活塞与活塞环

汽车发动机的活塞是发动机中的主要配件之一,它与活塞环、活塞销等零件组成活塞组,与气缸盖等共同组成燃烧室,承受燃气作用力并通过活塞销和连杆把动力传给曲轴,以完成内燃发动机的工作过程。由于活塞处于一个高速、高压和高温的恶劣工作环境,又要考虑到发动机的运行平稳及耐用,因此要求活塞也必须要有足够的强度和刚度,导热性好,耐热性高,膨胀系数小(尺寸及形状变化要小),相对密度小(重量轻),耐磨及耐腐蚀,还要成本低。由于要求多而高,有些要求互相矛盾,很难找到一个能够完全满足各项要求的活塞材料。现代发动机的活塞普遍用铝合金制造,因为铝合金材具有密度小,导热性好的突出优点,但同时又有膨胀系数比较大,高温强度比较差的缺点,这些缺点只能通过合理的结构设计以满足使用要求。所以,汽车发动机的质量优劣,不但要看采用的材料,同时也要看设计的合理性。

一般活塞都是园柱形体,根据不同发动机的工作条件和要求,活塞本身的构造有各种各样,一般将活塞这个小东西分为头部、裙部和活塞销座三个部分。

头部是指活塞顶端和环槽部分。活塞顶端完全取决于燃烧室的要求,顶端采用平顶或接近平顶设计有利于活塞减少与高温气体的接触面积,使应力分布均匀。多数汽油机采用平顶活塞,有些发动机(例如直喷式柴油机和新型的缸内喷注汽油机)为了混合气形成的需要,提高燃烧效率,将爆燃减少到最小程度,需要活塞顶端具有较复杂的形状,设有一定深度的凹坑作为燃烧室的一部分。活塞的凹槽称为环槽,用于安装活塞环。活塞环的作用是密封,防止漏气和防止机油进入燃烧室。

活塞裙部是指活塞的下部分,它的作用是尽量保持活塞在往复运动中垂直的姿态,也就是活塞的导向部分。活塞裙部的形状极有讲究,尤其是象轿车一类的轻型乘用车,设计者从发动机的结构和性能出发,常在活塞裙部上动脑筋,以尽量使发动机结构紧凑运行平稳。

活塞销座是活塞通过活塞销与连杆连接的支承部分,位于活塞裙部的上方。高速发动机活塞销座的特别之处在于销座孔不一定与活塞在同一中心线平面上,可向一侧偏移一点点,即向作功行程时活塞接触缸壁的一侧偏移,这样当活塞到上止点变换方向后活塞敲击缸壁的程度会减少,从而减少了发动机噪声。

汽车中有上万个零件,大至如曲轴、变速箱体,小至弹簧垫圈、螺栓螺帽。每一个零件都有它的作用,象活塞环这样的“小不点”,从形状上看似简单,重量很轻,价格也很便宜,但作用却非同小可。缺少了它固然汽车动弹不得,甚至它有一点什么小毛病,汽车也会不正常,要么耗油大,要么动力不足。在整个活塞组与气缸的配合中,活塞组中真正与气缸缸壁接触的是活塞环,它填补了活塞与气缸壁间的空隙,以封闭燃烧室,因此它也是发动机中最容易磨损的零件。

活塞环一般由铸铁做成,有一定弹性,截面有多种形状,表面有涂层以增加磨合性能。当发动机运转时活塞会受热膨胀,因此活塞环有开口间隙,安装时为了保持密封性,要将各活塞环的开口间隙位置错开。一个活塞往往有三至四个活塞环,它们按照作用的不同,分为气环和油环两大类。气环装在活塞头部上端的环槽内,用来防止漏气,将活塞头部的热量传递到气缸壁,疏散活塞的热量。油环的作用是防止润滑油窜入燃烧室,将气缸壁上过量的润滑油刮回到油底壳,它安装在气环的下方环槽内。只要保证密封功能的要求,活塞环数目少比数目多好,活塞环数目少既保持了最小的摩擦面积,减少功率损耗,又缩短了活塞的高度,相应也就降低了发动机的高度,目前高速汽油发动机一般是两道气环和一道油环。

车汇通
2004年1月15日