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1、汽车工艺与材料AUTOMOBILETECHNOLOGY&MATERIAL·材料·工程陶瓷材料在内燃机上的应用解放军汽车管理学院陆克久马太民张志远【摘要】介绍了国内外工程陶瓷材料在内燃机零部件上的应用情况,并探讨了陶瓷材料的应用障碍及发展前景。【Abstract】Theapplicationofengineeringceramicmaterialtoenginepartsisintroduced.Andthedevelopmentprospectandtheobstaclestoapplicationofceramicm
2、aterialarestudied.叙词:工程陶瓷内燃机零件Relatedterms:EngineeringceramicmaterialEngineParts高温强度值也较大。在活塞顶面喷涂陶瓷材料,由于1工程陶瓷材料在内燃机上的应用喷涂工艺上的困难,目前可靠的涂层厚度一般不超内燃机上可以利用陶瓷材料制作的零件很多,过1.5mm,可实现活塞的部分隔热。此外,以陶瓷但由于各种条件的限制,实际应用在内燃机上的陶“晶须”作为铝、镁和塑料的增强剂,不仅减轻了重瓷零件只有少数几种,其余仍处于实验室试制阶量,还提高了耐热性和强度
3、。段。现将国内外陶瓷发动机的应用现状作一介绍。在铝合金中加入14(φ%)的Tokawhiskcr碳化硅1.1陶瓷活塞晶须,其抗拉强度提高50%,纵弹性模量增加40%,陶瓷活塞一般用于柴油机,主要有以下几种结延伸率下降30%,热膨胀系数减少30%,硬度提高构形式:80%。用Tokawhisker制活塞顶部,使活塞的机械强度镶块式用陶瓷镶块铸入活塞顶部高温区;升高,热冲击性能优良,并减轻了重量。组合式将陶瓷活塞顶用机械连接或焊接方式1.2陶瓷气缸套与裙部连接;陶瓷气缸套的结构主要有:a.用陶瓷材料做成喷涂式在活塞顶部高温区
4、表面喷涂陶瓷;缸套上圈;b.在缸套内表面喷涂陶瓷材料;c.用陶•全陶瓷活塞整体用陶瓷制造。瓷与金属整体复合制成;d.全陶瓷缸套。活塞的某些部位采用陶瓷材料后,可使燃烧室由于气缸套上端承受较大热负荷,上下端温差实现部分绝热,从而减少冷却系统的容量和尺寸。达400～500K,故常采用陶瓷材料制成环形上圈,与在高强化柴油机中可有效降低活塞环槽区的温度,金属缸套上部内表面压配。也可在缸套上部内表面有时可取消活塞的专门冷却。图1为陶瓷在活塞上喷涂陶瓷来代替陶瓷上圈,缸套上部的绝热范围大的应用实例。致相当于第一道活塞环上止点以上位
5、置。日本“小松活塞顶部发动机”则采用在缸套内壁全长上喷涂复合材料。(Si3N4)“小松发动机”在105mm缸径绝热机上曾采用全陶密封垫片活塞裙卡环瓷缸套,据称可靠性不够理想。环1.3陶瓷绝热气缸盖环槽陶瓷材料用于气缸盖主要有两种方式:一是在装配轴缸盖底部安装陶瓷底板(如图2),另一种是在金属缸盖底部喷涂陶瓷。陶瓷底板可以兼作气门座,也可图1陶瓷活塞另设气门座。气缸盖采用陶瓷底板后可有效抑制气活塞顶部采用Si3N4制造,在活塞环槽部位喷涂缸盖内部传热。试验表明,当陶瓷底板厚度在2.5～金属,金属卡环热压配合固紧在活塞裙上
6、,然后采用7mm之间时,气缸盖的热流量可减少72%～84%。加压硬钎焊法使其结合。采用这种方法的接合强度风冷式柴油机鼻梁区采用陶瓷材料后,在减小冷却比传统的扩散接合高2～3倍,且强度分布波动小,风量的同时甚至可提高功率而不致开裂。-14-汽车工艺与材料©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net陆克久:工程陶瓷材料在内燃机上的应用发动机低负荷时的燃烧,也改善了低温起动性能,降低了
7、燃烧噪声和HC的排放量。同时,由于实现了燃烧室的部分绝热,减少了冷却水带走的热量,因而有12利于提高发动机的热效率。丰田增压柴油机提高功3率后,金属镶块达到了所能承受的温度极限,采用陶4瓷镶块后使功率又提高10%。五十铃发动机利用陶5瓷镶块,使柴油机怠速噪声降低了2dB(涡流室结构6789101112见图4)。马自达发动机的整个涡流室用陶瓷制成,1—气缸盖2—气缸垫片(上)3—缸盖垫板分上下两体,外设空气层,依靠高度绝热使燃烧改4—气缸垫片(下)5—紫铜垫片6—金属垫圈善,颗粒排放减少。7—气缸套8—陶瓷缸盖底版9—气
8、阀(进)电热塞10—气阀座圈(加长)11—活塞12—陶瓷缸套上圈图2气缸盖的绝热结构U字垫1.4配气机构陶瓷零件陶瓷涡流室镶块由于陶瓷材料的重量轻,配气机构中的气门、挺柱、摇臂及弹簧座改用陶瓷后,可提高发动机转速来空气层提高功率,或在转速不变的情况下减弱气门弹簧而定位片降低功率损耗。我国492QA型汽油机采用陶瓷化配气机构,使零件
