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专题报道
F E A T U R E S
汽车发动机活塞设计的现状及发展趋势
中国第一汽车集团公司技术中心李鹏
近年来由于环保的要求越来越应采用开式顶面结构。另外,对环
2 活塞结构
严格,不仅对汽车排放有害气体及槽表面进行阳极氧化处理,这种处
微粒的要求越来越高,而且对CO2 在气缸内的活塞暴露在高温、理除防止活塞环槽结焦外,对防止
的排放也提出了相应的要求。汽车高压的燃烧气体中做高速的往复运活塞顶面热开裂也很有好处,顶环
发动机在开发新技术的同时,也正动,要求其具有充分的承受交变爆岸高度与活塞直径的比值一般为5%
在推进减重、减摩技术的实用化, 发压力的强度和高耐磨性,且质量左右。
与此同时控制噪声、振动的要求也要轻。为了进一步减轻活塞的质量,
日益严格,这种趋势今后将更加强(1) 汽油机活塞近年来欧美的一些活塞设计公司,
化。本文从材料、形状、表面处理欧洲公司典型的汽油机活塞的K 除了采取以上措施外,还在活塞的
等角度出发介绍车用柴油机、汽油值(将活塞的质量除以活塞直径的结构上作出了如下创新设计。
机的关键零部件活塞及其减摩、降三次方的表征比重)见图1。从图1
低振动和噪声技术的现状以及今后中可看出,在开发汽油发动机新机的设计。由于活塞在气缸内上下运
的发展趋势。型时应积极地推进活塞减重技术。动的过程中,推力侧受力大于反推
力侧,因此在设计活塞的过程中,
1 活塞所要求的性能
便可以将反推力侧的面积设计的小
减轻曲轴、活塞、连杆等运动一些,从而达到降重的目的。
件的质量,从减少摩擦的角度来看 ,减少活塞销
观点是非常重要的。发动机往复质长度,改变活塞销座为楔形形状,
量(包括活塞、活塞环、活塞销及从而使活塞销座的总长度最短。
连杆小头的质量)的降低可直接导 ,优化
致往复惯性力的降低,同时减轻了图1 汽油机活塞的K值及质量发展趋势其壁厚,以达到减轻质量的目的。
曲轴、连杆的负荷,而进一步的效活塞的压缩高度与活塞质量的典型的降重活塞与传统设计的
果会发生连锁反应,对减轻发动机关系很大,减少活塞的压缩高度, 活塞对比见图2。
的整体质量和缩小体积以及减少发活塞的质量便可以得到减轻。在一以某发动机活塞降重改进设计为
动机整机的摩擦损失都有很好的效般情况下活塞压缩高度以上部分的例,经过减轻质量设计,一款活塞压
果。据相关文献介绍,活塞、活塞质量要占活塞总质量的80%之多。 mm,缸径为84 mm的
环的摩擦损失占发动机整体摩擦的降低顶环高度、优化二环和油环的传统结构的活塞,经改进设计后活塞
40%~50%,所以降低这些零部件的环岸高度、 mm,采用降重结
摩擦损失对降低燃油消耗很重要。的减轻质量的措施。随着顶环岸高构活塞其质量从原来的的300 g降到
此外,由于高功率发动机提高了爆度的上移,活塞环远离水套,活塞 280 g,而总体的往复质量也由541 g
发压力、惯性力和热负荷,还要求的热量不易被散出,这样顶岸环槽降到479 g,降低约11%。不同结构
活塞具备避免发生疲劳破坏、烧的温度上升,易使机油焦结,导致的活塞降重效果比较见图3。