活塞技术的发展

<正> 在发动机部件设计中,许多重要的技术改进都是在活塞上实施的,各种改进活塞性能的措施使各制造厂形成了新的活塞设计思想。每种新设计的活塞都有助于提高发动机性能,延长寿命,降低噪音,等等。本文简述了Alpignano工厂关于活塞设计方面的最新发展。 Assymetric活塞 这种新活塞的特点是活塞裙部受推侧的椭园度与非受推侧的不同。受推侧承受了较重的负荷,因此比非受推侧产生更严重的变形。     

轿车柴油机用钢活塞

近几十年来,铝活塞已被成功应用于轿车柴油机。然而,不断升高的热负荷和机械负荷使得钢用作活塞材料更具吸引力。为满足负载能力和性能日益增长的需求,KS Kolbenschmidt公司为轿车柴油机开发了钢活塞。     

不同金相等级活塞的有限元分析

活塞材料的微观金相结构对活塞工作性能具有重大影响。通过试验检测不同金相等级活塞的物理及机械性能,并采用有限元软件ANSYS对不同活塞的温度场、热应力场、热机耦合场进行模拟分析,研究活塞金相差异对活塞热负荷和热机负荷的影响。结果表明,随着微观金相等级的降低,活塞最高温度、最大热机耦合应力和最大变形量均呈现增大趋势,活塞最大许用应力呈现减小趋势,活塞可靠性呈现下降趋势。     

大功率车用发动机隔热活塞的结构设计及计算分析

活塞是发动机中工作条件最严酷的零件之一，其中活塞承受的热负荷对活塞的工作可靠性影响更大，它是发动机强化的一个严重障碍。因此，在大功率强化车用发动机研制过程中，研究设计隔热活塞，提高活塞承受热负荷的能力已势在必行。在大功率车用发动机隔热活塞的研究工作中先采用三维有限元分析程序，对隔热活塞进行了机械负荷和热负荷分析计算，获得了大量有用的数据资料，为正确合理地设计隔热活塞提供了依据。     

汽油机活塞的热负荷和机械负荷分析

采用三维有限元分析法对376汽油机活塞进行了热负荷和机械负荷分析,计算了活塞的温度场和应力场.深入了解活塞的热负荷状态及热应力、机械应力分布情况,找出了危险应力部位,为活塞的结构改进和优化提供了理论依据.     

发动机活塞有限元计算分析

正活塞是发动机工作条件最严酷的零部件之一,它的设计状态直接影响到发动机的可靠性,耐久性以及排放性能。活塞受到的热负荷和机械负荷变化复杂,产生的应力和应变较大,燃烧室边缘可能由于高温产生融裂,活塞销座处可能由于强度不够,而发生损坏。由于活塞承受着复杂的交变载荷,在实际的可靠性试验中,对必须具备的试验设施、软件等要求很高,在初始开发过程中,受试验设备缺乏、试验工作量大、试验费用高等诸多限制因素。     

高功率柴油机的活塞

随着内燃机比功率的不断提高,活塞所承受的热负荷和机械负荷也在不断地增大。本文讨论民用车辆、机车和船用发动机的现代活塞的设计问题。对活塞的研制工作做了一个调查,并通过实例解释了部分活塞是怎样在实验室里进行试验的。     

柴油机活塞燃烧室凹腔边缘的非线性有限元强度分析方法

整体式铝合金活塞仍是重型柴油机的首选设计方案。活塞制造商们一直在不断研究铝合金材料工艺,以及切削性和结构型式,以应对日益增长的热负荷及机械负荷。随着软件和数字计算机技术的进步,活塞分析方法也得以改进。现已允许根据活塞所受负荷和接触条件,对材料特性建立更大、更详细的模型,进行更复杂的模拟。20世纪70年代末,采用线弹性应力法,并结合以有限低循环疲劳数据为依据的寿命评估,首先将瞬态有限元分析法应用于柴油机活塞。这一方法为深入了解活塞,尤其是柴油机活塞燃烧室凹腔边缘处的失效机理提供了重要依据。然而,由此得出的寿命评估往往是近似的,只能用作评价替代设计和材料的一种比较工具。这种限制是由于采用线弹性应力方法的缘故,它忽略了非线性应变特性,特别在燃烧室凹腔边缘弹-塑性条件下的重要影响。与改进的分析技术相结合,应变式材料性能测量法的发展有助于对活塞合金非线性特性的进一步了解,并为建模提供重要数据。已将这些发展纳入凹腔边缘应力和应变响应的新分析法中,为寿命评估提供更加精确的方法,并为进一步改善活塞设计创造机会。     

国外商用车发动机活塞的技术发展趋势

随着排放法规越来越严格,国外商用车用发动机的气缸爆发压力已经达到200×10<'5>Pa以上.商用车活塞所承受的机械负荷和热负荷比以往有了很大幅度的提高.为保证发动机活塞及整机的可靠性,对于商用车用发动机活塞,国外著名的活塞供应商先后开发出多种新型的活塞,以满足高爆发压力、高热负荷的要求.本文重点介绍了国外活塞供应商应...     

CG125发动机活塞连杆曲轴改进分析

改进CG125发动机气道和燃烧室形状,在保证动力性提高的同时,也会导致活塞连杆曲轴温度和强度负荷增加。采用有限元模拟分析,计算出活塞连杆曲轴改进前后的应力和活塞温度变化,通过改进活塞形状,保证了改进后发动机活塞热负荷状况良好,同时提高了活塞连杆曲轴强度。     

采用新型复合材料强化铝制活塞

随着内燃机工业的发展,对活塞的机械性能和热负荷性能的要求越来越高。而采用传统方式生产的活塞,在其使用性能上受到很大的限制。最近西德斯图加特马勒公司,采用挤压铸造工艺而找到了强化活塞的新途径。其方法是采用以氧化铝、碳化硅为基础的陶瓷短纤维和孔隙率较高的烧结钢,并与传统的硬模铸造方法相结合来生产活塞。一、挤压铸造法所谓挤压铸造,就是熔化的金属在结晶过程中,在较高的压力作用下     

柴油机用高性能铸铝活塞

现今柴油机技术发展，给活塞能够承受的热负荷和机械载荷提出了更高的要求，同时对活塞的体积以及重量也有更加严格的限制。而如今普遍采用的硅铝合金活塞越来越无法满足现代活塞设计的要求，因此活塞材料性能的提高已事在必行。由于活塞室内温度和压力可迅速达到甚至超过4000c和200bar，热机械疲劳（TMF）和高周疲劳（HCF）的相互作用导致燃烧室喉口和底部过早出现疲劳裂纹，如图1所示。     

柴油机活塞组耦合模型有限元分析

建立了活塞、活塞环、活塞销和缸套的耦合模型，采用接触对、设定接触热阻的方法对耦合模型进行了二维和三维瞬态温度场的分析。对采用接触模型和粘贴方式模型的分析结果做了比较。对活塞组的机械负荷及热负荷做了耦合场静态分析。     

零油冷对改善压燃式发动机有效热效率的评估

随着柴油机排放法规的日趋严格,以及对提高发动机整体热效率的期望,对各种燃烧方式进行了研究和研究。获取更高效率的途径之一是减少缸内传热。探索了1种旨在通过提高活塞温度来减少缸内传热的概念。为了提高活塞温度并理想地减少缸内传热,对零油冷(ZOC)活塞进行了研究。为了研究这1技术,对测试发动机进行了修改,以使其停用活塞油冷,从而可以评估其对诸如有效热效率(BTE)、活塞温度和排放等参数的影响。该发动机配备了用于燃烧分析的缸内压力测量装置,以及用于评估活塞顶温度的活塞温度遥测系统。研究讨论了对发动机进行修改以实现ZOC并进行测试的过程。给出有/无油冷发动机和活塞的遥测数据,以验证油冷对BTE和活塞温度的影响。研究发现,发动机负荷受活塞金属温度的限制。在可能的情况下,停用活塞油冷却,通过减少机油泵的功率需求来减少摩擦。在所测试的发动机转速下,在未超过活塞温度极限的一系列负荷下,BTE改善了1%。在本试验条件下。分析损失减少途径与燃油能量的关系,可知在整个测试负荷范围内,缸内传热均降低了1%。未来研究可将ZOC概念与先进的活塞表面涂层相结合,以降低金属温度,从而扩大可实现高效率目标的转速和负荷范围。     

中凸型内燃机活塞的探讨

通过活塞在机械负荷及热负荷作用下的变形计算，提出了能保证活塞与气缸在工作状态中有较好接触的非工作状态时活塞型线的设计依据，并对活塞和缸套定对摩擦副进行润滑计算，最后对国内外厂家几种中凸型活塞进行曲线拟合分析和验证。     

活塞造型的电子计算机辅助设计

本文介绍的程序系统,缩短了活塞的研制时间。能分析热负荷和机械负荷对活塞几何尺寸的综合影响,特别是能作定量分析,从而可采取相应的结构措施。用此CAD程序可最后完成活塞几何形状的加工图绘制。其结构与应用,已由内卡苏尔姆的卡尔施密特有限公司作了简短的介绍。     

高强化柴油机组合活塞温度场的三维数值模拟

在对PA6—280柴油机的钢顶铝裙组合式活塞的热负荷状况进行分析的基础上,建立了该型活塞的三维热分析模型,并借助于强大的有限元分析软件ANSYS5 5计算分析了活塞的热负荷,得到了与测量结果相吻合的三维温度场。数值结果为进一步进行柴油机活塞的结构改进和优化设计提供了依据。     

改进重载铝活塞的技术

由于柴油机的平均压力水平不断提高,并且要求更长的工作寿命,用一般方法铸造的铝活塞已不再能胜任工作。为了改进重载活塞的性能,需要新的工艺和强化材料。 采用挤压铸造工艺可改善铝合金的疲劳性能,采用纤维强化可进一步改善挤压铸造铝活塞的物理性能。金相和物理试验表明,硬模铸造、挤压铸造、挤压铸造金属基复合材料(MMC)在疲劳、抗拉和热膨胀等高温性能方面差别很大,对磨损性能也作了比较。性能的改进有助于在重载柴油机中继续采用铝合金活塞。     

高性能柴油机用中空耐磨环槽镶圈活塞

商用车辆柴油机正受到日益严格废气排放法规的限制和提高功率降低燃油消耗率的要求。这就要求发动机主要零部件之一的活塞能承受更高的热负荷和机械负荷。日野（Hino）汽车公司和Izumi工业公司将冷却腔直接附加在项环槽镶圈上，开发出高负荷铝活塞。通过大幅度改善冷却特性同时保持铝材在质量和加工方面的优点，确保了高的可靠性。     

活塞冷却喷嘴失效引发的发动机故障分析

随着发动机的不断强化,活塞的热负荷越来越高,常规的冷却已不能满足要求。为保证发动机的性能,因而采用了对活塞内腔顶部进行喷油冷却的结构措施。近年来广泛使用的是在机体的润滑油道上安装专用冷却喷嘴,对活塞内腔顶部进行强制喷油冷却。在使用中要保证冷却喷嘴畅通、有效,否则将因得不到喷油冷却而使活塞顶部与第一道环槽的温度升高,造成活塞顶部异常膨胀、烧蚀,甚至拉缸;环槽温度升高使机油胶结,造成卡环等发动机故障。下面以解放CA1380P4K2L11T4重型卡车为例分析活塞冷却喷嘴失效引发的发动机故障。该车发动机型号为CA6DF2-26,活塞冷却喷嘴安装在发动机机体的主油道上,活塞采用内冷油腔设