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。活塞采用了這種新涂層材料的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.