活塞环是内燃机的关键零部件之一，起着密封、控油、导热、支撑四大重要作用。其设计和工作的好坏直接影响到发动机的性能。活塞环的外圆面轮廓形状决定着活塞环润滑时的油膜分布，对发动机的机油耗、漏气量有着重要的影响。　　 本文以一台柴油机活塞环为研究对象，优化设计原机环的外圆面型线，进而提出两种优化方案，其中方案一中第一道气环的外圆面形状为一段圆弧的偏桶面结构，桶面高点为1.34mm;第二道气环的外圆面形状为锥度是2°12′的锥面;油环的上下刮油刃在原机的基础上切削成带同向锥度的形状。方案二中第一道气环的外圆面形状为一段圆弧的偏桶面结构，桶面高点为1mm;第二道气环和油环的外圆面形状与方案一的相同。利用AVL公司Excite Piston&Ring软件模拟计算出外圆面形状变化时柴油机机油消耗、漏气量的模拟数值，得出了活塞环组在不同途径和不同时刻机油消耗差异明显的主要因素，其中由惯性力导致的顶环环岸润滑油的甩出是导致机油消耗产生的主要原因。同时模拟分析表明，新设计方案的漏气量和机油耗的模拟数值都低于原机环，而方案二性能更优。　　 通过装机台架性能试验验证优化方案的实际使用效果，进行了三轮台架试验，发动机工作良好，运转稳定。研究表明优化方案切实可行，方案二对应的实际漏气量和机油耗最低。同时，第一道气环的外圆面结构，也有利于调节机油和形成合适的油膜，使活塞在压缩和排气行程中不会将大量润滑油带入烧燃室中。　　 对比分析漏气量和机油耗的模拟结果及台架试验结果，可以看出模拟计算结果与试验结果有很好的一致性，表明设计方案切实可行，同时提出方案二为最优方案。