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周磊

战战战兢兢,即生时不忘地狱;坦坦荡荡,虽逆境亦畅天怀。

 
 
 

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中国汽车行业知名专家、资深汽车行业评论员,知名汽车行业自媒体人,博派汽车自媒体联盟(AutoBot)发起人。

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活塞虽小,却包含了许多你不知道的细节  

2018-01-23 17:09:47|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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如果说发动机是汽车的心脏,那么活塞就可以称为这颗心脏的“中枢”,小小的活塞有何称道之处呢?我们不妨往下看。

活塞虽小,却包含了许多你不知道的细节 - 周磊 - 周磊

活塞功用及材料。

活塞的主要功用是承受燃烧气体压力,并将这个力传递给连杆用以推动曲轴旋转。活塞的工作环境十分恶劣,也正是因为高温、高压、高往复惯性力的环境,让活塞的选材变得十分重要。

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高温会带来机械强度下降、配合异常,而冷热不均、高负荷运行则会造成活塞开裂、变形等情况,所以活塞材料必须有足够大的刚度和强度,拥有良好的导热性且耐高温、高压和摩擦,并且应尽量使用质量轻、惯性力小的材料,铝合金自然是最好的选择;当然,时至今日也仍有极少部分活塞会选用灰铸铁或耐热钢为材料。

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活塞构造及各部位功用。

活塞可以分为三个部分,顶部、头部和裙部。

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活塞顶部主要用以加工燃烧室、为气门预留一定空间,其形状与燃烧室形状和压缩比大小有关。目前大多数汽油机采用的是平顶活塞,它加工简单、受热面积小,而对于想要调节压缩比的汽油机,可以适当的采用凹顶或凸顶活塞。对于柴油机而言,为了更好的促进燃烧,形成二次涡轮,通常会将活塞顶做成特定的形状。

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活塞顶至油环槽下端面之间的部分,被称为活塞头部。它有四个作用,首先在它上面加工有活塞环槽,用以安装活塞环;其次它与活塞环一起密封气缸,防止可燃混合气进入曲轴箱;第三,它能吸收顶部传来的热量,并向气缸壁传递散热;最后它还能承受气体压力,传递动力给连杆。

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一般来说,现在的汽油机会采用三个活塞环,前两个为气环、最底下为油环,在油环槽底部,还加工有回油孔或横向切槽,将油环从气缸壁上刮下来的多余机油送回油底壳。由于活塞环与气缸壁的紧密接触,活塞环槽的磨损较活塞其他区域更加严重,因此许多厂商会在在铝合金活塞头部铸入纤维增强合金圆环,同时在第一环槽或前两个环槽处镶嵌耐热护圈,以此来提高活塞强度和耐磨性。值得注意的是,活塞环之间应该呈角度放置,以保证气缸密闭性。

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同时为了更好的冷却活塞,一些活塞还在第一道气环上方设计了一道隔热槽,降低了第一气环的受热,将热量更多传递到二、三道活塞环处,使得散热更快。

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而在头部以下,则是活塞裙部,它的作用在于引导活塞作往复运动,并承受来自侧向的压力。在理想状态下,气缸与活塞之间应始终保持均匀、适宜的间隙,但受气体压力和热力的影响,活塞形状、体积将发生变化,因此如何合理的设计活塞形状就变得至关重要。由于活塞上部分受热较多,所以活塞膨胀量是上大下小,所以我们必须将活塞制成上小下大的圆台;而根据活塞受力等状态来看,俯视图上活塞裙部会在活塞销孔轴线方向增大,因此在制造时还应将活塞裙部横断面加工为椭圆形,且椭圆长轴与活塞销孔轴线垂直。

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而活塞销则是用以连接活塞与连杆的装置,活塞与连杆之间力的传递便是通过它来完成。由于受到来自连杆的力的影响,活塞运动会出现敲打缸壁的情况,为了避免这种情况的发生,在设计时会将活塞销孔位置朝主推力面一侧偏移1-2mm。

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活塞表面处理。

根据不同的需求,我们还可以对活塞进行不同的表面处理,若想降低活塞顶部吸热量,增大热阻,我们可以对活塞顶做硬膜阳极氧化处理;为了避免润滑不良时出现拉缸现象和降低裙部磨损,可以为活塞裙部镀锡、镀锌或者涂覆石墨。

综上所述,作为一个高速往复且至关重要的汽车零部件,活塞不仅需要上述这些精细的设计,更需要超高精度的加工,可见这个小小的活塞所包含的技术还真不少。

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