轿车柴油机铝活塞与钢活塞的系统比较

前几年的研究已证实,在特定条件下,商用车柴油机上采用钢活塞明显优于铝活塞。钢材料具有较高的强度,在高机械负荷下能充分发挥其优势。Mahle公司在1台涡轮增压柴油机上进行系统比较试验,验证钢活塞用于轿车柴油机时的优势。     

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。     

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。     

高负荷活塞材料性能改善的试验研究

分析了活塞工作压力与工作温度对活塞失效的影响,阐述了活塞燃烧室喉口部位失效模式(机械失效与热机械失效)及失效机理。对普通铸造活塞和局部重熔活塞进行了对比试验研究,从显微组织方面进行了破坏机理的对比分析,指出局部重熔处理工艺可细化材料的微观结构颗粒,降低了材料对微观塑性变形开裂的敏感性,延长柴油机活塞的使用寿命。     

提高铝合金活塞热强度的新技术

现代柴油机的温度和压力不断提高,因而要求铝合金活塞必须具有更高的热强度,以便具有足够的强度储备.Federal-Mogul公司采用DuraBowl燃烧室凹坑工艺对活塞高负荷区进行局部后处理,使活塞使用寿命提高了8倍.     

改善柴油机性能和使用寿命的复合合金活塞

<正>改善的中型Titin卡车装有Mazda公司的SL型3.5升直喷式增压柴油机,这台柴油机采用了一种新型复合合金活塞材料,其性能和寿命都有显著地改善。Mazda公司声称:该发动机的功率提高了10%以上,磨损减少20％,活塞寿命提高了二倍,与通常的铝体带耐蚀镍合金环槽的活塞相比,每一个活塞的重量减轻约10％。     

车用高负荷柴油机活塞

近年来,柴油机在功率和可靠性等性能方面取得了惊人的进展,因而柴油机作为汽车、工程机械和船舶等的动力得到了广泛的应用。而社会对改善柴油机固有的问题,如噪声、振动、排气等也提出了越来越严格的要求。随着大城市排气污染的恶化,车用柴油机的排放规则也将更加日益严格,仅变更较少的因素是很难实现改善柴油机排气的。从活塞设计的角度来说,在整体设计上实现这一要求并非不可能,但本文不予讨论。本文重点介绍高负荷柴油机活塞的活塞销孔、燃烧室、活塞环槽等方面的改进措施。     

提高内燃机铝活塞使用性能和寿命的有效途径

活塞是内燃机的“心脏”,是直接影响整机性能和寿命的关键零件。特别是近代发动机已向高速高负荷增压发展,活塞所承受的机械负荷和热负荷大为增加,对其结构设计、材料性能、制造技术等方面提出了越来越高的要求。多年来,各国专业公司(厂)和科研单位进行了大量的研究应用工作,在提高活塞的使用可靠性和延长使用寿命方面     

大功率柴油机活塞连杆组机械损失分析

某大功率柴油机的整机机械损失试验研究表明,活塞连杆组机械损失占比最大,后续着重开展该组件机械损失研究。考虑到整机试验难以考察活塞连杆组各摩擦副机械损失,因此借助仿真方法开展其机械损失分配研究,并通过各分项机械损失之和与修正试验数据对比验证模型有效性。在此基础上,进一步研究了活塞连杆组机械损失随最高燃烧压力和转速的变化规律,为该柴油机未来强化和机械效率提升提供依据。     

高性能柴油机活塞的计算分析

在大型电子计算机上,用有限元法对柴油机的活塞进行机械应力和热应力分析,提高了柴油机设计水平。本文是首次用ASKA-T来计算活塞温度场,并成功地利用计算机绘出温度场曲线。     

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。     

发动机活塞用不含镍的铝合金

<正> 汽车发动机活塞铸造用铝合金在工作温度范围内必须有较高的静力强度、动力强度和疲劳强度,同时温度膨胀系数低,耐磨性高,耐热性强。铝硅合金能在最大程度上满足上述要求。目前在苏联最普遍获得推广使用的有:КС245、АЛ30和АК10M2H牌号的合金(含硅13％以下),这些合金适用于制造柴油机的活塞,而AЛ25合金则可应用于制造拖拉机上柴油机的活塞。     

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。     

铝合金活塞低周材料性能表征及寿命预测

以柴油机铝合金活塞为研究对象,开展了活塞铝合金材料的低周疲劳试验。对活塞铝合金材料塑性性能采用Ramberg-Osgood模型进行了表征,表征参数经仿真验证与测试数据吻合良好。对活塞铝合金材料低周疲劳性能采用塑性应变能理论模型进行了表征,在双对数坐标系下,铝合金材料的塑性应变能与寿命呈良好的线性关系。对铝合金活塞在柴油机低周考核工况下的非线性承载特性进行了研究,根据活塞在第5个周期时的应力应变关系曲线进行了低周疲劳寿命预测,结果表明:活塞在燃烧室喉口部位低周疲劳寿命最低,为低周疲劳危险部位,在活塞的材料考核及结构设计中应重点考虑。     

柴油机活塞材料的选择理念

Federal Mogul公司针对升功率93 kW的3.0 L高增压柴油机用新型铝活塞的研究表明,铝活塞具有广阔的前景,不过,最高燃烧压力超过22 MPa及升功率大于100 kW的轿车柴油机必须使用钢活塞,在极其苛刻的条件下,钢活塞的热管理得到高度的关注。介绍了开发铝活塞和钢活塞的不同理念。     

活塞材料与制造工艺对性能的试验研究

不同材料的活塞具有不同的性能；相同材料的活塞，在不同厂家制造，也会出现不同的性能。本文结合实例分析，阐述材料和制造工艺对活塞寿命和柴油机性能的影响。     

增压柴油机内冷油腔活塞结构分析及评价

以增压柴油机振荡内冷却油腔活塞非对称性结构为研究对象,构建了全活塞-活塞销-连杆小头的有限元接触模型,分析了活塞工作条件下的导热耦合关系。确定了当量换热边界条件;进行了在机械-热负荷联合作用下的结构应力及变形分析;为直观反映温度因素对活塞结构强度的影响,提出了对结构应力合理表述的应力-温度散点图评价方法;在此基础上对原有的活塞结构进行了改进。     

硅酸铝纤维增强复合材料的耐磨性

针对发动机活塞的磨损特点，分别在高温、高负荷、高速度和高频冲等条件下，将常用的ＺＬ１０９活塞材料和高镍奥氏体铸铁镶圈材料与硅酸铝纤维增强ＺＬ１０９复合材料进行了磨损对比试验，结果表明，复合材料的耐磨性优于ＺＬ１０９和铸铁镶圈材料。     

高功率密度柴油机铝活塞材料与铸造技术

针对高功率密度柴油机铝活塞性能需求,开发了新型WR004A过共晶活塞铝合金,采用挤压铸造工艺和磷变质处理,合金力学性能有显著提高;采用专用机械液体粉碎装置对Al2O3纤维进行预处理,采用真空过滤方法制作预制件,使用加铜管保护的可溶盐芯预制件,以上技术手段的采用,解决了挤压铸造工艺条件下活塞环槽部位铝基复合材料和内冷油腔成形工艺难题。     

丰田柴油机技术

在柴油机技术全面发展的今天,日本丰田柴油机采用的几项技术显得特别重要:在高性能柴油机上采用CFA陶瓷纤维强化铝活塞;采用新型电子控制喷油系统,并对燃烧开始采用光学传感;在2L—THE涡轮增压高性能汽车柴油机上采用陶瓷涡流燃烧室和在轻型卡车上采用排量为3.5升的新的直喷式13B系列柴油机。