缸盖等共同组成燃烧室、承受气缸内气体压力并通过活塞销和连杆传给曲轴。

活塞是在频繁变化的瞬时高温、高压、高速及液体润滑和散热均困难的条件下工作的：

1）气体压力与温度：

燃烧过程气体瞬时压力最高可达5Mpa左右，有的柴油机甚至可达10Mpa，使数万乃至十几万牛顿的力，突然作用到活塞顶上，高速时每秒发生20-40次。

与此同时，瞬时温度最高可达2000K以上的炽热气体覆盖于活塞顶，而散热条件却很差——虽然活塞顶的热量由冷混合气体和机油带走一部分，但主要是通过气缸壁间接传给冷却水或散热片，致使活塞承受很高的热负荷。

2）速度：

活塞运动速度的大小和方向在不断地变化，产生的惯性力可造成很大的机械负荷。

另外，活塞的平均速度在12m/s左右，瞬时速度要高得多，因而它和缸壁的摩擦是个不可忽视的问题。

鉴于其作用和恶劣的工作条件，对活塞的要求是：

A、要有足够的强度和刚度；

B、质量要尽量小，以保持最小的惯性力；

C、导热性要好，有充分的散热能力；

D、要有足够的耐热性；

E、活塞与气缸壁间应有较小的摩擦系数；

F、温度变化时，尺寸和形状变化要小；

G、和气缸壁间要保持最小的间隙。

2、材料

现代汽车发动机的活塞普遍采用铝合金。

这是由于铝合金具有密度小，导热性能好的突出优点，有利于提高发动机的功率（密度小则质量及惯性小，发动机允许的转速较高；导热性能好，则活塞顶面中央温度不致太高，充气效率高）。

铝合金的突出缺点是膨胀系数大，高温强度性差，但采用合理的结构，能满足使用要求。

活塞用的铝合金中，使用较广泛的是硅铝合金，因其有较小的膨胀系数和密度，耐磨性也较好。

少数机械负荷和热负荷较大的柴油机活塞采用了高温强度和导热性能好的铜镍镁铝合金，它的膨胀系数和密度都大于硅铝合金，而且价格也较贵。

由于不同成分的铝合金其膨胀系数和密度均不相同,所以使用时不同厂家的活塞不可混装，也不能照搬同样的装配间隙。

近年车用柴油机活塞开始研究使用灰铸铁，以发挥灰铸铁的优势（成本低，耐热性好，膨胀系数小，能减小装配间隙）。

新设计的灰铸铁活塞重量甚至比铝合金还轻。

3、组成

根据其作用，活塞可分为顶部、环槽部、裙部和活塞销座四部分，其中顶部和环槽部也通称为头部。

1）顶部——活塞顶部是燃烧室的组成部分，用来承受气体压力。

为了提高刚度和强度，并加强其散热能力，背面多有加强筋。

顶部形状多有平顶、凹顶和凸顶，凹顶活塞主要是高压缩比发动机为了防止气门碰撞，也可用凹孔的深度来调整压缩比。

2）环槽部——活塞的环槽部切有若干环槽，用以安装活塞环，它是活塞的防漏部分。

两环槽之间成为环岸。

环槽的形状与活塞环断面形状相对应，通常为矩形或梯形。

靠顶部的环槽装压缩环（气环），一般为2-3道；下面的环槽装油环为1-2道。

油环槽的槽底圆周上制有若干贯通的泄油孔或泄油槽，以便油环从缸壁上刮下多余润滑油经此流回油底壳。

3）裙部——活塞的裙部是用来给活塞的运动导向和承受侧压力的，因而裙部有一定的长度，以保证可靠的导向；又有足够的面积，以防止活塞对气缸壁的单位面积压力过大，破坏润滑油膜，加大磨损。

4）活塞销座——活塞销座是活塞通过活塞销与连杆的连接部分，位于活塞裙部的上部，为厚壁圆筒结构，用以安装活塞销。

活塞所承受的气体压力、惯性力，都是通过销座传给活塞销的。

为限制活塞销的轴向窜动，大部分活塞在活塞销孔座内接近外端面处有卡环槽，用以安装卡护环，两卡环槽之间的距离大于活塞销的长度，使卡环在活塞销端面之间留有足够的间隙，以防冷却过程中，活塞的收缩大于活塞销的收缩而将卡环顶出。

销座孔有很高的加工精度，并且经分组与活塞销选配，以达到高精度的配合。

4、活塞的变形及其相应的结构措施

为了保证活塞的正常工作，活塞各部与气缸壁之间必须保持一定的间隙，其中起导向作用的裙部这一间隙尤为严格，若间隙过小，将会因活塞膨胀而出现拉缸，卡死等故障。

然而发动机在工作时，活塞裙部与气缸壁间的间隙是变化的，这主要是由于活塞的变形引起的。

1）活塞变形的原因及规律：

活塞工作时变形的主要原因是热膨胀，其次是侧压力。

另外，气体的正压力也会引起活塞顶部弯曲变形，但变形情况较复杂而且较小，故予以忽略。

活塞变形的规律及具体原因是：

A、整个活塞的热膨胀量大于气缸的膨胀，使活塞与气缸的配合间隙变小。

这是由于活塞的温度高于气缸壁，且铝合金的膨胀系数大于铸铁；

B、活塞头部的膨胀大于裙部，而且各部分都是自上而下膨胀量由大而小。

这是由于温度上高下底，且活塞的壁厚上厚下薄。

C、裙部圆周方向近似椭圆形变化，长轴在沿销座孔轴线方向。

这是由于销座处金属多而膨胀量大和侧压力的结果。

2）结构措施：

为了使活塞各部分，特别是裙部，在各种工作情况下与缸壁的配合间隙都尽可能保持在一定范围内，不同的活塞在结构上采取了与变形相适应或控制尽可能小的变形等一些措施。

主要有：

A、活塞头部的直径呈上小下大的阶梯形或截锥形，且头部直径小于裙部，直径一般差0.5-0.9mm。

B、活塞裙部呈上小下大的截锥形。

在垂直于销座孔轴线方向上，裙部下端与上端的直径称为活塞裙部的锥度，也笼统称为活塞的锥度。

C、活塞裙部沿圆周方向近似椭圆形，成为椭圆活塞。

椭圆的长轴在垂直于销座孔轴线的方向，即侧压力面方向。

一般椭圆活塞是裙部下端长轴最大，它与同一横截面短轴的直径差称为活塞裙部的椭圆度，也笼统称为活塞的椭圆度。

以上三项结构措施，是与活塞的热变形及侧压力变形相适应，使活塞在工作温度下变成接近于正圆柱形，从而获得均匀的配合间隙。

D、活塞裙部沿销座外端面在铸造时凹陷0.5-1mm，使销座两端有充分的膨胀余地，不会与缸壁接触。

E、裙部开有绝热——膨胀槽。

在裙部受侧压力较小的面，开有“T”形或“∏”槽。

其中横槽叫绝热槽，它开在头部最下一道油环槽中或裙部上边沿，其作用是减少头部热量向裙部传导，从而减少裙部的热膨胀；另外，它还可增强油环槽的回油能力。

竖槽叫膨胀槽，其作用是使裙部具有一定的弹性和热态时起补偿作用，使活塞在装配间隙较小的情况下热膨胀时，不致卡缸。

为了防止由于应力集中造成开槽沿槽端延伸破裂，凡未开通的槽的端部均钻有圆孔。

活塞裙部开槽削弱了其强度和刚度，只适用于负荷不大的汽油机，且是开在侧压力较小的一侧即次推力面。

柴油机活塞由于受力较大，裙部不开槽，其装配间隙比汽油机要大一些。

F、双金属活塞，即在铝合金活塞裙部或销座孔内嵌铸入钢片，以减小活塞裙部的膨胀量。

这是目前国内外所广泛采用的一种措施。

3）偏置销座

一般发动机活塞的销座轴线与活塞的中心线垂直相交，，当活塞在上止点改变运动方向时，由于侧压力瞬时换向，使活塞与缸壁的接触面突然由一侧平面移至另一侧，便产生活塞对气缸壁的“拍击”（俗称活塞敲缸），增加了发动机的噪音。

因此，某些高速发动机，将活塞销座朝向承受膨胀做功侧压力一面偏移1-2mm。

这样，在接近上止点时，作用在活塞销座轴线以右的气体压力大于右边，使活塞倾斜，裙部下端提前先换向，然后在活塞越过上止点，侧压力反向时，活塞才以左下端接触处为支点，顶部向左转向（不是平移），完成转向。

可见偏置活塞销座使活塞换向延长了时间且分为两步，第一步是在气体压力较小时进行，且裙部弹性好，有缓冲作用；第二步虽然气体压力大，但它是个渐变过程。

为此使换向冲击大为减弱。

5、活塞的安装方向和顶面标记

由于某些活塞裙部膨胀槽的位置和顶部形状不对称或偏置销座等原因，使活塞安装时有一定的方向。

为了防止错装，这种活塞顶面上一般都有方向标记。

Ø活塞环

1、概述

1）活塞环的分类与功用：

按照公用活塞环可分为气环和油环两类

A、气环也叫压缩环，用来密封活塞与气缸壁的间隙，防止气缸内的气体窜入曲轴箱，以及将活塞头部的热量传给气缸壁为活塞散热。

另外还可起到刮油、布油等辅助作用，一般发动机每个活塞装有2-3道气环。

B、油环，用来将气缸壁上过量的润滑油刮回油底壳去，防止进入燃烧室，以及为气缸壁均匀布油。

另为也起密封作用，一般发动机有1-2道油环。

近年来随着发动机转速的提高，活塞环的数目日趋减少，新发动机多为两道气环一道油环。

这样不仅减小了摩擦损失，还降低了活塞的高度，从而降低了发动机的高度。

2）工作条件

活塞环是在高温、高压、高速和润滑困难的条件下工作的。

它的运动情况很复杂，不仅和缸壁间有相对高速的滑动摩擦，还有与环槽侧面的上下撞击，以及由于环的径向张缩而产生的与环槽侧面相对的摩擦。

因此，活塞环的磨损是发动机中磨损最快的零件之一。

另外，高温热负荷不仅使环的耐磨性下降，而且往往是弹性力下降的主要原因。

上述恶劣条件对第一道气环来说最严重，因而其弹力下降和磨损的速度最快。

3）材料与表明处理

根据活塞环的功用与工作条件，要求环的材料应具有好的耐热性、导热性、耐磨性、磨合性、任性和足够的弹性等。

一般活塞环多用优质灰铸铁、球墨铸铁或合金铸铁制造。

因为活塞环槽侧面的磨损往往是活塞早期磨损的主要原因，其外表面多进行镀铬处理。

这样使气缸、活塞特别是活塞环的寿命大大提高。

4）间隙

发动机工作时，活塞和活塞环都会发生膨胀。

因此，活塞在气缸内应有开口间隙，与环槽间应有侧隙和背隙。

2、气环

1）气环的密封原理，气环可能漏气的通道有三条：

环面与气缸壁间；环与环槽的侧面间；开口间隙处。

A、第一密封的建立，活塞环在自由状态下，其外圆直径略大于缸径，所以装入气缸后，环就产生一定的弹力与缸壁压紧，形成第一密封；

B、第二密封的建立，由于活塞头部与缸壁间有间隙，活塞环还有侧隙和背隙，气缸内未被密封的气体不能通过第一密封面下窜，便窜入侧隙和背隙。

在做功和压缩冲程，对密封的要求高，此时气体压力一般起主导作用，使活塞环压在环槽的下侧，形成第二密封面。

C、气环的第二次密封，窜入活塞环背隙和侧隙的气体，产生背压力和侧压力，使环对气缸壁和槽侧进一步压紧，显著增加了第一、二密封面的密封。

此即为环的第二次密封。

做功冲程时，环的背压力远大于环的弹力，所以此时第一密封面的密封，主要是靠第二次密封。

但是如果环的弹性不好或接触面贴合不良，而在环面与缸壁间出现缝隙，此缝隙就要首先漏窜气体，且其单位压力大于单位背压力，就将削弱或形不成第二次密封。

因此，靠活塞环的弹力产生的密封，是第一次和第二次密封的前提。

不难看出，两个密封面的密封，都必须在其密封面有良好贴合的情况下才能实现。

因此，环与环槽侧面都必须加工平整，并且粗糙度应较低。

然而对于环面来说，新环形状复杂，难以与缸壁相顺应，因而环面一般车有细微纹路，以及镀锡等表面处理，以加速磨合。

有了两个密封面的密封，理论上就只有开口处是唯一漏气通道。

由于开口很小，并相互按一定位置错开，形成迷宫式封气路线，气体通过各道环口后，压力显著下降，其漏气量在现代高速发动机上是很微小的，一般仅为进气量的0.2-1%，密封是成功的。

这也是往复活塞式发动机至今仍有巨大生命力的原因之一。

2）活塞环的泵油作用及危害

由于侧隙和背隙的存在，当发动机工作时，活塞环便产生了泵油作用。

其过程是：

当活塞带动活塞环下行（进气冲程）时，环靠在环槽的上方，环从缸壁上刮下来的润滑油充入环槽下方；当活塞又带动活塞环上行（压缩冲程）时，环又靠压在环槽的上方。

如此反复运动，就将润滑油泵向活塞顶。

活塞环的泵油作用，一方面对润滑困难的气缸上部是有利的，另一方面随发动机转速的日益提高，泵油作用加剧；不仅增加了润滑油的消耗，且可能使燃烧室内积炭增多，甚至在环槽内形成积炭，挤压活塞环而失去密封性。

另外还加剧了气缸的磨损。

3、油环

无论活塞上行或下行，油环都能将气缸壁上多余的润滑油刮下来经由活塞上的回油孔流回油底壳。

目前油环有两种结构形式。

1）整体式

整体式油环没有背压力，为了提高对缸壁的压力，并增加刮油次数，在其外圆上切有环形槽，槽底开有若干回油用的小孔或窄槽。

某些发动机将油环减薄，在其背后加装弹性衬簧。

这样既保证了对缸壁的压力，又有较好的柔性，改善了对缸壁贴合的适用性。

此外，也显著减小了环面的磨损对弹力下降的影响，从而延长了使用寿命。

2）组合式

组合式油环由起刮油作用的钢片（也叫刮油片）和产生径向、轴向弹力作用衬簧组成。

组合式油环的钢片表面都是镀铬的，否