活塞原理分析和讲解

2、活塞的冷却
按有无专门冷却介质冷却可分为： 淡水、 滑油 冷却式活塞和非冷却式活塞。
冷却活塞 －－轴向散热型 使用冷却介质对活塞内腔进行强制冷却
结构特点：1.顶部薄壁 2.顶部内腔过渡圆角较小 3.隔热环（有时） 4.活塞或十字头上安装有冷却液输送机构 运用－－大中型柴油机

活塞的冷却方式大 致有三种：

二、活塞的要求和材料
常用材料



合金铸铁 铝合金 球墨铸铁 耐热合金钢。
具有更高的机械强度。在强载柴油 机中，常用这种材料制成薄壁式的 活塞结构，以增加其承受热负荷的 综合能力。

耐热合金钢一般用作组合式活塞的 头部材料。

•三、柴油机活塞的组成
和ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ构特点
筒 形 活 塞

活塞本体 活塞环 活塞销



合金铸铁 铝合金 球墨铸铁 耐热合金钢。
密度小，铝合金活塞比铸铁的要轻 30%～50%，因而能相应地减小活塞 组的往复惯性力，因此高速柴油机 的活塞广泛采用铝合金材料。 缺点： 铝合金材料的热强度较差，热膨胀 系数较大。 与气缸套的冷态配合间隙要比铸 铁的大一倍左右，在冷车启动和低 负荷运转时，将加剧活塞对气缸套 的撞击。
活塞组的工作条件
受力－－ 气缸内气体作用力P、高速往复运 动质量所产生的往复惯性力 Pj、以及连杆倾 斜时所产生的侧推力PH的周期性作用。 受热－－ 高温燃烧气体的周期加热。长时间 在高温状态下工作，不仅使活塞材料的强度 降低，同时，活塞组靠近燃烧室的部分也将 产生热变形和很大的热应力。 受摩擦－－ 在侧推力作用和润滑不良的条件 下进行高速往复运动，使活塞组产生较大的 摩擦损失和磨损。同时，周期性改变方向的 侧推力也必将使活塞不断撞击气缸套，引起 活塞变形和气缸套振动。



二、活塞的要求和材料
在保证强度和刚度足够的前提下，尽可 能减轻质量；
要 求
尽量减少活塞顶从燃烧气体吸收热量， 又能尽快地将所吸收的热量散走， 防止活塞过热； 既要保证燃烧室良好的气密性，又应尽 ； 可能减少活塞组的摩擦损失 摩擦副具有良好的润滑、较小的磨损以 及较少的润滑油消耗量 。
二、活塞的要求和材料
3、活塞环

（1）密封环（气环）
功用－－阻止气缸中气体泄漏，并将活塞的部份热量传 给气缸套。
组合－－为得到理想的密封、耐磨和布油等综合性能， 一个活塞的密封环组常由各种截面形状活 塞环组合而成。 而且往往第一道密封环采用镀铬环，能使这一道环的密 封性能、磨合性能、耐用性有明显提高，而且对保护下 部的其它活塞环也有良好效果。
密封性不好。 仅用于油冷活 塞。
套管式冷却机构
铰 链 式 冷 却 机 构
活 塞 冷 却 油 路 机 构
3、活塞环


活塞环－－开有切口的扁形金属圆环， 圆周方向产生弹力、装入活塞环槽后， 端面与环槽存在轴向间隙。随活塞装入 缸套后，仍存在切口开度。同时在径向 方向上，环的内圆与环槽底圆间也存在 间隙。 活塞环按功用分为密封环、刮油环和承 磨环。
合金铸铁
球墨铸铁
常用材料 铝合金 耐热合金钢

二、活塞的要求和材料
常用材料



具有较高的机械强度、较小的热 合金铸铁 膨胀系数以及良好的耐磨和耐腐蚀 性能，价格低廉，工艺性好； 铝合金 缺点： 球墨铸铁 耐热合金钢。 密度大，吸热性和导热性比铝合 金差。

二、活塞的要求和材料
常用材料
1.
活 塞 的 构 造

十字头 活 塞

活塞头 活塞裙 活塞环 活塞杆 活塞冷却机 构
•三、柴油机活塞的组成和结构特点

活塞本体结构型式可分为： 整体式和组合式；
整 体 筒 形 活 塞
组 合 式 筒 形 活 塞
•三、柴油机活塞的组成和结构特点
活塞本体上部主要用于接受气体作用及装 活塞环，称为顶部。 下部为裙部，主要传递侧推力或启闭气口。 活塞顶面是燃烧室底面，其形状根据燃前 供应可燃混合气的方式进行设计制造。 头部直径在冷态下呈上小下大的微锥形或 阶梯形。 裙部被制成短轴在活塞销方向的椭圆形， 或将销座侧的裙部加工出凹陷区域。
•活塞的作用和工作条件 •活塞的要求和材料 •柴油机活塞的组成和结构特点
•一、活塞的作用和工作条件
与气缸、汽缸盖等组成封闭的燃烧室空间；
承受气体的压力，并通过连杆传递给曲轴；
作 用
承受连杆侧推力，起往复运动的导向作用；
启闭气门，控制换气 筒形活塞
二冲程
•一、活塞的作用和工作条件

活塞组所处的工作条件极 为恶劣，它是在高温、高负 荷、高速运动、润滑不良以 及冷却困难等情况下工作的。
用于强化度不 高的小型柴油 机
自由喷射冷却
广泛应 用
循环冷却
滑油在压力作用下经连杆杆身内的输油 通道，自下而上经连杆小端上部的喷嘴 喷出冷却 活塞顶，然后落入曲轴箱。 借助于专门的冷却机构把压力油送入 活 塞顶内腔内循环冷却（先周围后中部） （活塞内设循环腔或埋入蛇形管） 在活塞顶内腔内设置大容积的活塞空间， 利用进出口位置不同，保证冷却腔内的 冷却液只充满40％～60％，并以一定的 循环速度流过。借助于往复运动的惯性力 生产冲刷振荡。

气环密封原理
密封环截面形状
气 环 截 面 形 状
活塞环切口


(2)刮油环（油环）
刮油环用来刮除缸壁内表多余的润滑油。
活塞泵油原理
刮油环刮油原理

活塞结构




活塞组件
1-活塞本体；2-气环；3-油环；4-活塞销
活塞顶部形 状
活 塞 侧 表 面 形 状
活塞裙部的椭圆变形
十 字 头 活 塞

2、活塞的冷却
按有无专门冷却介质冷却可分为： 冷却式活塞和非冷却式活塞。
非冷却活塞 －－径向散热型 活塞环 气缸套 冷却水
结构特点：1.顶部壁厚较大，并沿活塞半径方向逐渐增厚； 2.顶部内腔环带 的过度圆弧较大，以利于散热。 运用－－ 中小型柴油机
振荡冷却
冷却液的输送方式－－筒形活塞 应用于筒形活
塞
在曲轴箱内设置固定的滑油喷 管－－对准活塞冷却腔进行喷 射； 在曲轴连杆中钻孔，通过连杆 小端－－活塞销－活塞销座－ 活塞头部。

冷却后的滑油 流回曲轴箱
冷却液的输送方式－－十字头活塞
活塞冷却机构
套管式 铰链式
密封性 好。 多数用于水冷 活塞。