发动机活塞轻量化的研究进展.pdf

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1、第42卷第6期小型内燃机与摩托车v01．42No．62013年12月SMALLINTERNALCOMBUSTIONENGINEANDMOTORCYCLEDec．2013发动机活塞轻量化的研究进展胡振1’2乔信起1王渠东2-3叶兵2-3+(1一上海交通大学动力机械及工程教育部重点实验室上海2002402一上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心3一上海交通大学复合材料国家重点实验室)摘要：活塞是发动机的关键零部件，活塞的轻量化对发动机性能具有重要意义。本文首先总结了几种主要参数对于发动机活塞轻量化的影响和工作原理，并且列举了不

2、同方面的发动机活塞轻量化实例，然后讨论了近年来发动机活塞轻量化的研究现状，最后在综合对比分析的基础上，提出了未来发动机活塞轻量化的发展思路。关键词：活塞轻量化发动机结构优化活塞材料中图分类号：TK405文献标识码：A文章编号：1671—0630(2013)06—0076—06ResearchProgressontheLighteningofEnginePistonHuZhenl⋯，QiaoXinqil，WangQudon92”。YeBm92，31一KeyLaboratoryforPowerMachineryandEnginee

3、ring(theMinistryofEducation)，ShanghaiJiaoTongUniversity(Shanghai，200240，China)2一NationalEngineeringResearchCenterofLightAlloyNetForming，ShanghaiJiaoTongUniversity3一StateKeyLaboratoryofMetalMatrixComposites，ShanghaiJiaoTongUniversityAbstract：Pistonisthekeypartsofthee

4、ngine．Lightweightpistonshaveimportantsignificanceontheengineperformance．Thispapersummarizesseveralmainparametersthatinfluencetheenginepistonweightandtheprincipleofwork，andliststheenginepistonlighteningexamplesindifferentaspects，andthendiscussesthere—searchstatusofen

5、ginepistonlighteninginrecentyears．Finally，thedevelopmentmentalityofenginepistonlighteningfutureisproposedbasedontheanalysisandcomparison．Keywords：Piston，Lightening，Engine，Structuraloptimization，Pistonmaterials引言活塞运动过程中经受机械负荷、热负荷和摩擦磨损，是内燃机中经受工作环境最恶劣的部件，因此内燃机的工作可靠性和使用

6、耐久性在很大程度上取决于活塞。活塞的机械负荷来自燃烧室的气体燃烧压力和往复直线运动产生的惯性力，热负荷来自活塞各处温度不均匀引起的热应力，而活塞的磨损来自与气缸壁高速度的相对滑动摩擦。为了保证活塞的高效率和寿命周期，对活塞材料提出了下列要求：高强度、轻质量、低热膨胀及耐磨与耐腐蚀性能。活塞在往复运动工作过程中，不断地急剧加速和减速，因而使惯性力远远大于活塞本身重量，同时为了达到稳定，发动机重力还需要大于惯性力，故而发动机重量远远大于活塞重量。例如，一般载重汽车发动机上的重力超过活塞重量的200倍，轿车发动机则超过600倍，赛车

7、发动机则超过4000倍。在水平运动中，重力本身不能做功，也不消作者简介：胡振(1990一)，男，硕士，主要从事发动机活塞的轻量化研究。第6期胡振等：发动机活塞轻量化的研究进展77耗能量，但它却增加受力部分的负荷，增加了承力机体质量，同时加大了轴承的尺寸。因此，活塞的质量决定了发动机质量，进而影响了汽车的质量，故而要求减轻活塞质量是势所必然。例如美国福特公司⋯研制出了塑料活塞裙部和常规的铝合金活塞头部连接起来的组合活塞以减轻活塞的质量。活塞的轻量化与降低连杆等运动件和轴承等固定件的质量密切相关，同时也关系到发动机整体的轻量化，它

8、还有助于提高发动机转速，改善运动性能旧J。活塞组运动时产生很大的往复惯性力，其最大值为F眦=一m·r·t02(1+A)(1)其中，F赫为活塞的最大往复惯性力，m为活塞组质量，r为曲柄半径，∞为曲柄旋转的角速度，A为曲柄半径与连杆长度之比，一般内燃机所用的曲柄连杆机构。根据方程