一、活塞高度

活塞的高度正在逐漸縮短,活塞直徑許多已大于活塞高度;壓縮高度也不斷縮短,活塞上的這些改變,縮短了機體和整機的高度,提高了機體和整機的剛性,減小了發動機體積、重量、金屬消耗量和成本,而且減小了往復運動質量、慣性力和主軸承負荷。另外,活塞高度縮短以后,活塞組重量也可減輕。發動機各活塞組總重量一般占整機重量的1.2~3.0%。

二、活塞環數

近年來,為了減少摩擦功,提高機械效率,減小環區高度從而縮短活塞壓縮高和總高度,活塞環數日趨減少。從三十年代的5~6道環槽發展到2~3道環槽。研究發現,壓縮環多于一道是沒有必要的,因為一旦上道壓縮環失效,其它的壓縮環就不能密封燃燒室的氣體,使之不漏入曲軸箱,也不能控制機油沿汽缸壁向上竄入燃燒室。所以與其增加活塞環數,還不如采取措施提高活塞環的使用性能,用一道壓縮環和兩道油環槽來確保完成密封燃氣和控制機油的作用。

三、火力岸

火力岸高度有適當加高的趨勢,特別是燃燒室布置在活塞頂內的半分開式燃燒室柴油機。為防止頂環積炭和膠粘,又要求第一環槽溫度不能過高,為此,除采用環槽鑲圈外,火力岸有放長的趨勢,而且強化程度越高這種趨勢越明顯。

為了減少燃氣對第一環槽的強烈加熱,在柴油機活塞上,常在火力岸周邊上車出螺旋形淺溝槽,利用迷宮降壓原理減少燃氣沿活塞與汽缸套間隙下竄。

四、活塞頂部

活塞頂厚一般趨向減薄。主要受到承受燃燒壓力和減小溫度梯度這兩個互相矛盾的因素所制約。厚度過薄,承受機械載荷能力差,會引起機械變形;厚度太厚,則溫度梯度過大,引起熱應力和熱變形過大。所以活塞頂厚隨發動機最高燃燒壓力、缸徑、是否有油冷、以及燃燒室形式而變。

活塞頂內壁采用熱流型,即從活塞頂部到環區側壁的過渡圓弧半徑較大,有的還加支撐筋(一般為4條),目的是使活塞頂部熱量能更流暢地傳至環區和銷座(支撐筋還有加強活塞剛度和強度的重要作用),從而減少第一道環及環槽的受熱,提高活塞組關鍵部位的可靠性。

五、活塞銷座

銷座部位獲得加強并適當放大活塞銷直徑,銷座與環區的連接部位是應力集中的危險斷面區。現在內燃機鋁合金活塞中應力最大的部位在銷座,疲勞裂紋往往出現在銷孔頂部,并沿著活塞銷座的縱向平面延伸。在該區域采用大圓弧過渡,旨在減少應力集中,也增加受力面積。在強化機型中通常還用4根筋把活塞銷座與活塞頂部直接連接起來,以直接傳遞一部分負荷,減輕上述危險部位的載荷。

活塞銷直徑有稍加放大的趨勢,目的也是增加銷與銷座的承壓面積。缸徑越大、發動機強化程度越高,活塞銷直徑與缸徑之比也越大。

六、活塞型面

活塞型面對發動機性能和可靠性影響極大,因此在設計新發動機時確定活塞型面是一項重要的研究課題。活塞型面對氣缸壁的摩擦、由活塞敲擊引起的噪聲,以及環隙對冷油機中碳氫化合物的形成和對柴油機中空氣利用和壓縮比均有重要影響,直接影響發動機的性能。活塞型面又與拉缸、擦傷以及裙部變形而引起機油耗增大和竄氣量增大密切相關,直接影響發動機的可靠性。

活塞型面從最初的多段正圓柱逐漸演變到現在的環帶多段正圓錐和漸變橢圓錐,裙部漸變桶面橢圓錐。

裙部形狀一般為桶面 - 橢圓形。桶的軸線與活塞軸線重合,垂直于軸線的活塞截面外周是橢圓形,短軸沿活塞銷方向。有些活塞裙部做成多級連續橢圓錐、多級連續特殊圓等。桶面裙部的優點是均布機油、抗拉缸、防竄油、油膜承載能力大、減少摩擦功和摩損。

然而確定最佳型面是一個極其繁復的過程,需要反復進行各種試驗,往往要花很長的時間。傳統的方法是通過對活塞溫度場和剛度分析,使用有限元法并根據經驗設計繪制出一個活塞型面,然后將所得到的試驗樣品裝入發動機進行活塞磨痕試驗,觀察活塞和缸套上的磨痕。經過逐次逼近,最終即可定出最佳活塞型面�？墒怯捎诨钊�的運動、各種有關因素引起的熱變形,活塞還可能受到由缸蓋螺釘擰緊力矩、冷卻不均勻、氣缸壁溫度分布等引起的氣缸壁變形的影響,以及各缸燃燒不均勻等影響,還有活塞本身的特性(如剛度、自動控制熱膨脹活塞的膨脹率隨活塞截面不同而變化)都使型面的確定增加了難度。

現在采用將復合材料涂在尺寸較小的試驗活塞表面上,使活塞裙部與氣缸壁間隙接近于零。在發動機最大功率下進行磨痕試驗。試驗后留下來的復合材料所確定的型面即作為最后的活塞型面。用這種方法只需要作一次磨痕試驗即可確定最佳活塞型面。大大節省了研制時間,此外還可以從試驗活塞磨損部位的磨痕定量分析磨損強度。

七、活塞裙部結構

活塞裙部既要承受連桿的側向推力,又要保證活塞的良好導向,所以要有充分的承壓面積以形成足夠厚度的潤滑油膜。既不因間隙過大而發生敲缸,引起噪聲和加速磨損也不因間隙過小而發生拉缸。趨向是采用薄壁加筋,既減輕重量又保證具有足夠剛度防止變形。

活塞裙部與汽缸壁表面的接觸面積直接影響到發動機的摩擦損失。然而接觸面積小則油膜厚度也減小,當油膜厚度小于二個接觸表面不平度的均方根值時就會發生邊界潤滑,導致摩擦功增大�？s短活塞裙部可以減小接觸面而降低摩擦功,但會增大活塞的晃動而造成裙頂和裙底的接觸應力升高。也惡化活塞的工作性能。

為了解決這些問題,英國AE集團的沃爾沃公司發展了一種在活塞裙頂和裙底加工出若干"凸臺",這種方法可以提高裙部的疲勞壽命,因為裙頂很高的側推力所產生的彎矩比原來結構要低。這種設計可以減少接觸面積75%以上,在寬廣的負荷和溫度范圍內保持接觸面積和裙部剛性不變,并通過改善潤滑而減小拉缸傾向,通過降低機械變形而提高疲勞壽命。意大利都靈的包戈公司進一步發展了一種"X"型裙部活塞。即在裙部推力側每邊上下各保留兩條導向帶,用筋與活塞銷座和活塞頂相連接。裙部面積減小到傳統活塞的1/3,重量減輕20%以上,顯著降低了發動機的摩擦損失,降低燃耗油2%,并可以提高輸出功率。

八、防脹活塞

活塞各部位的不同工作溫度和鋁合金活塞與鑄鐵缸套膨脹特性的不同,造成了控制活塞裙部與缸套間隙的困難。最有效的裙部形狀也無法克服活塞與汽缸之間的不同膨脹率。而且在發動機最大負荷下所確定的最小間隙在部分負荷下也會造成過大的間隙而產生敲缸噪聲和機油耗增加。為了控制活塞裙部的配缸間隙,使之既不太小而引起拉缸咬缸,又不太大而引起噪聲和振動,在活塞裙部和銷座之間對稱地埋鑄一對鋼片,并將鋼片沿著裙部周圍適當延伸,鋼片與周圍的材料一起構成雙金屬片,受熱膨脹時沿活塞銷軸線垂直方向收縮。這種活塞在環槽與裙部的過渡段不開隔熱槽,熱流可順暢地傳到裙部,所以第一道環槽區的溫度比開槽活塞低,強度也比較高。鋁合金活塞廣泛采用裙部鑲鋼片或鋼圈的方法來控制熱膨脹。

九、活塞的冷卻

發動機強化度的提高使活塞工作溫度相應升高,頂環槽溫度在220℃以上就可能產生積炭和結膠,引起活塞環粘結和拉缸;溫度超過180℃,鋁合金材料的強度很快下降,可能引起活塞頂支撐部和活塞銷座軸承部分高負荷區損壞。通常標定工況的平均有效壓力超過1.034 N/mm2,活塞就需要冷卻。

活塞經常采用鑄入鋼質冷卻盤香管或用可溶性鹽芯及電子束焊接制成整圈冷卻腔。

十、活塞的幾種失效模式:

1、活塞的磨損量超過允許值,會使功率、速度降低,油耗增加以致敲缸。

2、銷孔中心與裙部橢圓中心的垂直度超差,使用中產生扭力矩使活塞變形,產生拉缸。

3、熱穩定性差,由于長期在高溫下工作,等于在繼續時效和穩定化處理,活塞膨脹,原有0.05mm的配缸間隙消失,導致咬缸。

4、頭道環槽磨損,使活塞環失去彈性,無封閉作用。

總結以上所說,在活塞的設計方面,活塞型面和活塞銷座的改變、活塞頂部的增厚、活塞高度的縮短等,正逐漸向"矮胖"方向發展為了提高剛性,發動機的整個高度在縮短變"矮"主要措施是縮短活塞裙部和減少環槽數,后者可使壓縮高度減小發動機本身在不斷強化,所以活塞的性能必須相應增強變"胖" 主要是指各部分的壁厚都在不斷增加,過渡圓角處的R也在增大由于發動機的高轉速化,活塞必須減輕重量,以減小慣性力盡管壁厚在增大,活塞的整個重量卻在不斷減輕,這是由于整個活塞高度縮短所引起的重量降大于因壁厚增加引起的增重之故。

由于活塞結構變"矮胖",使活塞的表面積對于整個體積來說比例縮小了,所以不利于活塞的散熱。為保證活塞不被燒熔和正常潤滑,除了在設計方面必須采取一些措施外,以減輕其熱負荷;活塞在制造方面也必須有所改變和提高,如活塞的材料、鑄造和機加工,以滿足其對熱負荷的要求。另外,還通過對活塞進行一些表面處理來提高儲油性,改善潤滑條件。

通過文獻資料考證，認為是徐壽先生首先將Piston譯為"鞲鞴"。然而隨著現代科技術語翻譯規范的推行，"鞲鞴"不可避免地要被通俗的用法"活塞"取代。

活塞的種類一般分為:柴油機活塞、汽油機活塞、通用型活塞。

活塞的功用是承受氣體壓力,并通過活塞銷傳給連桿驅使曲軸旋轉,活塞頂部還是燃燒室的組成部分。工作條件活塞在高溫。

活塞檢驗主要是裙部直徑、活塞環槽高度和活塞銷座孔尺寸的測量:

①活塞的選配應按氣缸的修理尺寸來確定.通常加大尺寸數值標注在活塞頂上;

②在同一系列送魚叢中,其活塞的結構不一定相同,因此在選購活塞時,必須根據發動機的類型選用對應類型的活塞.在同一臺發動機上,應選用同一廠牌、同一組或同一產品代號的活塞;同一機型必須使用同一產品代號的活塞,保證活塞直徑差和質量差不超過原廠規定范圍.否則,會引起發動機燃燒不良,工作粗暴,經濟性和動力性下降等故障.因此在選配活塞時,必須根據發動機的類型選用對應型號的活塞。

2、導熱性好、耐高溫、高壓、腐蝕,有充分 的散熱能力,受熱面積小。

3、活塞與活塞壁間應有較小的摩擦系數。

4、溫度變化時,尺寸、形狀變化要小,和汽缸壁間要保持最小的間隙。

5、熱膨脹系數小,比重小,具有較好的減磨性和熱強度。

活塞的主要作用是承受汽缸中的燃燒壓力,并將此力通過活塞銷和連桿傳給曲軸。此外,活塞還與汽缸蓋、汽缸壁共同組成燃燒室。

活塞頂是燃燒室的組成部分,因而常制成不同的形狀.汽油機活塞頂多采用平頂或凹頂,以便使燃燒室結構緊湊,散熱面積小,制造工藝簡單。凸頂活塞常用于二行程汽油機。柴油機的活塞頂常制成各種凹坑。

由活塞頂至最下面一道活塞環槽之間的部分稱為活塞頭。其作用是承受氣體壓力,防止漏氣.將熱量通過活塞環傳給汽缸壁�；钊�頭切有若干環槽,用以安置活塞環。上面的2、3道槽用來安置氣環,下面的1、2道槽用來安裝油環。油環槽的底部鉆有若干小孔,可使油環從汽缸壁刮下的多余潤滑油經此小孔流回油底殼。

活塞環槽以下的所有部分稱為活塞裙。其作用是引導活塞在汽缸中作往復運動并承受側壓力。發動機工作時,因缸內氣體壓力的作用,活塞會產生彎曲變形,活塞受熱后,由于活塞銷處的金屬多,因此其膨脹量大于其他各處。此外,活塞在側壓力作用下還會產生擠壓變形。上述變形的綜合結果,使得活塞裙部斷面變成長軸在活塞銷方向上的橢圓。此外,由于活塞沿軸線方向溫度和質量的分布都不均勻,導致了各斷面的熱膨脹是上大下小。

1、按使用的燃料來分,可分為汽油機活塞、柴油機活塞、天燃氣活塞。

2、按制造活塞的材料來分,可分為鑄鐵活塞、鋼活塞、鋁合金活塞及組合活塞。

3、按制造活塞毛坯的工藝來分,可分為重力鑄造活塞、擠壓鑄造活塞、鍛造活塞。

4、按活塞的工作狀況來分,可分為非增壓活塞和增壓活塞兩大類。

5、按活塞的用途來分,可分為轎車活塞、卡車活塞、摩托車活塞、船用活塞、坦克活塞、拖拉機活塞、剪草機活塞等。

活塞作為典型的汽車關鍵零部件,在切削加工方面具有很強的工藝特點。國內活塞制造行業通常是由通用機床和結合活塞工藝特點的專用設備組成機加工生產線,因此,專用設備就成為活塞切削加工的關鍵設備,其功能和精度將直接影響最終產品的關鍵特性的質量指標。

汽油機和柴油機最大的區別在于點火方式和進氣:汽油機進入汽缸的是油氣混合的可燃氣體,柴油機是純空氣;汽油機是靠火花塞點火,柴油機則是在壓縮了空氣到達柴油自燃溫度后從噴油孔將柴油噴入,由于此時缸內高溫,柴油自燃。

要說區別,最多可能是在活塞的裙部,因為大多數柴油機的活塞行程比汽油機長,可能在裙部有配合飛輪運動的特殊造型,但也不是所有柴油機都這樣。

先拿2氣門汽油機和柴油機的活塞相對比:區別在活塞的頂部.汽油機活塞是平的,柴油機活塞頂部有燃燒室.這是最大區別.再拿多氣門汽油機活塞和柴油機活塞對比:頂部都有燃燒室.但是汽油機的較為簡單.活塞環槽的相隔距離柴油機的比汽油機的大.油環槽柴油機的有孔.汽油機則沒有.綜合來說是有相大的區別。

汽車中有上萬個零件,大至如曲軸、變速箱體,小至彈簧墊圈、螺栓螺帽。每一個零件都有它的作用,象活塞環這樣的"小不點",從形狀上看似簡單,重量很輕,價格也很便宜,但作用卻非同小可。缺少了它固然汽車動彈不得,甚至它有一點什么小毛病,汽車也會不正常,要么耗油大,要么動力不足。在整個活塞組與氣缸的配合中,活塞組中真正與氣缸缸壁接觸的是活塞環,它填補了活塞與氣缸壁間的空隙,以封閉燃燒室,因此它也是發動機中最容易磨損的零件�；钊�環一般由鑄鐵做成,有一定彈性,截面有多種形狀,表面有涂層以增加磨合性能。當發動機運轉時活塞會受熱膨脹,因此活塞環有開口間隙,安裝時為了保持密封性,要將各活塞環的開口間隙位置錯開。一個活塞往往有三至四個活塞環,它們按照作用的不同,分為氣環和油環兩大類。氣環裝在活塞頭部上端的環槽內,用來防止漏氣,將活塞頭部的熱量傳遞到氣缸壁,疏散活塞的熱量。油環的作用是防止潤滑油竄入燃燒室,將氣缸壁上過量的潤滑油刮回到油底殼,它安裝在氣環的下方環槽內。只要保證密封功能的要求,活塞環數目少比數目多好,活塞環數目少既保持了最小的摩擦面積,減少功率損耗,又縮短了活塞的高度,相應也就降低了發動機的高度。

如果活塞環的安裝不當或密封性不好,就會導致缸壁上的機油上竄至燃燒室與混合氣一起燃燒,引起燒機油現象。若活塞環與缸壁的配合間隙過小或活塞環因積碳被卡死在環槽內等情況,活塞做上下的往復運動時,很可能會將氣缸壁刮傷,長時間后會在氣缸壁上形成很深的溝紋,也就是常說的"拉缸"現象。氣缸壁有了溝紋,密封性不良,同樣會造成燒機油的情況。因此應定期檢查活塞的工作狀態,避免以上兩種情況的發生,保證發動機的運行狀況良好。

判斷

發動機在車輛運行中,部分出現活塞敲缸異響。活塞敲缸異響發生的位置在氣缸的上部,是一種類似用小錘敲擊水泥地面的有節奏的"嗒 嗒"聲。發動機在怠速運轉時,聲音明顯且清晰。特別當發動機在低溫運轉時,聲音明顯,溫度 升高以后,響聲減少以至消失。

活塞敲缸的判斷方法:

1、逐缸斷油。采取逐缸斷油的方法來確定敲缸的位置,如果斷油至某缸時,聲音明顯的減小或者消失,而當恢復供油時能聽到明顯的"嗒嗒"聲,說明該缸活塞敲缸。

2、為了進一步證實該缸活塞敲缸,可以將該缸的噴油器卸下來,向氣缸內加入少量的CD級中增壓機油起密封作用、,再裝好噴油器,發動發動機,敲擊聲消失或者減弱,運行一會敲擊聲再度出現,則是該缸活塞敲缸無疑。

產生活塞敲缸的主要原因有以下幾個方面:

1、活塞同氣缸壁的間隙太大。WD615系列發動機活塞裙部和氣缸的標準間隙為0.143-0.182,最大磨損極限為0.35-0.40。

2、發動機運行一段時間后,氣缸活塞產生磨損,加之潤滑不好,活塞和氣缸的配合間隙由于磨損而增大,并在第一道氣環略下處出現較嚴重的臺階,使活塞敲擊氣缸發出異響。

3、活塞裙部和氣缸在運行一段時間以后,磨損嚴重,造成嚴重失圓而敲缸。

4、個別連桿由于種種原因產生變形,造成活塞偏磨,間隙變大而敲缸�；钊�敲缸會導致發動機燃油消耗過高、發動機竄機油、機油耗量多、經濟性差。當活塞敲缸嚴重時,還會拉碎活塞,打壞氣缸,以致于連桿斷裂,打壞氣缸體。

處理

遇到活塞敲缸可以采用以下方法處理:

1、發動機起動后,低溫運行時有敲擊聲,溫度正常后,聲音消失,可以暫不處理,繼續運行。

2、發動機溫度正常時,有明顯的敲擊聲,應盡量避免高速運行,盡快拆卸維修。

3、拆下氣缸蓋,抽出活塞以后,發現氣缸嚴重失圓、拉傷,或者活塞和氣缸的間隙太大,應進行更換,更換氣缸套、活塞及活塞環。

4、如果發現連桿變形,應盡量更換。

活塞連桿組裝配

柴油發電機活塞連桿組裝配的幾大要點如下:

一、壓裝連桿銅套。安裝連桿銅套時最好用壓力機,也可借助虎鉗進行,切忌用鐵錘猛打;銅套上的油孔或油槽與連桿上的油孔要對正,以保證其潤滑

二、裝配活塞及連桿。裝配活塞及連桿時,應注意它們的相對位置和方向。

三、巧裝活塞銷。活塞銷與銷孔為過盈配合。安裝時,應先將活塞放在水或機油中均勻加熱至90℃~100℃,取出后,把拉桿放在活塞銷座孔之間適當位置,然后將涂有機油的活塞銷按既定方向裝入活塞銷孔和連桿銅套內

四、活塞環的安裝。安裝活塞環時,要注意各環位置和順序。

五、裝入連桿組。.