发动机活塞热分析 - 图文(3)

发动机活塞热分析 8

针对常见的活塞故障：活塞顶面烧蚀、活塞顶面开裂、活塞环岸和环槽的损伤和活塞裙部损伤、相关件断裂及活塞破碎进行关于活塞失效发生的原因、造成的危害、避免故障发生的方法的分析。结合本次工作，查找有关活塞热分析的试验。

1.3.2建立活塞三维模型

对活塞进行几何尺寸的测量：活塞的直径、头部高度、裙部高度、活塞壁厚度、活塞环槽的深度等进行测量，绘制活塞的二维三视图，使用CATIA软件的CAD设计模块进行活塞的三维建模，为发动机活塞热分析做好准备。

1.3.3发动机活塞热分析

将活塞三维模型导入到ANSYS软件，先定义分析的类型，然后定义材料的属性，再确定表面传热系数，之后确定几何模型参数，划分网格，确定载荷并施加载荷，最后计算出活塞的温度分布云图和最高温度位置，然后根据最高温度的位置进行结构的改进。

发动机活塞热分析 9

2 发动机活塞失效分析与实验调研

2.1 发动机活塞失效分析

发动机作为各种机械，尤其在汽车领域中最主要和重要的动力装置，活塞是其主要配件之一，由于它在气缸内以高速度作不匀速往复运动，且又在高温、高压和必须有液体润滑困难等工况条件下工作，所以是一种容易磨损而发生故障或失效的配件。在一般正常使用情况下，只有在发动机大修时才更换新活塞。

针对发动机活塞失效进行调研，得出发动机活塞失效的形式有：头部或环岸断裂，严重时整圈脱落；环槽、销座和裙部的严重磨损；销座内侧上部出现裂纹以及燃烧室边缘烧蚀等。可以具体为：1. 活塞顶面烧蚀与烧穿；2. 顶部热裂纹；3. 裙部拉伤；4.环岸损坏、5.气门顶撞活塞或活塞顶撞气缸盖；6.四点划伤；7.销孔内侧压裂等。

这其中大部分断裂、烧蚀、磨损和裂纹是由于活塞在受热之后活塞的机械性能——包括高温引起的活塞硬度，强度，刚度等因素发生改变引起的；以及发动机燃烧室内部温度过高引起的活塞烧损，烧蚀和几何形变等几何破坏；并且活塞温度过高引起润滑油性质的改变同样会造成活塞的严重磨损。因此，活塞的失效是多种原因引起的破坏性的综合，针对活塞失效进行调研并分析很有必要。

2.1.1活塞顶面烧蚀与烧穿

活塞顶面烧蚀与烧穿的主要特征为：活塞顶面烧熔甚至烧穿，或在顶边缘及火力岸出现局部蜂窝状烧蚀坑。造成活塞顶面烧烧蚀与烧穿的原因有：1、喷油器故障，如喷射不良，喷油量过大，喷油器安装不当等。2、喷油或者点火过早。3、非正常燃烧如爆燃、早火、激爆等。4、燃烧压力过大。5、超负荷运行。6、使用燃油不当（辛烷值或十六烷值低）。

活塞顶面烧蚀与烧穿是一种严重的活塞失效形式。活塞烧蚀呈现在活塞顶部，轻者有疏松状麻坑，重者有局部烧熔现象。活塞顶面烧蚀将导致高温燃气窜入曲轴箱，加速润滑油的氧化变质、气缸密封性变差、压缩比下降、燃油燃烧过程变坏、发动机的动力性和经济性下降;严重时活塞开裂破碎，损坏缸套、连杆、曲轴、机体等零部件。

活塞顶部烧蚀的原因主要是不正常燃烧造成的，使顶部接受过多热量或者是活塞环卡死和断环故障之后再大负荷情况下运转而烧顶的。当活塞冷却不良时，在活塞顶上如喷嘴油束对应区域，以及顶部突出的形状如活塞顶部W形凹坑等处产生局部过热，当温度超过一定值后，金属表面出现烧蚀。烧蚀较轻的活塞，允许继续使用，烧蚀严重时必须更换品质更高的活塞，同时对发动机整机进行维修保养，重点检查燃油喷射系统和正时齿轮链条，保证燃油喷射的精准；调整点火提前角，检查冷却系统，抑制发动机爆震等可以大大减少活塞顶面烧蚀与烧穿的几率。同时，由于发动机温度过高，进行温度场测量，是量化分析的重要手段。提高活塞品质，使活塞在更高的温度场内温度工作也是

发动机活塞热分析 10

减少活塞顶面烧蚀烧穿的重要手段。

图2.1

活塞顶面烧蚀

2.1.2顶部热裂纹

活塞顶部出现热裂纹的特征为在活塞顶面，主要在燃烧室边缘出现裂纹。造成活塞顶部出现热裂纹的主要原因有：1、喷油量过大。2、超负荷运行。3、发动机负荷波动大，负荷波动频繁。4、增压压力过高。

图2.2

活塞顶部热裂纹

活塞顶面裂纹的方向一般与活塞销孔的轴线方向垂直，主要是热应力引起的疲劳裂纹。在发动机超负荷运转情况下，造成活塞变形量过大，而导致活塞顶面的疲劳开裂。燃烧系统工作不正常或发动机负荷过大时，造成活塞顶面的温度梯度增大，从而导致活塞顶面的热开裂。活塞材质不合格，导致高温强度降低。燃料中含有硫、钒等元素，则会引起高温腐蚀，从而加速裂纹的发展。

形成活塞顶面热裂纹的主要因素是活塞品质不高，必须进行温度场测试，根据测试

发动机活塞热分析 11

结果改用品质合适的活塞，使活塞在高温环境下能够稳定工作。

2.1.3活塞裙部拉伤

裙部拉伤的主要特征为活塞裙部一侧或两侧出现大面积拉伤。造成裙部拉伤的主要原因有：1、气缸或活塞变形或缸垫损坏。2、冷却系统故障，冷却不良。3、缺油、机油不洁或品质不好。4、长期大负荷运行或超速超负荷运行。5、不适当的连续冷启动或启动后马上加大负荷。6、新活塞与气缸未良好磨合立即投入大负荷运行等。

活塞裙部拉伤是比较常见的发动机故障。活塞裙部在活塞工作中是起导向作用的，活塞裙部与缸壁之间的磨损无法避免。并且随着使用时间的增长，二者之间的间隙不断增大，当间隙大到一定程度，将出现敲缸现象。二者之间磨损的主要原因是材质不好，热膨胀系数太高，高温的情况下造成涨缸。由于在活塞裙部这个部位的润滑方式是飞溅式润滑，润滑油好坏也是一个关键因素。因此在长时间高温高速的工况下应该让发动机适当地休息冷却。

图2.3

活塞裙部拉伤

发生活塞裙部拉伤的同时一般也伴有气缸壁拉伤。因此如果发生活塞裙部拉伤的情况，必须要对气缸壁进行检查，如果气缸壁拉伤严重或有较大的变形则必须连同气缸一起更换。如果气缸壁拉伤不严重且没有明显变形，则在保证润滑的前提下更换活塞，同时进行温度场试验，验证活塞能否在正常工况下温度工作而不发生严重的形变，如果发生形变，必须更换材质更优的活塞。

2.1.4 活塞环岸损坏

活塞环岸损坏的主要特征为环岸损伤或断裂。造成环岸损伤的原因有：1、喷油或点火定时不当（过早）。2、燃烧不合要求，十六烷值或辛烷值低。3、积碳严重压缩比增大。4、环与环槽严重磨损，侧隙过大。5、活塞环断裂撞击环岸。6、不正确装配或更换活塞环时未修去缸肩使环受力过大。7、在低温下频繁冷启动。

活塞环岸损伤也是常见的活塞失效的形式之一。在活塞上下运动时，活塞环随气缸的形变要做径向伸缩，尤其第1道环槽处温度高，且受到燃气的“冲击”和油楔的作用，

发动机活塞热分析 12

因此环在环槽里发生摩擦 …… 此处隐藏：1982字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……