汽车发动机活塞设计的发展趋向

汽车发动机活塞设计的发展趋向 汽车发动机活塞设计的发展趋向 汽车发动机活塞设计的发展趋向 何进 (北京林业大学100083) 科学论坛 啊I [摘要]交通事业的发展使得汽车内部构造的形式变得多样化,发动机作为汽车的主要构造,其在不断更新的过程中采取了减重,减摩等不同先进的技 术.但许多用书对于控制噪声,振动期望越来越高,这就要求了汽车发动机还必须重新改造设计.针对这一点,本文重点分析了汽车发动机活塞设计的相关 问. [关键词]汽车发动机活塞设计问题 中图分类号:U464.07文献标识码:A文章编号:1009914X(2011)130047—02 对于发动机而言,若能够有效降低往复质量带来的好处是多个方面的,其 不仅能够减小往复惯性力的大小,还能显着改善曲轴,连杆的符合,最终带来 的是一系列的连锁反应,最终则能够有效降低发动机的全部质量,减小元器件 的占有空间,防止摩擦损失过大等.从汽车机械行业的理论知识看,活塞, 活塞环造成的摩擦损失在发动机整体摩擦中最高达60%,这就需要在设计过程 中能够采取措施减小活塞带来的摩擦. 1活塞内部结构形式 1.1汽油机活塞 从国外发达国家收集到的汽油机活塞的K值,如图l所示.在图1中能 够发现,汽车制造业在开发汽油发动机的新机型过程中必须要积极采用先进的 活塞减重技术. E 馥 勃然馘 0磴 {麟缝辫壤鏊赢裰{,睨 图l汽油机活塞的K值及质量发展趋势 而造成活塞压缩高度变化的因素是多个方面的,但最关键的因素则是活塞 的质量大小.合理降低活塞的压缩高度能够逐渐减小活塞的质量,这是现代 汽车生产中常用的减小摩擦方式.而为了达到这样的设计效果,国外先进的 技术中不仅调整了整个汽车的外在结构,也对活塞自身的性能进行了调整设 计,从而保证了设计的科学性.具体情况为:(1)选择推力侧与反推力侧 方案,这是一种非对称的设计形式.因为活塞在气缸内上下运动的环节里,推 力侧受力要比反推力侧大很多,这就需要在活塞的设计环节里,能够把反推力 侧的面积设计的更小,这样就能够发挥出减轻重量的效果.(2)改进活塞销外 观,适当减小活塞销的长度,对活塞销座的形状变化成楔形,以此来保证活塞销 座的总长在最短.(3)调整结构的厚度,主要是对活塞销座的壁厚进行打薄处 理,这样也可达到降低质量的作用. 对于活塞的往返运动而言,活塞裙部起到了较大的导向作用.而设计时 确定裙部的长度,刚度等都需要结合活塞销的质量大小进行,彼此之间协调 起来才可从整体上减轻质量.这就需要把活塞的压缩高度减小,短裙活塞在 活塞设计中是十分常见的形式.而考虑到短裙活塞的固定性较差,导致活塞 在发动机上止点周围进行做换向工作时,敲击的幅度过大,从而造成了噪声变 响.要想显着控制敲击声音,则必须要针对活塞裙部型线,裙部刚度实施科 学的分配调整.此外,在接触表面的比压不断变大时,活塞拉缸也会出现相应 的变化.早期采用的镀锡方法难以达到初期拉缸的设计需要,而考虑到实现 减摩,抗拉缸总压,裙部表面处理需要使用喷涂石墨等相应的润滑材料. 1.2轿车柴油机活塞 进行轿车柴油机活塞相关设计时,其主要目标四为了减小活塞销座应力, 有效降低活塞的温度.其中,控制燃烧室喉口及一环槽的温度,改善活塞的冷 却效应是重点.从这些可以看出,轿车用柴油机今后的发展方向为:(1)爆发 压力变大后,活塞销座处的应力也相应变大.活塞销座开裂作为活塞失效的 主要因素,要想减小活塞销座处的应力,则需对活塞销座选择楔形,阶梯形等 构造形式.考虑到维护销孔的安全性能,在销孔内部需要添加衬套的需求逐 渐变多.(2)在汽车技术更新时,活塞冷却形式开始由冷却活塞内腔变化为内 冷油道,设计中选用的波浪型的内冷油道则是最佳的冷却方式,其冷却效果要 好于常规的设计作用.对于一些特殊的设计情况而言,为了增强对活塞一环 槽的冷却效果,则把活塞环槽的耐磨镶圈与冷却油道融合在一起,这对于活塞 一 环槽和活塞顶面温度的降低效果甚佳.(3)设计中要采取相应的措施防止开 裂,尤其是燃烧室喉口在爆发压力,火焰作用下产生的裂缝,积极选用陶瓷镶 ,在活塞顶面实施阳极氧化且对销孔方向 圈设计能发挥出理想的效果.此外 维持相应的不氧化,由此可形成相应的拉应力,可以有效缓解由爆发压力造成 的压应力,且发挥出理想的防裂效果 13重型车用柴油机活塞 在交通道路事业进步中,重型柴油机的功率,扭矩也在相应增大,爆发压 力大小也由早期的l5MPa增大到20MPa以上.为达到高爆发压力的需要,不 仅要选择和轿车柴油机相适应的强度,冷却,其钢顶铝裙的铰接活塞和整体 锻钢活塞也是保证重型柴油机效率改善的重要因素.当完全的锻钢活塞发挥 出冷却效果良好,强度性能优越,配缸间隙小诸多优势后,其则能够达到设 计和使用的需要. 国外市场上对于重型柴油机的活塞设计也会受到爆发压力,时期的不同 而加以改变,具体情况见图2,排放,爆发压力,活塞设计不同情况下, 设计方案变化见图3.从图2中则能发现,在爆发压力变大的过程中,整体锻 钢活塞则是重型车用柴油机的最佳选择. 整裕馘鞲舞爨 瑟 树 较 麓 嚣 {?0{970{980{留鳓200020{02020 颦瓣 图2北美市场重型柴油机活塞的设计方案随爆发压力和年份的变化 张蛳禳黢.嚣 糟霆蝴鳓24M26鼢 1? 囊 薪 {2 图3不同排放要求的爆发压力及活塞设计的变化趋势 2活塞的材料及热处理 科技水平的提高使得发动机的性能更加忧郁,其轻量化趋势成为了必然, 在活塞材料的温度控制上也有了新的标准.很多活塞制造商都开始研究出最 新的活塞用硅铝合金,这种新型的材料成为了活塞制造运用最先进的制作方 法.新材料的运用除了可以达到高爆发压力的标准外,还可以在力学性能, 高温力学性能等指标上加以改进,这是当前铝活塞使用最多的如:MAHLE145 材料的耐磨性能优越,在高速强化的汽油机方面的使用较多,给制造生产带来 了方便.另一方面.在陶瓷纤维增强原理上制造起来的铝基复合材料运用 于高性能的发动机也有着较大的效果,整体锻钢活塞的材料主要包括36MnVS 非调钢,42CrMo4调质钢等,可根据具体要求选择使用. 结语 综上所言,活塞在汽车发动机中是造成摩擦增大的主要因素,选择超短裙 的锻造铝活塞成为了今后行业发展的趋势.铝基复合材料运用于轿车用柴油 发动机能够发挥出诸多优越的性能,如:对爆发压力,高耐磨的控制效果甚 科技博览l47 +??—__?引,??一秀, 一 ,葛 落一 科学论坛 I? 探讨移动通信传输网络安全性的措施 崔雪 (中阔移动通信集河北有限公司保定分公司河北保定071051) [摘要]网络安全是十分重要的,结合移动传输网络的特点,分析影响网络安全的几点重要因素:传输网络网方式,传输网络组网方式,传输设备选型 及配置,设备工作的外部环境等探讨如何避免这些影响本地传输网络安全的因素. [关键词]安全性同缆网络结构双节点双平面多分支工作环境 中图分类号:tn92文献标识码:A文章编号:1009—914X(2011)13004801 引官 随着各运营商逐步完善自己的基础网络,无线网络覆盖率将不再是影响移 动网络质量的主要原因,通信『阍络的服务质量主要取决于无线网络优化和通信 设备的稳定性.随着各业务对传输需求的不断增加,传输网络的规模不断扩 大,网络组织日益复杂,传输网络的安全性成为评估通信网络服务质量的重要 因素针对本地移动通信传输网的特点,如何进一步完善 现有的本地移动传输网络,优化传输网络组织结构,提高网络的安全性, 成为本地移动传输网建设和优化中的重点问题.结合我多年对传输网络的规 划建设和维护经验,粗略的探讨如何提高本地移动通信网中传输网络的安全 性. 1移动传输网络现状和隐患 经过多年的发展,各地市移动传输网络己形成规模,都有自己比较完善的 传输网络.移动业务基本上均存中心局落地,电路呈辐射型.本地移动传输网 基本上采用2.5G或10G光传输设备组成骨干环路,再由2.5G传输设备组成汇 聚环,或者直接由622M/155M传输设备组成接入环路 /f合理, 本地传输网络各期工程逐期叠加,造成传输网络结构复杂,路由 网管数据杂乱,设备型号繁多等问题这就对传输l斓络的安全性构成巨大的挑 战. 2影响传输网络安全的因素 影响传输网络安全的因素多种多样,具体表现在:路由不合理,设备选型 不合理,组网不合理,及设备工作环境恶劣等方面. (1)从线路路由角度考虑,影响传输网络安全性的因素有:传输汇聚节点出 入局同缆,环内存在同缆组环,长分支链路. (2)从传输设备的角度考虑,影响传输网络安全性的因素有:重要机盘无热 备份,同'局向业务无分流或分担,不同厂家设备或同厂家不通版本设备对 接,大量微波或PI)H设备的应片j,设备无过压保护功能等. (3)从传输网络组网的角度考虑,影响传输网络安全性的索有:重要节点 没有失效保护机制,同区业务集中,网络中较氏链路,同一竹点存在大量分 支节点,网络时钟成环等. (4)影响传输网络安全性的其他因素有:基站电池容量不足或电池劣化, 设备工作电压不稳定以及设备空开与耗电量不匹配,传输设备:作环境差, 网管交叉数据杂乱等. 3针对影响安全因素,采取的措施 针对目前影响本地移动传输网络安全的因素,可以考虑在传输网络建设初 期进行合理的规划线路路由和组网方式,在网络建设后期进行合理的传输网络 优化来提高传输网络的安全性. (1)光缆路由方面在传输网络建设前期,根据[程投资和实际情况合理 的规划工程建设,尽量避免形成传输重要节点出入局同缆现象. 对于己经形成的节点出入局同缆和同缆组环,考虑期新建或者租用不同路 由加以优化解决.在传输工程设计之初和线路旖工中,尽量避免形成星型网络 结构和长链路结构. (2)传输组网方面.:[程前期做好前期规划,工程建设中期做好组网设 计,工程建设后期做好传输网络优化,尽量采用SDH环路保护,甚至采用网状 网保护. 对于大容量或重要业务环路,考虑采用双节点保护组网:对大容量或多节 点环路,考虑物理上组成双平面传输环或者多平内传输环. 不能新建线路改造的星型结构,考虑采用相较分支结构安全的同缆组环方 式或跳纤分散支路的方式. 不能成环的重要分支链路,考虑利用同速率的SDH微波和传输设备进行混 合组网,完成环路保护 传输网络的组网尽量避免过于复杂,尽量采用两层组网结构(骨干层和接 入层). SDH传输环内时钟规划也相当重要,一定要避免时钟互锁或构成环路,尽 量避免时钟链路过长. (3)传输设备方面.对重要传输节点关键单盘进行1:l或者n:1热备保护. 对重要电路采用业务分流或者负荷分担的方式进行调整. 环路上设备尽量采用同一家,同一型号的传输设备,避开不同厂家设备的 对接: 采用具备过压保护功能的传输设备. 在传输本地网中不建议大量的采用微波和YDH组网 (4)其他一些因素考虑.由于移动通信网络不少通信机房在农村,经常存 在着交流停电的现象,通信机房内后备电池在通信网络中就起着至关重要的作 用.从提高通信网络的安全角度出发,对于经常停电的重要节点机房尽量采用 大容量的后备电池,及时更换劣化的后备电池. 设备的工作电压直接影响到设备是否能够正常工作,不稳定的工作电 压直接威胁着通信网络的安全.建议做好下述几点:交流供电电压不稳定的情 况,考虑增加交流稳压器:采用具备过电保护功能的传输设备,有效的防止浪 涌电流";采用具备多次下电功能的直流配电柜,并能够实现下电电压范围的自 行设置:采用与传输设备耗电量匹配的空开:重要传输 设备采用双路供电系统:严格控制关闭传输设备电源后,立即恢复供电的 操作. 传输设备的工作环境(包括设备工作的温,湿度和环境卫生等)也像供电 电流一样,影响着通行网络的安全,节点机房的温湿度严格的控制在设备标称 范围内,最好控制在最佳温度.另外,通信机房应该按照严格密封,保持机 房内的洁净. 结语 传输网络是电信网络的基础,承载着电信运营商的所有业务,传输网络的 质量的好坏直接影响着运营商能够提供服务的质量水平.传输网络的安全性 主要受光缆线路路由,组网结构性,传输设备性能,及其他外部环境等因素影 响.为有效的提高传输网络的安全性,在传输网络建设前合理的规划传输网 络在网络建设期间严格的对传输设各进行选型,合理的规 划网管数据:在网络建设后期,积极的优化传输网络;在日常维护中,严格 的保持设备正常的工作环境等. 参考文献 [1]<(optix2500+光网络工程师培训组网》.华为技术有限公司. [2]陈冰.《固定网络数字微波传输解决方案及应用》.《通信世界》2006, 4O. 佳.因此,选择新型材料也是设计中需要考虑的重点. 参考文献 [1]朱利民.汽车铝活塞铸造机械化生产[J].铸造技术,2008,(01). [2]周世杰,黄沙棘,刘彤妍.轿车活塞衬套材料研究进展[J].热加工工 艺,2008,(03). 48l科技博览 [3]陶莉莉,刘世英.中重型汽车发动机活塞的设计研究[J].内燃机与动 力装置,2006,(03). 作者简介: 何进,(1989.10-),女,河北大名县,本科,研究方向:车辆工程.