活塞环在气缸中的运动

  在了解活塞环的功能和作用方面，有必要知道活塞环在环槽中的运动情况。因为活塞环是所有发动机零件中唯一作三个方向运动（即轴向、径向和周向）的零件。换句话说，只有当活塞环能在三个方面运动时，才能发挥它自身的作用。
  1.基本运动
（1）上下运动
  活塞环随着活塞的上升和下降，而作环槽内作上下运动。如果不考虑气体的压力，则在正常情况下，当活塞上升时，环应与环槽的下侧面接触；当活塞下行时，环应与环槽的上侧面接触；当活塞在上、下止点时，其接触面应从一侧向另一侧交替。但是，在燃烧行程中，由于燃烧气体压力的作用，即使在活塞下行时，环还是压在环槽的下侧面上。因此，在四行程发动机中，除进气行程外，在压缩、膨胀和排气的各个行程中，以及在二行程发动机的各个行程中，活塞环大多是与环槽的下侧面相接触。而且，实际上发动机工作时，因活塞的速度、环的惯性力以及气体压力的大小等等缘故，活塞环不一定象上面所讲的那样经常与环槽的侧面接触，而是有时呈现悬浮的异常状态。这种现象从气密的角度来看是不利的。与此相反，由于环的正常上下运动能防止炭渣的附着，因此，从防止活塞环发生粘着来看，环的的上下运动是必要的。
（2）径向运动
  在气缸内径上难免有尽管是微小的加工误差——锥度、磨损引起的变形、紧固引起的机械变形，还有因燃烧引起的热变形。为了适应这种内径变形，活塞环不但经常与缸壁贴合，它还不断地作伸张与收缩的径向运动。
（3） 圆周方向的旋转运动
  活塞环随活塞上下运动的过程中，同时也在圆周方向作轻微的旋转运动（二冲程发动机除外）。根据德国航空研究所的研究，认为活塞环的旋转运动与发动机的转速、气缸的锥状磨损，以及变形等有密切的关系。这种旋转运动对于防止活塞环单面磨损，局部过热或活塞环粘着是有利的。但是对于二行程发动机则存在着下面要讲到的问题。
  2.不规则运动
(1) 轴向不规则运动
  活塞环在三个方向上的运动，最好在任何运转条件下都不受妨碍和互不干涉地自由进行。但是，由于活塞环在轴向作极高速度运动时，会出现各种各样的不规则运动，例如：当活塞在气缸内改变运动方向时，活塞因惯性力有时会出现悬浮于环槽中，与环槽的上下面都不接触的状态。特别是当发动机高速运转时，活塞环的惯性力增大，与活塞的往复运动协调不起来。因此活塞环在环槽中呈现悬浮的次数增多，从而活塞环的气密作用降低。再者，当活塞环轴向不规则运动的自由振动和活塞出现共振时，将激起活塞环更大的振动，加剧了窜气，并成为使活塞环磨损增加和折断的原因。
(2) 径向不规则运动
  由于气缸的锥度和变形而引起的活塞环的径向运动是我们所需要的，此种运动也是活塞环固有的特点。但如果活塞环与气缸的锥度等不相适应，产生径向振动。则此振动就成为使活塞环工作效能降低的重要原因之一。由于活塞环是具有开口的，容易发生径向震动，当活塞环的自由振动频率与活塞的往复运动周期相协调时就引起共振，这时径向振动的振幅增大，活塞环外圆面与缸壁脱离接触，从而气密作作用、刮油作用和传热作用等活塞环的所有机能均下降。还有可能造成断环和活塞烧粘等故障。研究表明，活塞环的径向振动，随着发动机转速的提高具有增剧的趋势。
(3) 扭曲运动
  对于活塞来说，扭曲振动以及二冲程发动机中圆周方向的旋转运动，是不希望发生的运动。由于环的开口部分容易作上下运动而使环受到扭曲（开口间隙较大时，其扭曲现象将更加严重），导致活塞环局部地时而与环槽的上侧面接触，时而与其下侧面接触，反复地作敲击运动。此时，如果活塞环的自由振动频率与活塞的往复运动周期合拍而发生共振，振幅就会增大，从而引起环槽磨损，活塞环上下端面磨损以及活塞环折断。
  活塞环圆周方向的旋转运动，在二行程发动机中是不允许的。这种发动机的缸壁上有进气、排气和扫气孔，由于活塞环在这些气孔上滑动，开口部分会突入到气孔中去，并与气孔的上下边缘相碰，如果这样反复作用，就引起扭曲疲劳损坏。为防止活塞环开口部分转到气口处去，必须使环在活塞中的位置保持不变，设置了“止动销”，以防止环的转动，这是由于二冲程发动机的特点不得已而采取的处理方法。由于止动销限制了活塞环在环槽中的转动，容易引起活塞环的粘着。因此对润滑油的品质、性能及选用极为严格。

分析得很透彻。