内燃机构造与设计--10活塞组件

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1、内燃机构造与设计10活塞组件10.1概述1.活塞组件组成：包括活塞、活塞销、活塞环、卡环2.运动方式：作上下变速往复运动3.作用：与气缸组成封闭的燃烧室，保证发动机工质的可靠密封4.工作特点：工作温度高，机械负荷大，高速滑动，润滑不良，磨损严重等，影响发动机的工作可靠性与使用耐久性。5.活塞组件设计的目的：提高活塞组零件的工作可靠性和耐久性。10.1概述6.活塞组件的工作条件机械负荷：气体作用力、往复惯性力、侧压力热负荷：高温燃气磨损：润滑不良，高速滑动7.活塞组件主要设计要求足够的强度和刚度质量小温度水平低气缸密封良好良好的润滑油膜减小配缸间隙较高的耐磨性和抗拉毛性考

2、虑传力、传热、导向、密封、轻重和减摩耐磨六个方面。10.1概述柴油机的活塞热负荷比汽油机的活塞热负荷高，原因：对流换热强，工质密度大，扰流强，很高的压力升高率引起急剧的气流脉动。热辐射大，柴油机中不均匀混合气燃烧形成碳粒，使其火焰的热辐射能力大大超过汽油机。柴油机中燃料喷射不均匀，使温度分布不均匀，因燃油喷射、雾化都在燃烧室内。通常柴油机中的活塞上都有凹坑，使受热面积增大，热负荷增加。10.2活塞的结构型式与材料10.2.1结构型式及主要尺寸比例结构型式整体铸造的铝合金活塞（柴油机活塞）————汽车发动机常用10.2活塞的结构型式与材料整体锻造的铝合金活塞（汽油机活塞）

3、————汽车发动机常用整体铸铁活塞————某些二冲程车用发动机10.2活塞的结构型式与材料钢顶铝裙的组合活塞————高强化发动机活节活塞————高强化发动机10.2活塞的结构型式与材料主要尺寸符号总高度H压缩高度H1裙部高度H3顶板厚度δ火力岸高度h第一道环岸高度c1活塞销偏置距e活塞销直径d1销座间距B’活塞销中心线以下的裙部高度H210.2活塞的结构型式与材料符号见表10.2活塞的结构型式与材料10.2.2活塞的材料对活塞材料的要求：热强度高，在高温下有足够的机械性能导热性好，吸热性差膨胀系数小比重小良好的减摩性能，耐磨，耐蚀工艺性好，价廉活塞的材料：铸铁：灰铸铁、

4、可锻铸铁、球墨铸铁特点：耐热性、耐蚀性好，膨胀系数小，热强度高，成本低，工艺性好，比重大，导热性差应用：大型中、低速柴油机，高增压柴油机，热负荷较高的二冲程柴油机。耐热钢强度高，用作组合活塞的顶部，用于强化的柴油机中。10.2活塞的结构型式与材料铝合金：铝铜合金、共晶铝硅合金、过共晶铝硅合金特点：比重小，惯性小，导热性好，温度场均匀，热应力小，高温时强度、硬度下降较快，使结构设计复杂，成本高。无论是铸造铝合金活塞还是锻造铝合金活塞，在成形之后都必须进行热处理，以提高其强度并保证其尺寸的稳定性。常用的热处理工艺是淬火加人工时效。10.3活塞的传热结构与导向结构10.3.1

5、活塞的传热结构当活塞无油冷时，由燃气传入活塞的热量大部分经活塞环传给缸筒再传给冷却水或空气，小部分经裙部传给缸筒，经活塞内壁面传给曲轴箱油雾。活塞传热结构的设计目标，一是要降低活塞的热负荷程度，即降低其最高温度和各处温差，二是要提高其热负荷承受能力。降低活塞的热负荷采取的结构措施有：1、尽可能减少顶部受热表面并避免凸起和尖角，从这个角度看来柴油机的直喷燃烧室不宜有缩囗。10.3活塞的传热结构与导向结构2、将顶板和环区厚度加大并采用大过渡圆角，以减少由顶面向环区传热的热阻，这种热流型设计可降低活塞顶部的温度和热应力。3、选取适当的火力岸高度，使第一道环的上止点位置不高于缸

6、体水套的上缘。4、裙部和活塞销座部分应有足够刚度，保证各环槽侧面不变形扭曲，使活塞环能紧贴环槽侧面，这即是封气封油所需要的，也是传热所需要的。10.3活塞的传热结构与导向结构图10-11活塞顶部壁厚及形状对顶部温度的影响10.3活塞的传热结构与导向结构5、对热负荷很大的柴油机可采取油冷措施来降低活塞的热负荷，最简单的油冷措施是向活塞内壁喷油冷却，可以经连杆中的油道从连杆小头顶端的油孔喷油（为此连杆轴瓦中间要开一道油槽）。也可通过固定在机体上的喷嘴喷油，也可以在活塞顶部设环形油腔，强制送油冷却。10.3活塞的传热结构与导向结构6、为了提高活塞承受热负荷的能力,有些铝合金活

7、塞顶面采用硬质阳极氧化处理，形成厚0.075-0.1mm的硬质层。这种氧化层的热强度高，有助于防止顶部热裂。有些直喷式柴油机的活塞在燃烧室缩口处铸入铸铁护圈，以提高该局部的热强度。这种护圈通常采用膨胀系数与铝合金接近的高镍奥氏体铸铁。此外，有的铝合金活塞采用整个活塞顶和环区镶入铬钼钢薄层的结构，有的顶面喷涂陶瓷，有的铸入陶瓷燃烧室镶块。这些措施的共同特点是可以减少通过活塞的热流量，从而降低铝合金本体的温度水平和各处温差。至于高强化发动机用的铸铁活塞和以铸铁(或耐磨钢)为顶部的组合活塞或活节活塞，由于铸铁导热率低，必须油冷。10.3活塞的传