简析曲轴偏置式462Q发动机活塞组减摩措施

张 凤

（贵州工业职业技术学院，贵阳 550008）

简析曲轴偏置式462Q发动机活塞组减摩措施

张 凤

（贵州工业职业技术学院，贵阳 550008）

以曲轴中心式462Q发动机为基础，在曲轴、连杆、缸径等重要参数不变的情况下，仅仅改变其曲轴中心的位置（本文以正偏置22mm为例），能提高发动机的动力性和经济性。但在发动机工作过程中，活塞对气缸壁的侧压力始终存在，造成摩擦增大，功耗增加。本文从分析曲轴偏置式462Q发动机侧压力着手，提出改进措施，减小活塞对气缸壁的摩擦，降低功耗，延长使用寿命。

462Q；曲轴偏置；侧压力；耐磨性

0 引言

在今后相当长一段时期内，内燃机车仍将是汽车市场的主导，是人们主要使用的交通运输工具。曲轴偏置带来发动机动力性、经济性等方面的改善，宝马公司V10、本田飞度i-DSIM、丰田1SZ-FE和日产LIVINA骊威等款发动机采用了偏置式曲轴设计。国内相关有裘澄立专利（ZL01256936.4）、李德平等专利（89205287）、杨入山专利（89205287）等曲轴偏置式往复活塞式内燃机报道。但在曲轴偏置式发动机工作过程中，活塞对气缸壁的侧压力始终存在，造成摩擦增大，功耗增加。针对侧压力进行分析，进一步优化曲轴偏置发动机经济性，将有利于提高发动机使用效率，同时降低燃油消耗，减少对环境的污染，具有现实意义。

1 曲轴偏置的概念

曲轴偏置式发动机是在中心式发动机的基础上，在曲轴、连杆、缸径等重要参数不变的情况下，仅仅改变其曲轴中心的位置，将曲轴中心左偏一定距离，可解决敲缸问题，改善发动机工作的平顺性，同时可提高发动机工作过程中的动力性和经济性。

2 活塞对气缸壁侧压力分析

图1 曲轴连杆机构所受外力

2.1 曲轴连杆机构所受外力

以一个单缸机的曲轴连杆机构为例，若忽略各运动副的摩擦阻力和阻力矩不计，忽略构件自身重力不计，则它所受到的外力就只有：

（1）作用于活塞的气体作用力Pj；

（2）作用于曲轴动力输出端的旋转阻力矩M'；

（3）气体对活塞的支承力N'；

（4）机体对曲轴的支承力Pr。

其中N'可认为垂直于气缸中心线并通过活塞销中心。

2.2 侧压力分析

2.2.1 进气行程

刚开始工作时，偏置式发动机侧压力大于中心式发动机，随着气缸内压力的增大，二者相差不大。

2.2.2 压缩行程

压缩过程中偏置式发动机侧压力一直大于中心式发动机，但是到压缩终了时二者相等。

2.2.3 做功行程

偏置式发动机与中心式发动机侧压力峰值相差不大，总的来说，偏置式发动机侧压力变化曲线较为突然，造成对缸壁瞬间冲击加剧，正压力较大，磨损严重。

2.2.4 排气行程

在排气行程中，偏置式发动机侧压力始终大于中心式发动机。

3 减少活塞组摩擦损失

通过对侧压力的分析，针对减少摩擦、进一步优化曲轴偏置发动机经济性采取改进措施，将有利于提高发动机使用效率，降低燃油消耗。

3.1 活塞缸套表面处理

3.1.1 缸壁硬化处理

在对侧压力分析的基础上，针对磨损加剧处增强缸壁硬化处理，保证发动机工作的可靠性。

图3 中心式、偏置式作功过程侧压力曲线图

3.1.2 缸套表面镀层

根据Michael Halsband对不同缸套表面镀层摩擦力平均值影响的研究，若在缸套表面镀石墨，摩擦力平均值下降6％，缸套表面镀NiSiDi时，摩擦力平均值下降高达16％。车用发动机在低负荷工况下，通过减少活塞摩擦力可以降低燃油消耗率4.5％-7.5％。

3.1.2 活塞表面涂层

日本丰田公司曾推出低粘度树脂涂层活塞，其树脂涂层材料是由固体润滑剂和保持润滑的树脂型粘合剂构成。以往的树脂涂层材料是用二氧化钼和石墨作为固体润滑剂，粘合剂则采用聚酰胺亚胺树脂；而新开发的涂层材料则掺有减少摩擦的聚四氟乙烯，这种材料与以往的树脂层材料一样具有良好的耐久性，同时还可以减少摩擦。活塞采用了这种新涂层材料的2MZ-FE型发动机与原涂层材料的1MZ-FE型发动机相比，活塞组的摩擦损失降低了10％。

3.2 采用低张力活塞环

活塞环的摩擦损失占总摩擦损失的比例最大，特别是在发动机低速运转时，活塞环的摩擦损失所占的比例更大。若将活塞环的张力减小10％，其摩擦损失可减小5％-10％。

4 结论

在新能源汽车没有大量进入人们的生活之前，内燃机车在相当长的一段时期内仍将作为汽车市场的主导。通过提升内燃机的动力性和经济性达到节约能源、保护环境的目的，仍将我们今后一段长时间内努力的方向。曲轴偏置式发动机与中心式相比较具有明显的优势，从理论上讲“曲轴偏置式462Q发动机”的动力性和经济性仍然有很大的空间可以改进提高。

[1]王敏智，周恒昌.微型汽车构造与维修[M].北京：人民交通出版社，1993.

[2]田丰果，睢娟.《曲轴偏置式发动机力学分析研究》[J].数字技术与应用，2009（11）：95-97.

[3]正、偏置发动机功率与燃料（油耗）对比表[K].贵阳.贵州省汽车工业产品质量监督检查站，2003.