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柴油發(fā)電機組活塞的作用、構造和安裝以及更換方法

 

柴油發(fā)電機的活塞一般由鋁合金鑄造或鍛造制成，少數低速柴油機活塞采用鑄鐵制成，個(gè)別高速柴油機如康明斯柴油機活塞則采用共晶硅鋁合金鑄造而成，它是柴油機的主要運動(dòng)部件，也是柴油機燃燒室的重要組成部件之一。功用：與氣缸蓋、氣缸套構成柴油機燃燒室，承受燃氣作用力，并通過(guò)活塞銷(xiāo)和連桿傳給曲軸，以使曲軸旋轉而輸出動(dòng)力。同時(shí)，在壓縮過(guò)程中還要承受連桿的推力。 

 

一、活塞的作用

 

      活塞的作用是承受燃燒氣體壓力，并通過(guò)活塞銷(xiāo)傳給連桿驅使曲軸旋轉，近年來(lái)，由于發(fā)動(dòng)機強化程度的不斷提高和排放要求的日益嚴格，活塞作為發(fā)動(dòng)機的核心部件承受了更高的熱負荷和機械負荷，因此，目前對活塞的結構及材料的要求更加嚴格。越來(lái)越多的國內企業(yè)開(kāi)始研發(fā)鋼活塞，鋼活塞是一種采用鋼材代替鋁材的一種活塞，具有良好的強度，目前大部分鋼活塞采用整體式結構或兩段式結構，其中整體式結構的鋼活塞加工過(guò)程非常困難，特別是在加工活塞冷卻液槽時(shí)非常的復雜，而且，在現有技術(shù)中，有一種活塞是在活塞本體上開(kāi)設周向的環(huán)形沉孔，在環(huán)形沉孔內固定鑲嵌有鑲套，在鑲套的外壁上開(kāi)設有周向設置的環(huán)形槽，然后在環(huán)形槽內設置活塞環(huán)；這種結構的活塞在長(cháng)時(shí)間工作過(guò)程中，由于受到活塞往復軸向運動(dòng)的拉力及剪切力的影響，在環(huán)形沉孔內固定鑲嵌的鑲套容易松動(dòng)和脫落，影響活塞的密封性，嚴重的還會(huì )導致活塞無(wú)法正常工作而失效，縮短了活塞的使用壽命。

      為解決現有技術(shù)的不足，康明斯公司提供一種發(fā)動(dòng)機活塞，有效降低加工活塞冷卻液槽的難度，保證活塞的長(cháng)時(shí)間穩定工作，提高活塞的密封性，延長(cháng)活塞的使用壽命?？得魉构舅捎玫募夹g(shù)方案其特征在于：包括活塞本體，在活塞本體頭部的外側壁上形成有沿活塞本體周向設置的環(huán)形卡槽，所述環(huán)形卡槽的深度方向與活塞本體的徑向方向一致，在所述環(huán)形卡槽的開(kāi)口處固定鑲嵌有用于封堵環(huán)形卡槽開(kāi)口的封堵環(huán)，被封堵環(huán)封堵開(kāi)口后的環(huán)形卡槽內部空間構成活塞冷卻液通道，所述封堵環(huán)的外側壁上形成有沿封堵環(huán)周向設置的活塞環(huán)槽。

 

二、活塞的構造

 

      活塞的構造可分為頂部、環(huán)槽部、裙部三個(gè)部分。活塞的頂部與氣缸蓋、氣缸套組成燃燒室，環(huán)槽部是為安裝活塞環(huán)而設計。

1、頂部

      活塞頂部與氣缸蓋和氣缸套組成燃燒室，其結構形狀與所選用的燃燒室形式有關(guān)。柴油機的活塞頂部多呈凹形，其形狀是根燃燒室形式及混合氣形成方式而設計的。不同型號柴油機的活塞頂部形狀不同，同系列柴油機活塞頂部的形狀也有很多不同之處，例如：以康明斯系列柴油機活塞頂部的形狀就有很多不同之處。在更換活塞時(shí)必須選用同形狀、同重量的活塞。

2、環(huán)槽部

      活塞的環(huán)槽部又稱(chēng)為防漏部或身部，在身部切有幾道環(huán)槽即氣環(huán)槽和油環(huán)槽，專(zhuān)門(mén)用來(lái)安裝氣環(huán)和油環(huán)使用。上部一般用來(lái)安裝氣環(huán)，目的是用來(lái)阻止高溫燃氣進(jìn)入曲軸箱，并將活塞吸收的部分熱量傳給氣缸壁。下部環(huán)槽用來(lái)安裝油環(huán)使用。在油環(huán)槽的底部上鉆有許多徑向小孔，使油環(huán)從氣缸壁上刮下來(lái)的多余潤滑油，經(jīng)小孔流回曲軸箱。    

3、裙部

      活塞環(huán)槽以下部分稱(chēng)為裙部?；钊娜共恐苯优c氣缸壁接觸并對活塞的運動(dòng)起導向作用。在活塞裙部設有的銷(xiāo)孔專(zhuān)門(mén)用來(lái)安裝活塞銷(xiāo)使用。在銷(xiāo)孔內部各有一個(gè)卡簧槽，當活塞銷(xiāo)裝入銷(xiāo)座孔后，再將卡簧分別裝入槽內，目的是防止活塞銷(xiāo)來(lái)回竄動(dòng)。

 

活塞結構示意圖

 

三、活塞的更換和安裝

 

1、活塞定向安裝

      為了增加工作效率，發(fā)動(dòng)機的壓縮比日益提升，活塞運行上止點(diǎn)與氣門(mén)之間的距離越來(lái)越近。這樣的應用引發(fā)了一個(gè)問(wèn)題，活塞上行可能會(huì )在上止點(diǎn)撞到尚未關(guān)閉的氣門(mén)。因此，內燃機工程師在活塞頂部設計了凹槽，為氣門(mén)留出空間。由于進(jìn)/排氣門(mén)數量和氣門(mén)升程的差異，部分活塞的頂部凹槽并不對稱(chēng)。這樣的設計使得此類(lèi)活塞必須以正確的方向安裝，否則就無(wú)法避免活塞頂部與氣門(mén)相撞。有些柴油發(fā)動(dòng)機的活塞裙部被加工出一個(gè)缺口，以避開(kāi)安裝在活塞下止點(diǎn)附近的活塞冷卻噴口，這樣的活塞也有安裝方向。

2、活塞銷(xiāo)偏距

      活塞銷(xiāo)孔的軸線(xiàn)與活塞中心線(xiàn)并不相交，兩根中心線(xiàn)之間的偏差距離就是活塞銷(xiāo)偏距。內燃機學(xué)將活塞下行時(shí)與氣缸壁接觸的一側定義為主推力面，將活塞上行時(shí)與氣缸接觸的一側定義為副推力面。

      當活塞的壓縮行程結束，做功行程開(kāi)始，活塞由次推力面貼緊氣缸壁轉變?yōu)橹魍屏γ尜N緊氣缸壁。在可燃混合氣爆燃膨脹的壓力作用下，活塞會(huì )與氣缸壁產(chǎn)生敲擊，發(fā)出噪聲。為了解決敲擊噪聲的問(wèn)題，設計師將活塞銷(xiāo)孔的軸線(xiàn)移向主推力面一側，偏移量大約1毫米。使用這種設計的活塞在運動(dòng)換向時(shí)，因杠桿原理的影響，主推力面的裙部會(huì )率先與氣缸壁接觸，這樣可有效避免缸內出現敲擊聲。

      活塞銷(xiāo)中心線(xiàn)存在偏置，則無(wú)論活塞頂部是否設置有躲避氣門(mén)的凹槽，都必須按照規定的方向進(jìn)行安裝，以避免發(fā)動(dòng)機在運轉時(shí)發(fā)出敲缸異響。

 

活塞的定向安裝圖

 

3、判斷活塞的安裝方向

       安裝全新的活塞時(shí)，需要關(guān)注活塞頂部的凹槽及各種標記。頂部設有非對稱(chēng)凹槽的活塞，將凹槽與進(jìn)氣門(mén)相對應是一種簡(jiǎn)便的判斷方法。而頂部采用對稱(chēng)設計的活塞，都會(huì )預設有標記。常見(jiàn)的標記方式如上圖所示，箭頭指向發(fā)動(dòng)機前部，即安裝有曲軸皮帶輪的一側。英文EXH代表排氣，即此處是為排氣門(mén)設置的凹槽。而LEFT或RIGHT的字樣只有在非直列發(fā)動(dòng)機上才會(huì )出現，分別代表左右氣缸列。了解了上述的活塞方向標記樣式，在裝配時(shí)仔細辨別，相信活塞裝反的情況就可以避免。

 

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