一种缸内直喷发动机活塞的设计.pdf

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1、10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.08.026一种缸内直喷发动机活塞的设计赵世来，孙秀毅，张治国（华晨汽车工程研究院动力总成设计处，辽宁沈阳110141）摘要：发动机采用缸内直喷技术不仅能提高的动力性，更重要会带来节能减排的效应；活塞是发动机的心脏，其中燃烧室内活塞头部形状起到关键性的作用。这里详细地阐述一下活塞的设计方法。关键词：活塞；发动机；轻量化；燃烧室中图分类号：U462.1文献标识码：A文章编号：1671-7988(2017)08-76-03TheEngin

2、ePistonDesignOfDirectInjectionCylinderZhaoShilai,SunXiuyi,ZhangZhiguo(BrillianceAutoR＆DCenterPowerTrainDesignsection,LiaoningShenyang110141)Abstract:Enginedirectinjection(GDI)technologycannotonlyimprovethedynamicperformance,Moreimportantwillbringthee

3、ffectofenergysavingandemissionreduction;Thepistonistheheartoftheengine.Theshapeofthepistonheadplaysakeyroleinthecombustionchamber.Thedetaileddescriptionofthedesignofthepiston.Keywords:Piston;Engine;Lightweight;ThecombustionchamberCLCNO.:U462.1Documen

4、tCode:AArticleID:1671-7988(2017)08-76-03活塞厂的材料只能满足原始设计强度要求，但是无法满足直前言喷发动机活塞材料的要求，活塞材料要较强的耐磨性、耐腐蚀性，较强的刚度和抗疲劳强度。所以活塞材料在原有的基在当今汽车行业中，节能减排问题一直受到大家高度的础上进行了优化升级，增加了Cu、Mn、Ni的含量，提高了关注，今后对其要求也越来越严格，为了解决此问题，汽车抗拉强度和耐高温性能力。常温（20℃）抗拉强度不小于发动机就不得不断开发新技术，优化现有产品来满足现状的

5、200MPa,高温（300℃）抗拉强度不小于100MPa。活塞本身要求。对于发动机来说，缸内直喷技术是目前主流技术。缸最高可以能承受350度的高温。盖与活塞形成一个封闭的空间，一起构成了燃烧室，燃油直接喷到缸内，完成燃料的燃烧。活塞作为发动机的关键零部2、活塞结构设计件，需对其进行全方面的升级，主要集中在活塞材料、减重，减摩擦、结构上的改进（主要包括顶部、头部、裙部）。这里这里的活塞结构设计，主要从燃烧室形状、头部形状及[1]详细的介绍一款直喷发动机的活塞。裙部方面经行阐述。这些部位都采用先进的

6、技术，来适应当前的发展形势。其他部位采用原始设计方案即可。1、活塞材料的选择2.1燃烧室设计某发动机研究院通过多次试验已证实，最常见的直喷活为了提高发动机动力性和经济性，发动机向大爆发压力，塞燃烧室结构有一下两种，即盆型、屋脊型结构。见图1、大压缩比发现发展，所以活塞的材料也发生了巨大变化。某图2。活塞形状对发动机的进气量影响不大，这两种形状的作者简介：赵世来，工程师，就职于华晨汽车工程研究院，主要从燃烧室均可在点火时刻在火花塞附近形成紊流，形成可燃混[2]事发动机设计工作。合气。77汽车实用技

7、术2017年第8期活塞燃烧室A，盆型方案有利于燃烧速度的扩散，以及3）内腔设计缸内温度和压力的速度上升，燃烧室盆型，其燃烧效果明显内腔采用梯形结构，减少销孔处的面压。销孔采用减压优于平顶活塞，凹坑较大，气流可以平滑掠过活塞顶，有利槽设计，不仅能减少应力集中，而且还会储存润滑油，起到于紊流的形成，提高了燃料的利用率，有利于降低排放。例润滑作用。如大众EA211活塞就是采用A方案。B方案，靠近右侧排气侧凸起处会把气流流向火花塞，同时在活塞中心处设计燃烧室的凹坑来控制油雾的发展，此方案类似与大众EA1

8、11活塞。图5内腔2.3裙部设计试验证明，活塞裙部表面是影响阻力的主要因素之一，图1燃烧室A图2燃烧室B通过更改加工工艺，改善裙部形状和表面处理方法可以减少2.2头部设计磨损。1）头部轻量化设计1）裙部结构改进位于活塞头部油环岸的下沿与面窗交汇处，四处分别采采用短裙结构，不仅能减少了活塞本体的质量，而且还用凹坑结构形式，主要是实现减重，为了提高可靠性，进行会降低活塞的惯性力。采用窄的裙部，减少与缸体的接触面FEA分析后，每个凹坑大约能减少5g。4处大约减少20g，积，减少摩擦损失。如图6对于24