活塞 – 完整概述
什么是活塞？
A 活塞 是往复式发动机、往复式泵、气体压缩机、液压缸和气压缸等类似装置的重要组成部分。
它是船用柴油机燃烧室的组成部分，通过往复运动将废气力转化为机械动力。
它是柴油机的一部分，构成燃烧室的下部。
从航海者的角度来看，
活塞是船用柴油发动机的一部分，它形成燃烧室的下部，还有助于将发动机燃烧室内产生的能量通过曲轴传递到发动机的外部，在那里它可以被引导用于有价值的用途，如旋转在海水中的螺旋桨移动船舶或运行交流发电机发电，以防较小的工厂。
一般来说，我们可以这么说
它是一个圆盘或圆柱形零件，紧密配合并在气缸内移动，用于压缩或移动收集在气缸中的流体，例如空气或水，或转换进入或在气缸内膨胀的流体提供的能量，例如压缩空气、爆炸性气体或蒸汽，通常通过连杆转换成直线运动。
二冲程和四冲程发动机的区别
活塞的作用是什么？
众所周知，它是内燃机的运动部件，是封闭在缸套内，由活塞环制成的气密密封件。
1. 它用于密封内燃机的燃烧室（缸套），使燃烧发生在封闭的空间内。 （众所周知，它构成燃烧室的下部）
2. 传递力/能量
一个。 在内燃机中，其目的是将气缸内气体膨胀产生的力通过活塞杆和/或连杆传递到曲轴。或（将气体燃烧产生的化学能转化为机械能传递给曲轴。）
乙。 在某些发动机（二冲程发动机）中，活塞通常通过覆盖和打开气缸端口来充当阀门。
C. 在往复泵中，功能相反。曲轴产生的力和能量传递给活塞，压缩和排出气缸内的流体。
活塞有什么作用？
用于通过连杆将化学能传递给曲轴，形成燃烧室下部，密封缸套，并通过活塞环将热量传递给缸套。
众所周知，在柴油机的任何内燃机中，都会发生四个过程，即吸入、压缩、膨胀和排放。柴油机中的这四个过程是在活塞的帮助下完成的。
因此，我们可以说它有助于燃料的燃烧。
活塞是如何工作的？
在这里，我们将详细解释活塞在二冲程和四冲程发动机中的工作原理。
在四冲程发动机中
1. 吸力： -当活塞向下移动时，进气阀打开并允许增压空气进入并进行燃油喷射。
2. 压缩： – 由于曲轴的旋转，活塞向上移动（入口和出口均关闭）以压缩燃料和空气混合物。当温度达到燃点时，燃料开始燃烧。
3。电源/扩展： – 当燃烧发生时，气体会膨胀并向下移动。
4.排气： – 这是最后阶段，由于曲轴的旋转，活塞向上移动（排气阀打开）。它迫使气体排出排气歧管。
因此，所有的燃烧过程都是连续发生的（每分钟 100 或 1000 次）
二冲程发动机
在二冲程发动机中，所有的燃烧过程都是在二冲程中完成的。
1。抽吸/压缩：- 活塞的设计使得当它移动时会发生吸力并同时压缩燃料和空气混合物。
2。动力/排气：- 在这个冲程中，活塞下降，同时废气从排气歧管中排出。
柴油机各部分
床板
A-Frame
系紧螺栓
气缸盖
缸套
大头针
连杆
十字头导引靴
有哪些不同类型的活塞？
内燃机的活塞排列方式一般有两种。
1。十字头活塞：- 它由冠部、裙部和连接到十字头的活塞杆组成，用于将侧推力传递给发动机结构。
在大型二冲程发动机中，由于连杆的运动会产生两个力
一个。轴向
b。横向
因此，大型低速柴油发动机需要额外支撑活塞上的侧向力/推力。
这些发动机通常使用十字头活塞。
2。树干式活塞：- 它由一个细长的活塞裙组成，用于吸收侧推力并连接到 Con。杆由一个小端旋转轴承。
相对于它们的直径，躯干活塞 很长。它们用作活塞和圆柱形十字头。当连杆在其大部分旋转过程中弯曲时，还有一个侧向力沿活塞侧面与气缸壁相互作用。为了支持这一点，更长的活塞会有所帮助。
除了活塞销和活塞冠之间的环之外，大多数柱状活塞，尤其是柴油发动机的一个特点是，它们在活塞销下方有一个油环槽。
基于冠的形状 , 分为
1。平活塞式：- 平面表冠非常容易制造。这主要用于汽油发动机。很少用于火花点火柴油机。
2。凹：- 这种活塞具有凹顶结构。主要用于柴油机。
3。凸：- 凸顶发动机活塞呈凸起的球形，具有很高的功率。它可以改善气体交换过程并起到引导作用。在摩托车的二冲程汽油发动机中，常用的是凸顶发动机活塞。
建筑材料
使用的材料必须具有与气缸套和盖类似的特性。
1. 承受高压的刚性：- 顶部必须承受高气体负荷并将力从这里传递到活塞杆。
2。 更高的机械强度和更高的疲劳强度：- 它必须具有较长的疲劳寿命才能承受波动的机械和热应力；在每个发动机循环中，它的表面都会暴露在非常热的燃烧气体中，然后是冷却的扫气空气。
3. 低膨胀系数：-金属必须耐高温
蠕变、腐蚀和侵蚀；并且容易传导热量进行冷却，但具有有限的
热膨胀，以便与衬套和活塞保持工作间隙
戒指。
4. 高表面性能，即硬度和抗腐蚀性。
5。 正确成型的裙边，在工作条件下提供均匀的轴承。
6。 安静运行。
使用的材料：-
材料和设计将取决于发动机额定值、尺寸、速度和燃料。
最常用的材料是：-
1. 铸铁
2.铝合金
1.铸铁用于活塞速度在6m/s以下的中等额定发动机。
铸铁也用于活塞。铸铁在早期是一种通用材料，因为它具有优良的耐磨性、膨胀系数和制造的一般适用性。
2. 活塞速度大于6m/s的发动机采用铝合金。
但由于往复运动部件的重量减轻，因此必须使用铝制造活塞。为了获得相同的强度，需要更大厚度的金属，而轻金属的优势同样丧失。铝在强度和耐磨性方面不如铸铁，而且其膨胀系数较大，因此需要在气缸内留出较大的间隙，以避免发生卡死的风险。
铝的热导率大约是铸铁的三倍，再加上强度所需的更大厚度，使铝合金活塞能够在比铸铁活塞低得多的温度下运行（200°C 至 250°C）与 400° 至 450°C 相比）。
因此，活塞底部不会形成碳化油，因此曲轴箱保持清洁。铝的这种凉爽运行特性现在被认为与它的轻盈一样有价值，活塞有时会做得比强度所需的厚，以改善冷却效果。
活塞的组成部分是什么？
活塞功能包括以下内容：-
- 头或冠
- 土地
- 环林
- 油洞
- 分离网
- 活塞销或活塞销孔
- 活塞裙
1。头或冠
它也被称为活塞顶或活塞顶。这部分直接与燃烧气体接触。结果，它被加热到极高的温度。为了避免熔化，它使用特殊合金制成，其中包括钢合金。
通常，活塞头带有通道和空腔。它们有助于产生改善燃烧的漩涡。不同类型的活塞头用于各种发动机。对变异的解释是不同的。冠或头的选择配置取决于多种因素，例如预期性能和发动机类型。
头部 是活塞的上表面（最靠近气缸盖），在发动机正常运行期间会承受巨大的力和热量。
活塞头功能
冠形成吸收膨胀气体的压力、温度和其他应力的表面。这样做的目的是：-
- 产生涡流以使燃烧均匀并调节爆震。
- 充当燃烧室和活塞下部部件之间的隔热层。
- 抑制因气缸爆震产生的压力。
- 将点火冲程中产生的压力转换为向下的力 - 将该力传递到活塞杆。
- 维持偶尔敲击产生的压力波。
2。土地：- 环形土地 是作为活塞环密封面的环槽的两个平行面。
在活塞顶部的圆周上有一个凹槽，用于安装活塞环。凹槽之间的带被称为“陆地”。陆地的作用是维持环抵抗气体压力。
凸台起到引导环的作用，使它们在圆周方向上自由旋转。支撑腹板将爆炸力直接从顶部传递到活塞销凸台。 Lands 减轻了环槽的大载荷。
3。环槽：- 环槽是用于固定活塞环的凹陷区域，位于活塞周边。
4。活塞环：- 活塞环是放置在活塞凹陷区域的开口环件。在典型的汽车发动机中，通常有 3 个活塞环。数量不同，活塞也可能有一个环。活塞环平台是这些环之间的区域或表面。环安装槽是为了保持活塞环的位置而设计的，您可以听到类似锥形房屋的声音。
活塞环的分体式设计有几个优点。它允许弹簧作用，这有助于活塞环保持正确的活塞环间隙。开口还便于安装活塞环。为了确保在热、负载、压力等条件下保持恒定的弹簧，制造商更倾向于使用铸铁或钢制零件作为活塞环材料。
活塞环功能
活塞环的主要功能是密封燃烧室并控制/调节使用的润滑油。这些环还负责将热量传导到气缸套。正如我们前面提到的，大多数车辆发动机使用三环；两个上压缩环和一个下油环。为了更好地理解不同的环，下面解释一下。
- 压缩 响 – 该环安装在顶部，最靠近燃烧室。它也被称为密封或气体或压力环。该环可防止燃烧气体泄漏到曲轴箱。该环还有助于将热量从活塞传递到气缸套壁。
- 刮板 /刮水器 响 – 刮环位于压缩环和油环之间。它具有锥形表面，并起到两个环的作用：密封燃烧室和擦去活塞缸壁上的油。
- 石油 控制 响 – 控油环是下环，它由两个薄表面组成，周围有孔。该环上的槽允许油流回油底壳。顾名思义，控油环的作用是去除气缸壁上多余的油。它是在活塞来回工作时完成的。
活塞销或活塞销： ——
Gudgeon 销孔 是活塞侧面上的一个孔，垂直于活塞行程，用于容纳活塞销。
一个Gudgeon别针 是用于连接连杆小端的空心轴。
它被称为腕针或 Gudgeon 针。活塞销是裙部部分中的空心或实心轴。活塞杆在此销上枢转，固定在活塞环衬套中。对于抗拉强度，活塞销通常由合金钢制成，并经过机加工以适合活塞轴承。连杆内部的通孔将油输送到腕销，有助于减少摩擦。
活塞销组件和安装方式各不相同。它们可以分为 3 种设计：
1.活塞和连杆均可自由旋转，
2. 夹在连杆上，和
3. 刚性安装在活塞凸台上。
活塞销/活塞销功能
活塞销形成连杆和活塞的连接点或枢轴点。它提供轴承支撑并帮助活塞正常工作。换句话说，活塞销有助于活塞的前后运动。
如我们所见，活塞销/腕销使用三种方法安装在活塞组件上。这些产生了以下类型的引脚。
- 固定 /固定 别针 – 这种类型的销通过螺钉连接到活塞的凸台上，然后活塞杆在销上枢转。
- 半 浮动 – 这种类型的销连接在中间的连杆上，该销端在活塞轴承内和凸台处自由移动。
- 完整 浮动 – 在此销组件中，销未连接到销或活塞连杆上。取而代之的是，它通过连接到活塞凸台上的塞子、夹子或卡环来固定。然后销可以在凸台和杆上摆动。
活塞裙：- 裙部是最靠近曲轴的活塞部分，有助于活塞在气缸孔中移动时对齐。
一些裙部的轮廓切入其中以减少活塞的质量并为旋转的曲轴配重提供间隙。
裙板安装在两种发动机中，即 2 冲程和 4 冲程发动机。但对不同的引擎有不同的作用。
在带有单流扫气的大型十字头 2 冲程发动机中，裙部的长度很短，它的安装目的是充当引导件并稳定活塞在缸套内的位置。
裙边一般由铸铁制成。
注意：- 裙部直径通常保持略大于活塞的直径。这样做是为了防止由于活塞运动而损坏衬套表面。在裙边上，还安装了青铜环。裙边上的这些青铜环有助于在内燃机的磨合过程中，当发动机是新的并且可以更换时根据需要。
在具有循环或交叉扫气类型/布置的 2 冲程发动机中，裙部略大。这是因为，它有助于消除扫气和气缸套中的排气口。
在 4 冲程或躯干式活塞发动机中，裙部设有活塞销，将动力从活塞传递到活塞销或顶端轴承。在行李箱型中，没有十字头导轨，这些裙边有助于将连杆产生的侧推力传递到缸套壁。
活塞裙主要有两种类型：
- 长裙
Full Skirt也称为纯色裙。全裙部呈管状，常用于大型汽车的内燃机。例如二冲程船用柴油机。
- 拖鞋裙
滑裙用于活塞摩托车和一些汽车。它的部分裙边被切掉，只留下气缸壁前后的表面。这种裙边的优点是，它有助于减轻重量，并最大限度地减少气缸壁和活塞之间的接触/接触面积。
8.活塞杆：-
活塞间隙
活塞的直径通常比气缸的孔径小。气缸与气缸壁之间的面积称为活塞间隙。
或者
活塞间隙是活塞与金属气缸之间的间隙或间隙，以避免活塞在燃烧过程中受热过度膨胀而损坏。又称活塞孔间隙。
出于以下原因，清除是必不可少的
- 它为活塞和气缸壁之间的润滑油膜提供了空间，以减少摩擦。
- 防止活塞卡死：由于工作温度非常高，活塞和气缸体膨胀。气缸的冷却速度比活塞快，因此应留出足够的间隙以使活塞膨胀，否则将导致活塞卡死。
- 如果活塞与气缸之间没有间隙，活塞将难以在气缸内往复运动
- 一般而言，活塞由铸造铝合金制成，具有良好的导热性。加热时，铝比金属圆柱体膨胀得更多。因此，需要适当的活塞间隙来保持气缸内的活塞自由运动。
活塞间隙取决于气缸孔的大小和活塞中使用的金属。但一般为0.025毫米至0-100毫米。在运行中，这个间隙充满油，使活塞和活塞环在油膜上移动。
如果间隙过小，则会因摩擦过大、磨损严重而导致气缸内的活塞卡死而失去动力。
- 活塞在进一步膨胀时会卡在气缸内
- 活塞在气缸内会过紧，导致摩擦损失过大
- 活塞会损坏气缸壁
如果间隙太大
活塞会非常自由地来回移动，导致发动机爆震，甚至可能损坏活塞裙
间隙过大也会降低压缩环密封压缩腔的密封性能
活塞间隙过大会产生活塞拍打。活塞拍击是指活塞在做功冲程下降时气缸突然倾斜。
活塞以足够的力从气缸的一侧移动到另一侧，从而产生明显的噪音。随着活塞升温，间隙减小，噪音通常会消失。为了可以使用固定间隙而不会有卡死的风险，我们引入了特殊合金，并且使用了许多活塞设计。
这些特殊设计包括凸轮磨成非圆形、半柔性裙边结合斜缝、控制分布等权宜之计。
2 冲程船用柴油发动机活塞
二冲程船用柴油机的活塞由两部分组成：冠部和裙部。
冠部暴露在燃烧室的高温下，表面很可能被侵蚀和烧掉。
因此，牙冠的材料必须能够在高温下保持其强度并耐腐蚀。
这就是为什么使用铬钼合金钢来形成活塞冠的原因。有些活塞在活塞冠最热的部分焊接了一种特殊合金，以试图减少燃烧燃料造成的腐蚀。
表冠还有四到五个可以镀铬的活塞环槽。
铸铁裙边在缸套中起到导向作用。
活塞的下侧用螺栓固定在铸钢活塞杆上。活塞杆的另一端与十字头销连接。
活塞的冷却对于消除燃烧中的多余热量和限制热应力是必要的。它还限制热膨胀以保持间隙。通过在内部通道内循环冷却液来冷却我们。它可以通过水或曲轴箱油来完成。
水比油有优势（热容量），但曲轴箱有漏水的风险。
现在，在现代发动机中使用油冷活塞。为了将油输送到活塞和从活塞流出，使用活塞杆。杆是空心的，管子从中心向上延伸。
MAN B&W 活塞具有 8 毫米厚的耐热涂层，由称为 Inconel 的硬镍铬合金制成，该涂层焊接到活塞顶最热的部分，以防止活塞顶“燃烧”。
四冲程船用柴油发动机活塞
燃烧残余燃料的中速活塞发动机的活塞是复合活塞。 （即冠和裙由不同的材料制成。）
冠是一种耐热钢锻件，可能是一个冠必须是耐热的，这就是为什么它是钢锻件和铬，钼和镍的合金。它用于在高温下保持强度。并耐腐蚀。
它旨在形成一个带有切口的燃烧室，以允许打开阀门。凸台（顶环和活塞顶部之间的区域）可能会逐渐变细，以便在活塞最热的地方膨胀更大。
裙部可以是球墨铸铁，也可以是锻造或铸造铝合金。
铝的优点是
- 轻盈
- 惯性小，
- 减少轴承负载。
但是，铝的膨胀系数比钢低，这就是为什么在制造过程中必须允许更大的间隙。
这意味着在低负载运行时，衬套中活塞裙的间隙大于铸铁的间隙。由于连杆的不同角度，裙部将侧推力传递到衬里。间隙过大会导致活塞倾斜。
连杆小端轴承的活塞销位于活塞裙部。活塞销浮在活塞裙部，由卡簧放置。根据裙部使用的材料（铸铝），销可以使用衬套。
活塞环可以安装在顶部或同时安装在顶部和裙部中。通常，环镀铬或等离子涂层以耐受磨损。由于衬套是润滑的，所以刮油环（油控）安装在活塞的裙部。
活塞用油冷却。这是通过多种方式完成的；最简单的方法是从连杆顶部的孔向上引导油喷射到表冠的下侧。如上图所示，更有效的方法是使用捕油器。这将油引导到顶部底部的冷却室中，往复式活塞的鸡尾酒调酒器效应确保了积极的冷却效果。回油温度很少需要控制。（相对于温度和油量都监控的二冲程低速十字头发动机）。
一些发动机配备由铸铁或铝合金硅制成的一体式活塞。它们不能与残余燃料一起使用，因为较高的温度会导致活塞顶燃烧。铝在 300o C 以上也会积碳。铝活塞中的环槽通常采用镀铬铸铁嵌件的形状。
活塞发动机类型
InLine Engine 是一种非常简单且传统的引擎设计类型。在这种发动机结构中，如图所示，气缸安装在一条直线上。制造商通常将此发动机称为“直列发动机”，因为所有气缸都在一条直线上。
直列式发动机最多可以有 2、3、4、5、6 或 8 个气缸。尽管制造商将直列四缸发动机称为 Inline-4 发动机。在汽车命名法中，它们通常表示 I4 或 L4（纵向 4）。
转子发动机
旋转式发动机，其中燃烧室和气缸与从动轴一起围绕固定活塞连接的固定控制轴旋转的内燃机；燃烧气体的压力用于旋转轴。
其中一些发动机具有环形（甜甜圈形）气缸滑动活塞；其他的有单叶和多叶转子。
V型引擎
V型发动机，通常称为V型发动机，是内燃机的常见配置。它由两个气缸组组成，这些气缸组连接到一个共同的曲轴，每个气缸组中的气缸数量通常相同。这些气缸排彼此成一定角度排列，因此，从发动机正面看，气缸排形成“V”形。
通常，V 型发动机的长度比同等的直列发动机短，但折衷的宽度更大。 V6、V8和V12发动机分别是六缸、八缸和十二缸最常见的配置。
径向发动机
径向发动机是一种往复式内燃机装置，其中气缸从中央曲轴箱向外辐射，就像车轮的辐条一样。从正面看，它看起来像一颗程式化的星星。
径向活塞发动机由安装在中央曲轴周围的一排或多排奇数气缸组成。
这种发动机主要用在飞机上。
对置活塞发动机
对置活塞发动机是一种活塞发动机，其中每个气缸的两端都有一个活塞，没有气缸盖。与活塞相反的燃油和柴油发动机通常用于大型应用，例如船舶、军用坦克和工厂。
优势
- 无气缸盖
- 创建单流清除
- 发动机高度降低。
什么是活塞拍击声？
活塞拍击声是活塞在向上或向下方向轻微转动时，活塞裙与气缸壁接触时产生的声音。
如果活塞的裙部区域磨损以增加活塞与气缸壁之间的间隙，或者如果活塞已被加工成松配合在孔中，则会发生这种情况。经常这样做，特别是当发动机为高性能而制造时使用锻造铝活塞时，例如。在高速赛车上。原因是活塞在加热时会膨胀，从而减少孔中的间隙。
更频繁地听到活塞拍击声，并且在冷发动机上更明显。
什么是高地？为什么？在哪种类型的mc引擎中
顶岸是活塞周围和最上环上方的环形区域。
为了保护活塞环免受燃烧产生的热负荷，增加了活塞顶部平台的高度（图 1）。由此增加的活塞顶和气缸壁之间的缓冲体积改善了活塞环的条件，并允许更长的大修间隔时间。高顶土地于 20 世纪 90 年代中期首次推出，积极的服务经验导致其用于所有新发动机类型。
它是mc-c引擎的开发。
工业技术