发动机开发标定时,如何确定活塞销偏置和曲轴偏置量?

核心提示为了减轻在上止点活塞换向时对气缸的“拍击”,某些高速发动机将活塞销座向承受膨胀侧压力的一面偏移一个距离e。这样活塞可以在上止点前提早换向,尤其是当压缩行程终了时,活塞换向时刻可以预先“爆发”,改善了发动机的工作平顺性。 由于活塞在压缩冲程和

为了减轻在上止点活塞换向时对气缸的“拍击”,某些高速发动机将活塞销座向承受膨胀侧压力的一面偏移一个距离e。这样活塞可以在上止点前提早换向,尤其是当压缩行程终了时,活塞换向时刻可以预先“爆发”,改善了发动机的工作平顺性。 由于活塞在压缩冲程和做功冲程,活塞受力都是向下的,也就是被气缸内的气压往下顶。但是在这两个冲程当中,连杆顶活塞的方向是刚好相反的。也就是说,活塞受到连杆的水平分力方向相反。

假如活塞的销孔是在几何中心,那么活塞将会因为受到连杆不同方向的水平分力而左右摇晃,产生敲缸。但改为使用偏置销孔,由于活塞顶受气缸内气体压力作用于活塞顶的几何中心,与连杆的作用力(因为活塞销偏移)形成一对力矩,使活塞自动地靠在气缸壁的一边,而不会两边晃,也就消除了敲缸的机会。

简言之:活塞销孔轴线通常与活塞轴线垂直相交。这时,当压缩行程结束、作功行程开始,活塞越过上止点时,侧向力方向改变,活塞由次推力面贴紧气缸壁突然转变为主推力面贴紧气缸壁,活塞与气缸发生“拍击”,产生噪声,且有损活塞的耐久性。

在许多高速发动机中,活塞销孔轴线朝主推力面一侧偏离活塞轴线1~2mm。压缩压力将使活塞在接近上止点时发生倾斜,活塞在越过上止点时,将逐渐地由次推力面转变为由主推力面贴紧气缸壁,从而消减了活塞对气缸的拍击。销座的轴线与活塞中心线垂直相交的活塞,当活塞由上止点换向时,侧压力瞬时换向,使活塞与缸壁之间的接触面突然由一侧平移至另一侧,便产生敲缸声。

设计开发时具体的偏置值一般根据 经验数据来推荐(不同大小、转速的活塞不一样),然后进行动力学计算去验证及调整。试验过程中检查缸体的震动辐射噪声及裙部磨损进行验证。

曲轴偏置:

曲轴偏置对发动机四个行程的影响

(1)进气行程

活塞下行速度较慢,导致充气效率降低,但由于下行时间较长,可时间充气。再配合以机械增压或者废弃涡轮增压,可以消除进气行程活塞下行慢的不利影响。

(2)压缩行程

活塞上行过程速度较中心式快。切向力相差不大,耗功基本不变。活塞运动速度越快泄露越少,热损失和可燃气体损失降低,有利于提高最高温度、最高压力和循环的热效率。

(3)做工行程

活塞行程增大,导致气缸排量增加、压缩比提高。使压缩终了温度、压强更高,循环热效率和平均压力得到提高。做功行程时问延长,有利于燃料的充分燃烧,在同样的燃烧条件下可以获得更多的有用功。

 
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