活塞的工作条件和活塞材料的要求:
活塞与气缸内臂相互拉伤图
活塞与气缸内臂相互拉伤图
因为活塞在气缸内高温(活塞直接与高温气体接触,瞬时温度可达2500K以上)、高压(作功行程压力最大,汽油机高达3~5MPa,柴油机高达6~9MPa)高速、润滑困难且与气缸的配合间隙过小,所以要求活塞材料具有足够的强度、刚度,较小的密度和膨胀系数。常用材料为铝合金,而柴油机因需要承受高温和高机械负荷,多采用合金铸铁和耐热钢作为活塞材料。
活塞的结构:
活塞的结构可以分为顶部、环槽部、裙部和活塞销座孔四部分。
活塞的结构图
顶部是燃烧室的组成部分,并且配合气门的动作,因而制成不同的形状;顶部形状可分为四大类,平顶活塞、凸顶活塞、凹顶活塞和成型顶活塞。
活塞顶部设计图
环槽部有数道环槽,用以安装活塞环,起密封作用。柴油机压缩比高,一般有四道环槽,上部三道安装气环,下部安装油环。汽油机一般有三道环槽,其中有两道气环槽和一道油环槽,在油环槽底面上钻有许多径向小孔,使被油环从气缸壁上刮下的机油经过这些小孔流回油底壳。第一道环槽工作条件最恶劣,一般应离顶部较远些。
活塞顶部吸收的热量主要也是经过防漏部通过活塞环传给气缸壁,再由冷却水传出去。总之,活塞头部的作用除了用来安装活塞环外,还有密封作用和传热作用,与活塞环一起密封气缸,防止可燃混合气漏到曲轴箱内,同时还将(70~80)%的热量通过活塞环传给气缸壁。
裙部是气缸内臂接触,为活塞的运动导向。
活塞裙部受侧压力作用
活塞结构的变形措施
活塞正常工作时和气缸之间有严格的配合间隙,因为高温膨胀的作用,为了防止活塞卡死在气缸内,活塞的结构上采取了一些变形措施:
1 呈上小下大的圆锥形,因为上部的温度高,膨胀量要大;
2 将裙部制成椭圆形,椭圆的长轴在垂直于销座孔轴线的方向,此是因为裙部长轴方向的侧压力大;
3 裙部可能开有绝热槽和膨胀槽,前绝热槽可防止活塞头部的热量向裙部扩散;而膨胀槽为裙部的热膨胀留有补偿作用;
4 采用双金属活塞,以减少裙部的热膨胀;