下圖為一種典型的矩形截面的活塞環密封。圖a為自由狀态的活塞環，圖b為活塞環處于密封的位置。圖c未活塞環處于中間的位置。

自由狀态下的開口活塞環的形狀并非一正圓，在活塞環裝入圓柱的缸體後，才形成一圓形環。由于環本身所具有的張力，迫使環的開口端向外擴張而使環的外側貼緊缸壁，形成環外側與缸壁的一次接觸密封，構成第一密封面。可根據曲杆彎曲理論設計自由狀态下的活塞環形狀，從而使活塞環安裝後，達到符合特定要求的第一密封面上的初始接觸壓力。但對某些特定情況，如高速發動機，為避免活塞環發生顫振現象，要求活塞環安裝後，形成一梨形的初始接觸壓力分布，即靠近徑向部位的接觸壓力比其他地方高。

當施加系統壓力P後，環被推向洩漏的方向，與活塞環的側面形成二次接觸密封，構成第二密封面。如果活塞環處于中間位置，不與槽的側壁形成第二密封面，則發生洩漏。

當氣體壓力P起作用時，作用在環外側的氣體壓力增強了一次接觸密封。如果系統壓力P的值适中，則一次密封接觸壓力和二次密封接觸壓力都不會太大。但随着活塞兩端總壓力差的增加，接觸壓力也相應增加，當超過一定限度，就應采用多個活塞環。總接觸壓力包括環的初始接觸壓力和氣體壓力産生的接觸壓力。通常氣體壓力産生的接觸壓力較大，是形成軸向和徑向密封阻力的主要原因。當氣體壓力高時，環張力（初始接觸壓力）的影響可以忽略不計；當氣體壓力很小時，則環的張力可能是主要的。

在理想工作狀态下，活塞環的第一密封面與第二密封面均處于良好的密封狀态，此時氣體的唯一洩漏通道就是環的開口間隙處。環開口間隙處的形狀和間隙大小影響洩漏量。常用的活塞環開口形式有直切口、斜切口和搭切口。根據活塞的大小和最高的操作溫度，活塞環室溫下的開口間隙為0.2~0.5mm，但必須确保工作狀态下，活塞環受熱膨脹後不完閉合。對于現代汽油發動機，通過活塞環開口處的漏氣量約為燃燒室進氣量的0.3~0.5%，最大為1%。

當活塞兩側壓力差較大時，可以采用多道活塞環使流體經多次阻塞、節流，以達到密封的要求。

一般低壓活塞上隻設置2~3道活塞環，當在高壓級中，因第一道環壓力差大，磨損也大。第一道環磨損後，由于縫隙增大，降低了密封作用，此時餘下的壓力差由第二道環來承擔，第二道環替補了第一道環的作用，依次類推。為了使高壓級和低壓級活塞環的更換時間大緻相同，高壓級往往采用較多的活塞環。當壓差為0.5~3MPa，活塞環數為3~5；當壓差為3~12MPa，活塞環數為5~10；當壓差為12~24MPa，活塞環數為12~20。

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