活塞的作用

上海伊颧发动机零部件有限公司　

公司成立与１　９９８年１月　由美国伊顿公　

司和日本日锻气门有限公司台资组建合舞　

公司完全采用美国伊顿公司的管　１　制在　

产品生产和过程控制中同时参照了日本日锻　

的先进体系公司拥有１１条发动机气门生产　线及先进的产品检测技术手段．世界领先的　

气ｌ＇ＴｔＵ遣Ｉ艺使伊顿成为国内唯一可利用　

当种技术生产空心气ｌｌ镍基材料气门硬其　

他特别设计的气门供应商　

公司在国内的王要配套厂家包括上　

法雷奥　

浩雷奥集团是个独立的全球性工　

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发，生产及销售业务涉厦原配套业务　

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供应商　

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众，通用、戢姆勒一克莱斯勒　福特菲　

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刮系统、安全系统制动系统、传动系　

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及探删系统　电于和线束系统、电机和　

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法雷奥作为汽车零部件的设计者和　

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第37卷第3期 2017年6月振动、测试与诊断Journal of Vibration, Measurement & DiagnosisVol. 37 No. 3 Jun. 2017doi：10. 16450/j. cnki. issn. 1004-6801. 2017. 03. 023斯特林发动机配气活塞气体的作用效应！李薇1!，牟健1!，洪国同1(1.中国科学院理化技术研究所北京，100190) (2.中国科学院大学北京，100049)摘要为了能够深人认识自由活塞斯特林发动机配气活塞的运动特性，对动力活塞固定不动时的配气活塞的气体 作用效应进行了分析，并设计了配气活塞的单独运动实验，在此基础上提出了配气活塞固有频率的计算式。分析 了工作腔压力波超前与滞后配气活塞位移两种情况下受到的气体力的作用情况，采用旋转矢量法阐述了气体力的 作用机理。当压力波超前或滞后活塞位移小于90°时，认为一部分气体力发挥了气体弹簧的作用，使系统固有频率 增大；当压力波超前或滞后活塞位移大于90°但小于180°时，认为一部分气体力发挥了惯性力的作用，使系统固有 频率减小。热源温度越高，系统的固有频率越小。利用本实验室的一台自由活塞斯特林发动机进行实验，验证了 上述气体力作用的效应与规律，且利用此理论计算了系统固有频率的准确性。关键词斯特林发动机（自由活塞（配气活塞（气体作用效应（固有频率 中图分类号 TH113.1(TK441+.1引言随着空间技术的发展，进人21世纪后，美国、俄 罗斯、日本以及欧洲的主要航天大国纷纷提出了一 系列深空探测的任务计划，而这些计划的实施也对 空间电源提出了新的要求[13]。利用斯特林循环将 热能转化为电能的自由活塞斯特林发电机，因其具 有热电转化效率高、质量轻及体积小等优点，越来越 受到航天大国们的重视，纷纷开展相关研究）7]。自由活塞斯特林发动机是斯特林发动机的一种 结构形式，其动力活塞和配气活塞运动没有机械结 构的限制，因而被称为“自由活塞”[8]。自由活塞斯 特林发动机不仅具有传统斯特林发动机理论效率 高、外燃型等优点，还因为取消了传统斯特林发动机 的曲轴连杆结构，具有噪声和振动小、寿命长等优 点)]。对于自由活塞斯特林发动机而言，如果简单地 对发动机整机进行系统实验，只能测试到整机的系 统热力学和动力学参数，而忽略了各部件的动力学 特性及其相互之间的影响规律，相关的特性信息会 被丢失，很难深人研究发动机的内在动力学特性、耦 合过程及其对启动运行的影响规律。笔者在对配气 活塞单独进行动力学特性实验研究的过程中，发现 系统的固有频率会随着热源温度的升高而降低。由于固有频率对改善系统稳定性和快速响应性起到至 关重要的作用，长期以来一直被各行业作为研究的 热点问题[1011]。对于自由活塞斯特林发动机而言， 配气活塞的固有频率对整机的运行频率起到关键性 作用。针对这个问题，对配气活塞振动系统的固有 频率进行了较深人的理论与实验研究。1配气活塞振动系统的动力学模型配气活塞单独动力学实验装置由气缸、配气活 塞、动力活塞、加热器、回热器、冷却器和配气活塞驱 动电机等组成，具体结构如图1所示。配气活塞上 端为热腔，通过高温换热器与热源（加热棒）交换热 量。配气活塞下端为冷腔，通过冷却器向外界散热。 热腔和冷腔之间通过回热器连接，回热器为环状，位 于配气气缸的外侧，与其同轴。冷腔下端是动力活 塞，动力活塞固定在实验装置缸体上，处于轴向某个 位置，保持不动。动力活塞下端是缓冲腔，配气活塞 的驱动电机固定在缓冲腔内，通过配气活塞杆(从动 力活塞中间穿过)与配气活塞相连。自由活塞斯特林发动机配气活塞的动力学模型 可以用机械振动系统来诠释，其受力分析如图2所 示。运动方程为mdxd + Cd#d+Kdxd + Fd=FEM (1) 其中：为配气活塞的质量为配气活塞运动加! 收稿日期2015-03-19 ;修回日期：

活塞式发动机的工作原理

活塞式发动机的工作原理：

1. 活塞与缸体结构：

活塞是一个圆柱体，由上、下两个头和安装在其中的九角轴构成，九角轴末端带有缸盖，九角轴两端装上旋转的轴承以防止九角轴的磨损，缸体的下端装有进气和排气阀，用于进排气，而缸体的顶部还装有一个封闭的活塞杆锁定系统，用于将上下两个头固定在九角轴上。

2. 运动过程：

当外加的发动机输入动能经由轴系转移给活塞时，活塞就会沿着缸体往外旋转，由于活塞上下两个头均锁定在活塞杆上，而活塞杆又通过连结极耦合了活塞，所以活塞往外旋转一定程度后自动被活塞杆带动往反方向旋转，这样，活塞在缸体上来回循环旋转，就形成了往复活塞运动。

3. 发动机工作机理：

活塞每次从上到下旋转，就会产生一次吸气过程：当活塞接近缸底时，活塞密封环上的压力就小于缸体内的压力，活塞在这个阶段就会解除缸内压，由此产生气体空白，此时进气阀就开启，外界空气就可以被吸入缸体，排气阀同时关闭，形成一种气充涵式。等活塞杆过半后会形成缸底缩小，由于缸体压力的增大，排气阀就会自动打开，缸内的气体就会挤压而流出，用以带动活塞往上方向旋转，进气阀从而自动关闭，从而完成了发动机的一次工作过程。

4. 应用：

活塞式发动机广泛应用于汽车，摩托车，内燃型工程马达，航空发动机等领域。随着科技的发展，活塞式发动机在工况条件方面也可以得到改善，被改进成更加低振动，经久耐用，耗能更少的多种类型，具有更为广泛的应用前景。

活塞全部的作用是什么原理

活塞在发动机中的作用主要有以下几点:

1. 密封压缩作用

活塞能够上下滑动,与气缸壁之间靠活塞环实现气密密封,使得气缸内部成为一个可变容积的封闭空间,使压缩过程成为可能。

2. 传力作用

活塞通过连杆将汽缸内燃气燃烧后释放的压力传给曲轴,将热能转换为机械能,使曲轴不断旋转带动发动机工作。

3. 传热作用

活塞会将燃烧室的大量热量通过导热 schnell传递给气缸、连杆和曲轴,使机件的温度升高。

4. 排气作用

活塞下行时,可以将燃烧后残留的废气排出气缸,为下一个工作循环做准备。

5. 冷却作用

活塞可以将汽缸环流的冷却水带进气缸,帮助冷却燃烧室,防止发动机过热。

6. 承载作用 活塞需要承受燃烧冲击产生的巨大压力,因此必须具有足够的机械强度。

所以活塞的工作原理相当复杂,对发动机性能有重大影响。