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    簡析曲軸偏置式462Q發(fā)動機活塞組減摩措施

    2014-04-29 01:05:50
    山東工業(yè)技術(shù) 2014年18期
    關(guān)鍵詞:側(cè)壓力偏置曲軸

    張 鳳

    (貴州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,貴陽 550008)

    簡析曲軸偏置式462Q發(fā)動機活塞組減摩措施

    張 鳳

    (貴州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,貴陽 550008)

    以曲軸中心式462Q發(fā)動機為基礎(chǔ),在曲軸、連桿、缸徑等重要參數(shù)不變的情況下,僅僅改變其曲軸中心的位置(本文以正偏置22mm為例),能提高發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性。但在發(fā)動機工作過程中,活塞對氣缸壁的側(cè)壓力始終存在,造成摩擦增大,功耗增加。本文從分析曲軸偏置式462Q發(fā)動機側(cè)壓力著手,提出改進措施,減小活塞對氣缸壁的摩擦,降低功耗,延長使用壽命。

    462Q;曲軸偏置;側(cè)壓力;耐磨性

    0 引言

    在今后相當(dāng)長一段時期內(nèi),內(nèi)燃機車仍將是汽車市場的主導(dǎo),是人們主要使用的交通運輸工具。曲軸偏置帶來發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性等方面的改善,寶馬公司V10、本田飛度i-DSIM、豐田1SZ-FE和日產(chǎn)LIVINA驪威等款發(fā)動機采用了偏置式曲軸設(shè)計。國內(nèi)相關(guān)有裘澄立專利(ZL01256936.4)、李德平等專利(89205287)、楊入山專利(89205287)等曲軸偏置式往復(fù)活塞式內(nèi)燃機報道。但在曲軸偏置式發(fā)動機工作過程中,活塞對氣缸壁的側(cè)壓力始終存在,造成摩擦增大,功耗增加。針對側(cè)壓力進行分析,進一步優(yōu)化曲軸偏置發(fā)動機經(jīng)濟性,將有利于提高發(fā)動機使用效率,同時降低燃油消耗,減少對環(huán)境的污染,具有現(xiàn)實意義。

    1 曲軸偏置的概念

    曲軸偏置式發(fā)動機是在中心式發(fā)動機的基礎(chǔ)上,在曲軸、連桿、缸徑等重要參數(shù)不變的情況下,僅僅改變其曲軸中心的位置,將曲軸中心左偏一定距離,可解決敲缸問題,改善發(fā)動機工作的平順性,同時可提高發(fā)動機工作過程中的動力性和經(jīng)濟性。

    2 活塞對氣缸壁側(cè)壓力分析

    圖1 曲軸連桿機構(gòu)所受外力

    2.1 曲軸連桿機構(gòu)所受外力

    以一個單缸機的曲軸連桿機構(gòu)為例,若忽略各運動副的摩擦阻力和阻力矩不計,忽略構(gòu)件自身重力不計,則它所受到的外力就只有:

    (1)作用于活塞的氣體作用力Pj;

    (2)作用于曲軸動力輸出端的旋轉(zhuǎn)阻力矩M';

    (3)氣體對活塞的支承力N';

    (4)機體對曲軸的支承力Pr。

    其中N'可認為垂直于氣缸中心線并通過活塞銷中心。

    2.2 側(cè)壓力分析

    2.2.1 進氣行程

    剛開始工作時,偏置式發(fā)動機側(cè)壓力大于中心式發(fā)動機,隨著氣缸內(nèi)壓力的增大,二者相差不大。

    2.2.2 壓縮行程

    壓縮過程中偏置式發(fā)動機側(cè)壓力一直大于中心式發(fā)動機,但是到壓縮終了時二者相等。

    2.2.3 做功行程

    偏置式發(fā)動機與中心式發(fā)動機側(cè)壓力峰值相差不大,總的來說,偏置式發(fā)動機側(cè)壓力變化曲線較為突然,造成對缸壁瞬間沖擊加劇,正壓力較大,磨損嚴(yán)重。

    2.2.4 排氣行程

    在排氣行程中,偏置式發(fā)動機側(cè)壓力始終大于中心式發(fā)動機。

    3 減少活塞組摩擦損失

    通過對側(cè)壓力的分析,針對減少摩擦、進一步優(yōu)化曲軸偏置發(fā)動機經(jīng)濟性采取改進措施,將有利于提高發(fā)動機使用效率,降低燃油消耗。

    3.1 活塞缸套表面處理

    3.1.1 缸壁硬化處理

    在對側(cè)壓力分析的基礎(chǔ)上,針對磨損加劇處增強缸壁硬化處理,保證發(fā)動機工作的可靠性。

    圖3 中心式、偏置式作功過程側(cè)壓力曲線圖

    3.1.2 缸套表面鍍層

    根據(jù)Michael Halsband對不同缸套表面鍍層摩擦力平均值影響的研究,若在缸套表面鍍石墨,摩擦力平均值下降6%,缸套表面鍍NiSiDi時,摩擦力平均值下降高達16%。車用發(fā)動機在低負荷工況下,通過減少活塞摩擦力可以降低燃油消耗率4.5%-7.5%。

    3.1.2 活塞表面涂層

    日本豐田公司曾推出低粘度樹脂涂層活塞,其樹脂涂層材料是由固體潤滑劑和保持潤滑的樹脂型粘合劑構(gòu)成。以往的樹脂涂層材料是用二氧化鉬和石墨作為固體潤滑劑,粘合劑則采用聚酰胺亞胺樹脂;而新開發(fā)的涂層材料則摻有減少摩擦的聚四氟乙烯,這種材料與以往的樹脂層材料一樣具有良好的耐久性,同時還可以減少摩擦?;钊捎昧诉@種新涂層材料的2MZ-FE型發(fā)動機與原涂層材料的1MZ-FE型發(fā)動機相比,活塞組的摩擦損失降低了10%。

    3.2 采用低張力活塞環(huán)

    活塞環(huán)的摩擦損失占總摩擦損失的比例最大,特別是在發(fā)動機低速運轉(zhuǎn)時,活塞環(huán)的摩擦損失所占的比例更大。若將活塞環(huán)的張力減小10%,其摩擦損失可減小5%-10%。

    4 結(jié)論

    在新能源汽車沒有大量進入人們的生活之前,內(nèi)燃機車在相當(dāng)長的一段時期內(nèi)仍將作為汽車市場的主導(dǎo)。通過提升內(nèi)燃機的動力性和經(jīng)濟性達到節(jié)約能源、保護環(huán)境的目的,仍將我們今后一段長時間內(nèi)努力的方向。曲軸偏置式發(fā)動機與中心式相比較具有明顯的優(yōu)勢,從理論上講“曲軸偏置式462Q發(fā)動機”的動力性和經(jīng)濟性仍然有很大的空間可以改進提高。

    [1]王敏智,周恒昌.微型汽車構(gòu)造與維修[M].北京:人民交通出版社,1993.

    [2]田豐果,睢娟.《曲軸偏置式發(fā)動機力學(xué)分析研究》[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2009(11):95-97.

    [3]正、偏置發(fā)動機功率與燃料(油耗)對比表[K].貴陽.貴州省汽車工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢查站,2003.

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