活塞的作用、結構與工作過程

康明斯柴油發電機組活塞的作用、結構與工作過程
柴油發電機組的活塞作用是與汽缸、汽缸蓋組成燃燒室，并通過活塞銷和連桿向曲軸傳遞機械能。活塞頂部是燃燒室的組成部分，當柴油發電機工作時，其頂部直接承受5880、8820kpa（增壓柴油機為7840～11760kpa）爆發壓力和瞬時高溫的作用，頂部最高溫度達300、400℃，整個活塞溫度分布又極不均勻，并進行不等速的高速直線往復運動，這就要求活塞有高的強度、小的熱膨脹系數、良好的耐磨性和耐腐蝕性，好的導熱性及重量要輕。
圖1 活塞結構組成圖
圖1所示為活塞結構剖視圖，活塞主要由活塞頂、活塞裙部、活塞銷座和活塞環槽四部分組成。活塞頂部是燃燒室的組成部分，當發動機工作時，它要直接承受氣體的高溫、高壓。汽油發動機活塞頂一般采用平頂，其優點是制造簡單，吸熱面積小。有些發動機為了改善燃燒室狀態，以利于混合氣燃燒而采用凹頂或凸頂的活塞。
柴油發電機的活塞頂部通常設有各種各樣的凹坑，凹坑是為改變燃燒室的形狀而設置的，使可燃混合氣的形成更有利，燃燒過程更加完善。對強載度較高的活塞，頭部要有冷卻油道，以降低溫度。康明斯nt系列柴油發電機活塞頭部上面切有三道安裝密封環（氣環）的槽，如圖2所示，下面一道槽用以安裝刮油環（油環）的槽，油環槽的底面鉆有許多小孔，以便使刮油從缸壁上刮下的多余潤滑油經小孔流回下曲軸箱。活塞裙部用來引導活塞在汽缸內作直線運動，并把連桿的側向力傳給汽缸壁，因此，應有足夠的承壓面積。活塞裙部還有活塞銷座，將氣體作用力經活塞銷傳給連桿。
圖2 活塞與活塞環組件圖
由于柴油發電機汽缸中壓力很大，故其活塞裙部不開切槽，只是將活塞做成錐形，并在裙部做出較大的橢圓度，因此，它的活塞與汽缸壁的裝配間隙比汽油機大。為了保證柴油發電機壓縮終了有足夠的壓力和溫度，則要求有更好的密封性，因此，柴油發電機應具有更多的密封環和刮油環。在使用過程中，由于磨損，活塞與缸之間的間隙逐漸增大，若間隙大于0．5m時，需要搪修汽缸，然后按汽缸尺寸選配適當尺寸的活塞，恢復標準間隙。汽缸按原來尺寸加大0．25mm作為修理尺寸，活塞也應有相應的選配尺寸，以保證其密封性。應當指出，在裝配活塞時，應注意活塞頂部刻印的各種記號，以保證柴油發電機運轉時的平衡。
從活塞的工作情況來看，活塞直接承受著高溫、高壓，并且氣體壓力、慣性力是呈周期變化的，因此活塞的不同部分會受到交變的拉伸、壓縮或彎曲載荷，同時由于活塞各部分的溫度極不均勻，活塞內部很容易因為膨脹、收縮不均勻而導致開裂。因此，要求活塞除了具有足夠的強度和盡可能輕的質量外，還要求其熱膨脹系數小、導熱性好且耐磨。為了滿足上述要求，現代發動機普遍采用鋁合金材料的活塞。

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