文/翻译及汇整POB，部份图片来自JE、CP、以及其国际厂队技术部门。未经同意请勿转载

大部分活塞上都配置了三道活塞环(部份自然进气竞技用性能活塞为两道)，分别为两道压缩气密环以及一道刮油环。而与简单的活塞环相比，活塞环槽具有更大的用途。它们影响燃烧时的汽缸密封效果，机油控制性能，活塞摩擦系数控制以及更多引擎相关的性能特性。

我们整合了全球活塞技术领导者的技术文献并且将其汇整以及翻译，在这些细节中，赛车和高性能引擎中使用的活塞环类型一直是热门话题。但活塞中的环形槽也在密封燃烧压力和控制机油和压力释放等方面发挥着重要作用。

我们知道众多引擎组装技师着重在挑选周边零件以及各项搭配的突破之上。但是在追求最佳的气缸密封效果时，活塞自带的活塞环槽型式却经常被忽略。

世界上任何一个活塞即使使用最强劲的材质、拥有最优异的加工程序以及美丽的外观，但如果没有正确且优异的环形槽设计下也将变得英雄无用武之地。

许多引擎零件制造商虽然仍竭尽全力提供精密的活塞环端部间隙，但是凹槽中的环型间隙却经常无法被有效控制，并且很少考虑环槽密封表面的质量。甚至经常使用假设性的间隙来作为环槽加工程序考量。

活塞环面和缸壁之间的介质以及占空性仍然在众多赛车团队和引擎制造商之间被广泛讨论，但环型槽中的燃烧密封同样如此重要。为了获得最佳效果，环形槽必须为活塞环提供理想的间隙和运动自由度，并且必须提供坚硬，平坦的密封表面，以便活塞环能承受高气缸压力。

以下我们来简单介绍一下各种活塞环槽部位以及其相关的技术说明，方便下一篇的解释。

活塞环的轴向间隙：

• 定义为– 安装活塞环后，活塞环槽中留有的垂直间隙。根据标准应用，侧面间隙通常为0.001-0.003 英寸。而现今的薄型活塞环，一些赛车运行侧轴向间隙密度为0.0004-0.0005 英寸，使用通气口来补充活塞环压。

径向回力间隙：

• 定义为– 当活塞环面与活塞平面齐平时，活塞环后端与环槽的空间。大多数赛车应用和高性能引擎活塞的后部间隙为0.008 – 0.012英寸。

径向壁厚：

• 定义为– 从前面接触汽缸壁到活塞环的后端或内侧的活塞环尺寸。“D面” 是用作在汽车上的标准厚度指示(SAE 标准)，它是通过汽缸直径除以22 计算而来。如：4.125 英吋的汽缸直径除以22 得到0.187 英吋就是径向壁厚。

轴向高度

• 定义为– 从一个面到另一个面的尺寸或活塞环的厚度，通常用1/16“ 的分数尺寸表示，或是十进制尺寸如0.043 英吋、公制尺寸如1.5mm。当活塞环在TDC 和BDC 处形成动态方向反转时，较小的活塞环厚度意味着较小的质量和较小的惯性。较小的活塞环也产生较小的摩擦，但活塞环尺寸关系着密封效果和控制机油以及润滑的特性。

测量活塞环槽间隙：

▲厚薄规是检查活塞环槽中的活塞环间隙最常使用的方法。典型的间隙范围为0.001至0.005英寸，具体取决于用途以及引擎配置。

通常在活塞环和活塞环环槽顶部之间插入厚薄规来检查轴向间隙。稍微来回移动将确定适当且测量到正确的间隙。从最小的0.001 英寸开始，然后进行反覆测试。不要在活塞环槽和活塞环槽底部之间进行测量，否则可能会损坏密封面。除此之外有一些引擎建构者用一迭厚薄规测量活塞凹槽本身，然后在用千分尺测量活塞环厚度后进行计算比较。然而第一种方法是比较好的，并且第一种做法可以同时在活塞周边的几个对称位置重新验证检查。

活塞环槽后部间隙：

通过将活塞环的边缘插入凹槽中并将其一直压到凹槽的底部以确保它不会突出表面来检查活塞环后部间隙。您可以通过在一组表盘式卡尺上使用深度刻度测量活塞环槽的深度来验证后部间隙，然后将其与测量的径向厚度进行比较。如果活塞环槽太薄而无法用卡尺深度尺进行测量时，另一种方法是使用模型粘土或软蜡，将其压入凹槽中然后将其取下并用卡尺测量。

▲大多数活塞制造商会选择在油环槽后端进行泄油浮雕钻孔。而有些压注开槽孔会在切割活塞槽时被打开，无论哪种形式它们都同样有效，但有些人觉得它们在环形部位上会造成弯曲或是强度不足等问题。

活塞环槽提供的性能？

活塞环槽必须与气缸壁完全垂直，而气缸压力会对活塞环施加向下且向外的压力使其紧靠气缸壁，借此实现最佳密封效能。在汽缸点火爆炸燃烧事件的期间，汽缸压力将会沿着缝隙以及其路径行进并进入活塞环上方的环形凹槽中。然后填充活塞环后端间隙，将环压在气缸壁上。活塞环槽中的轴向间隙提供了压缩环后部的压力填充路径。因此，活塞环会对气缸壁和活塞环槽底部加压。

活塞环槽后部空间尺寸至关重要，因为它控制活塞环的作用响应时间。后端间距太大会使活塞环有效响应时间缓慢，但必须有一些间隙，以便活塞环在所有动态条件下都可以一致移动。而轴向间隙的主要目的是允许活塞环旋转。气缸壁中的交叉影线(膛线) 会对活塞环形成牵引力、使活塞环旋转。其他如活塞中的垂直和水平气体导流孔也是将气缸压力引导到活塞环背面的方式。

高温造成的微型熔接？

▲微型熔接是由于高温而导致环槽向活塞环质量异常转移或熔接。一旦造成这个问题，活塞环会被限制旋转或是失去自由间隙，如果严重将造成不可逆的损坏。

伴随赛车严苛的环境和高性能活塞应用的最关键问题之一就是“微型熔接” 问题。当局部摩擦导致材料从环形区域转移到环形侧面时，微型熔接会损坏活塞环或环形槽密封表面，在活塞环底部环侧是最常见的位置。

造成这个状况的主要原因是过度使用以及对于温度控制不良所造成。最常出现在耐久赛、或是涡轮引擎上，其中也因为活塞环放置位置太高并且太靠近急遽升高的燃烧温度，或者在耐久赛持续性的高温加压等严苛条件下。微型熔接会直接破坏活塞环密封的性能，甚至可能将活塞环直接卡死在活塞环槽中。

应该注意的是，高温环境下的环形凹槽(尤其是顶部凹槽) 并不会均匀地膨胀。他会依照活塞圆顶轮廓、碟形轮廓和阀门顶刻型式、材料厚度不均匀等因素有所差异。

活塞环槽位置设计理论：

▲活塞环组的位置是依照特定用途有所改变，取决于活塞的压缩高度，汽门凹口的尺寸和深度以及环形包装的尺寸。

许多OEM 引擎的第一道活塞环距离汽缸平面为0.300 – 0.400 英寸。用于耐力赛应用会将顶部环由0.125 降低到0.150 英寸。在经过重度改装的高压缩自然吸气式比赛引擎中，顶部环位置可从汽缸平面下方的0.060 到0.100 英寸变化。

多年来，这种趋势已经倾向于在自然进气的引擎中采用更紧密和更高的环形封装。它通过扩展环和活塞裙部之间的接触点来提高稳定性，并减少了抵抗爆炸的缝隙体积并促进更稳定的燃烧，使气缸性能更加活跃。Super Stock 类中的车队总是希望将顶圈设置在更高的位置，以确保活塞环组的稳定性并促进更积极和彻底的燃烧条件。除此之外，更高的活塞环组设计可以允许你使用更短更轻巧的活塞本体设计。

▲如图，涡轮应用(右)整个活塞环组件沿活塞向活塞裙移动，使其远离活塞顶较高之温度。活塞环在最大功率，自然进气活塞(左)将被放置得更贴近活塞平面，以最小化缝隙体积，并且可以适应更长的连杆长度，并将活塞梢放置在更具稳定以及坚固的活塞裙座上。这在众多原厂性能车以及高压缩比赛引擎上很常见。

受到极端的热源和压力冲击载荷的涡轮配置或是NOS 燃料通常需要将第一道活塞环从活塞顶部向下移动至约0.300 英寸。在许多情况下，这也取决于汽门尺寸和位置、活塞顶刻要求，第一道活塞环的径向宽度和活塞销位置等等。

有时，环形组件向下移动超过0.400 英寸以适应这些问题。进气汽门顶刻通常影响着第一道活塞环的位置，因为进气汽门总是更大且更靠近活塞顶的边缘。更薄的活塞环和更小的活塞环槽为更佳的活塞环放置提供了更多的选择的空间，因为它们只需要较少的空间，但是它们在严苛的高压力使用上却往往处于危险之中。例如使用NOS 助燃的配置，由于NOS 的空燃比特性总是混乱且不可预测，所以在这种情况下，就算将活塞环组下移至0.450 英寸以上也并非不合理。

顶部高压进气孔以及环形震动：

▲燃烧事件中产生的压力有助于将活塞环密封到汽缸壁上。气缸压力从缝隙进入环槽，穿过活塞环的顶部并在其后端产生向下推动以及迫使其抵靠气缸壁的压力。其余活塞环上方的压力将活塞环牢牢密封在活塞环槽的底部。

对于超薄，低张力活塞环需要通过燃烧压力产生的高压气体以实现最佳密封。一般NASCAR 或是道路赛的活塞设计上会在环形槽顶部增加水平导气孔来抵抗积碳凝聚，而短冲刺以及非长时间竞赛的瞬间爆发引擎则大部分会选用更有效的垂直导气孔设计。

导气孔在活塞环后面提供更直接的气缸压力，以将环密封施加压力在环形槽的底部表面上并迫使其向外靠在气缸壁上。导气口的直径和数量很大程度上取决于用途和活塞直径有所差异。但都必须达到将气体压力均匀的施加到活塞环上以达到良好的密封效果、并防止有害的活塞环颤动。

▲垂直导气口(右)与活塞环槽的背面相交，以对活塞环的后部施加直接压力。它们通常用于纯竞技使用，由于频繁的往复爆炸，往往会造成严重积碳。另外一种围绕环顶部的水平导气口(左)提供了额外的压力传输路径让压力到达活塞环槽的后部，这种通常用于耐久性使用，因为它们不会像垂直导气口那样快速产生积碳。

摩擦系数减低槽：

▲摩擦系数减低槽通过减少第一道活塞环上方的表面材料面积来最大化减少摩擦面积。除此之外这些细槽还可以有效破坏爆炸引起的高压力峰值传递。

这些细致的凹槽被加工到第一道活塞环上方的活塞顶侧区域中，用以直接减少活塞在运作反转时与汽缸壁直接接触的阻力。并且它们还可以破坏火焰进入活塞环槽来帮助抵抗可能会造成活塞环直接离开活塞环槽的汽缸爆炸压力峰值。

压力续能槽：

▲压力续能槽在第一道活塞环下方用以提供额外的空间，也因如此压力峰值不会进行累积并试图将活塞环顶开。

压力续能槽通常加工于顶部压缩环和第二(刮油) 环之间的活塞本体之上。其目的是提供额外的释放空间，用于阻挡且破坏逃离第一道活塞环的爆炸压力峰值。它通过释放压力来支撑第一道活塞环密封性能，有助于减少因压力变化引起的活塞环振动。压力续能槽已被证明是最有效的且重要的项目，并且它们是许多高性能和赛车活塞的共同特征。

活塞环槽的质量和位置与凸轮规格一样重要。在任何重载应用中，正确的活塞环槽位置和最终的密封性能是提高动力和零件耐用性的关键。因此，如果您想要配置自己使用的活塞零组件，请务必使用活塞制造商指定的活塞环规格。

▲所有活塞都应该包含规格表，并提供活塞环端间隙和活塞环槽间隙的测量值。