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汽车发动机活塞的结构

2018-01-06  长寿石

活塞承受汽缸中的气体压力,并将此力通过活塞销传给连杆,以推动曲轴旋转。

活塞顶部还与汽缸盖、汽缸壁共同组成燃烧室。活塞由顶部、头部、裙部和活塞销座四个部分构成。
汽车发动机活塞的结构​​活塞顶部是燃烧室的组成部分,主要承受气体压力,其形状、大小都与燃烧室的形式有关,均需满足可燃烧混合气形成和燃烧要求。其形状可分为平顶、凸顶、凹顶和成型顶四种。为了提高进、排气效率,防止气环与活塞的运动干涉,有些活塞在顶面加工出气门让坑位置。
汽车发动机活塞的结构​活塞头部一般做得较厚,从活塞顶至环槽区的断面变化要尽可能性圆滑,过渡圆角应足够大,以使活塞顶吸收的热量能由各道环分担传走,便于热量从活塞顶部活塞环传到汽缸的冷却壁面上,从而防止活塞顶部的温度过高。有的发动机活塞在第一道环槽上面车出较环槽窄的隔热槽,其作用是隔断从活塞顶部流下来的部分热流通路,迫使热流方向转折,把原来应由第一道活塞环散走的热量,分散给第二、第三道环,以消除第一道环过热后产生积炭和卡死在环槽中的可能性。

现代汽车发动机上广泛采用半拖鞋式裙部或拖鞋式裙部的活塞。它是把活塞裙部负荷能力不太大的部分完全去掉,保留了必要的承载部分,其优点为:活塞质量比一般活塞减小10%-20%;活塞裙部弹性好,可以减小活塞与汽缸的配合间隙;能避免与曲轴平衡发生运动干涉;能改善发动机冷启动时汽缸的润滑。

活塞裙部是指从油环槽下端面起至活塞最下端的部分,它包括装活塞销的销座孔。

活塞裙部对活塞在汽缸内的往复运动起导向作用,并承受侧压力,裙部的长短取决于侧压力的大小和活塞直径。通常活塞裙部有以下几种结构。

沿裙部高度方向上制成圆锥形,活塞裙上边缘直径比下边缘直径小。

裙部制成椭圆形,短轴平行于销座轴线、长轴垂直于销座轴线。将销座外面在铸造时凹陷0. 5-1mm,或截去一部分。

裙部开绝热槽和膨胀槽,前者可减少活塞头部热量向裙部扩散;后者可使裙部具有一定弹性,并可使冷态下的装配间隙尽量减少,而热态时活塞又因切槽的补偿作用不至在汽缸中“卡死”。

在活塞裙部或销座内嵌人钢片,以减少活塞裙部的膨胀量。销座通过恒钢片与裙部相连,所以销座膨胀对裙部就无直接影响。

自动调节式活塞的低碳钢片贴在销座铝层内侧,不仅起到抑制作用,而且利用双金属作用可减少裙部推力面的膨胀量。

活塞环是具有弹性的开口环,有气环和油环两种。气环的数量一般为2-3道,第一道环采用镀铬或镀钻。第一道环与其他气环的断面形状不同。各种不同断面形状的作用是密封气体和从汽缸壁上刮下多余机油形成油楔,改善润滑条件。汽油机一般采用2道气环,柴油机多采用3道气环。
汽车发动机活塞的结构​活塞环的主要作用是防止汽缸内的气体漏人曲轴箱,起密封作用;将活塞头70%-80%的热量传导给缸壁;使汽缸壁上机油膜均匀分布以改善润滑条件;将汽缸表面多余的机油刮下以保证汽缸壁上的机油量适中而均匀使活塞在汽缸内运动自如。

气环的主要作用是密封和传热。如果密封不良,不但发动机功率下降,汽油和机油的消耗量增加,而且由于活塞环和汽缸壁贴合不严密,活塞顶部的热量传不出去会导致活塞及活塞环因温度过高而烧坏。

油环的作用是形成一层必要的油膜来润滑活塞和汽缸壁,同时刮去缸壁上多余的机油。

油环有槽孔式、槽孔撑簧式和钢带组合式三种类型。

油环又可分整体和组合式两种类型。整体式有槽孔式、槽孔撑簧式。组合式的油环由上下镀铬刮片、中间隔片(衬簧)组成。油环的断面形状所示。衬环的弹性可使油环形成均匀的放射状压力,即使汽缸的正圆度不是很好,油环也能与汽缸很好地贴合。
汽车发动机活塞的结构​为了保证活塞的正常工作,活塞各部与汽缸壁之间必须保持一定的间隙,其中起导向作用的裙部与缸壁间的间隙要求非常严格。若间隙过小,当活塞承受高温时,没有膨胀余地,从而引起活塞膨胀而出现拉缸、卡死等故障,损坏发动机零件;

若间隙过大,汽缸压缩压力和燃烧气压将下降,从而降低发动机性能,同时又会出现敲缸、窜气、上油等故障。

一般发动机活塞销座轴线与活塞的中心线垂直相交,当活塞承受爆发力来带动曲轴时,这种力的一部分侧压力把活塞推向汽缸壁,结果在缸壁上产生偏心摩擦和磨损,同时又引起活塞上止点改变运动方向,由于侧压力瞬时换向,使活塞与缸壁的接触面突然由一侧平移至另一侧,便产生活塞对汽缸壁的拍击(俗称活塞“敲缸”),增加了发动机的噪声。
汽车发动机活塞的结构​为了防止上述现象,将曲轴中心与汽缸中心稍微错开,即产生一定的偏移,或将活塞销的安装部位从曲轴中心线稍微偏移均称活塞偏置。

汽车发动机活塞的结构

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