活塞设计思路2005年04月07日09:39出处：作者：田刚活塞的设计是体现发动机整体设计实力的表现之一。在谈活塞设计之前，先让我们了解一下活塞的工作环境。混合气在燃烧室内燃烧时产生的温度超过700摄氏度；活塞高速运动时其加速度达到20000~60000m/s2；四冲程发动机工作时活塞顶部中心温度在250摄氏度左右，二冲程发动机则为300~350摄氏度。由此可见，活塞是在一个高温的环境中工作，所以，一般使用铝材料制造活塞，铝材料重量轻、导热性又好。大多数发动机都使用铸铝活塞。但是，铝材料的高温强度极低，其300度的高温度要降低50%左右，而活塞又必须承受高压气体的压力，所以必须加厚各壁面的尺寸。然而，这又将影响其高速性，所以，在保证活塞足够强度的前提下，如何加强活塞的冷却能力是一个关键问题。大体上来说，活塞是一个圆筒状零件。但实际上，活塞的头部尺寸略小，裙部尺寸略大。这样，当活塞工作时，由于活塞头部温度较高，壁厚较厚，而产生较大的热变形后，上下部就能达到一致。从活塞头部方向看去，活塞在活塞销孔方向直径较小，其断面是一个椭圆形。原因是活塞销孔方向有活塞销座，金属规程较多，所以这个方向的热膨胀比较大。此外，活塞头部温度分布十分不均匀。排气门下面的部分温度较高，进气门下面的那分温度较低，基于上述考虑，有的活塞把排气门下部的尺寸设计得小一些。在活塞上，为了减轻活塞的侧压力，活塞销孔往往不在活塞的中心线上，而留有一定的偏置量。以上种种考虑使活塞的设计十分复杂，而每一种成功的设计，都显示了设计主体的综合实力。整车传动系统开发系列:曲柄连杆机构之活塞整车传动系统开发系列:曲柄连杆机构之活塞一、曲柄连杆机构的功用及组成9tR汽车设计网9tR汽车设计网曲柄连杆机构是发动机的主要运动机构。其功用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，同时将作用于活塞上的力转变为曲轴对外输出的转矩，以驱动汽车车轮转动。曲柄连杆机构由活塞组、连杆组和曲轴飞轮组的零件组成。9tR汽车设计网(一)活塞9tR汽车设计网1．活塞的功用及工作条件9tR汽车设计网活塞的主要功用是承受燃烧气体压力，并将此力通过活塞销传给连杆以推动曲轴旋转。此外活塞顶部与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。9tR汽车设计网活塞是发动机中工作条件最严酷的零件。作用在活塞上的有气体力和往复惯性力。活塞顶与高温燃气直接接触，使活塞顶的温度很高。活塞在侧压力的作用下沿气缸壁面高速滑动，由于润滑条件差，因此摩擦损失大，磨损严重。9tR汽车设计网2．活塞材料9tR汽车设计网现代汽车发动机不论是汽油机还是柴油机广泛采用铝合金活塞，只在极少数汽车发动机上采用铸铁或耐热钢活塞。9tR汽车设计网3．活塞构造9tR汽车设计网活塞可视为由顶部、头部和裙部等3部分构成。9tR汽车设计网9tR汽车设计网1)活塞顶部。汽油机活塞顶部的形状与燃烧室形状和压缩比大小有关。大多数汽油机采用平顶活塞，其优点是受热面积小，加工简单。采用凹顶活塞，可以通过改变活塞顶上凹坑的尺寸来调节发动机的压缩比。9tR汽车设计网9tR汽车设计网柴油机活塞顶部形状取决于混合气形成方式和燃烧室形状。在分隔式燃烧室柴油机的活塞顶部设有形状不同的浅凹坑，以便在主燃烧室内形成二次涡流，增进混合气形成与燃烧。9tR汽车设计网柴油机还有另一类燃烧室，称为直喷式燃烧室。其全部容积都集中在气缸内，且在活塞顶部设有深浅不一、形状各异的燃烧室凹坑。在直喷式燃烧室的柴油机中，喷油器将燃油直接喷入燃烧室凹坑内，使其与运动气流相混合，形成可燃混合气并燃烧。9tR汽车设计网9tR汽车设计网2)活塞头部。由活塞顶至油环槽下端面之间的部分称为活塞头部。在活塞头部加工有用来安装气环和油环的气环槽和油环槽。在油环槽底部还加工有回油孔或横向切槽，油环从气缸壁上刮下来的多余机油，经回油孔或横向切槽流回油底壳。9tR汽车设计网活塞头部应该足够厚，从活塞顶到环槽区的断面变化要尽可能圆滑，过渡圆角R应足够大，以减小热流阻力，便于热量从活塞顶经活塞环传给气缸壁，使活塞顶部的温度不致过高。9tR汽车设计网在第一道气环槽上方设置一道较窄的隔热槽的作用是隔断由活塞顶传向第一道活塞环的热流，使部分热量由第二、三道活塞环传出，从而可以减轻第一道活塞环的热负荷，改善其工作条件，防止活塞环粘结。9tR汽车设计网9tR汽车设计网活塞环槽的磨损是影响活塞使用寿命的重要因素。在强化程度较高的发动机中，第一道环槽温度较高，磨损严重。为了增强环槽的耐磨性，通常在第一环槽或第一、二环槽处镶嵌耐热护圈。在高强化直喷式燃烧室柴油机中，在第一环槽和燃烧室喉口处均镶嵌耐热护圈，以保护喉口不致因为过热而开裂。9tR汽车设计网9tR汽车设