活塞內冷油腔潛在失效模式解析

■ 孫淑霞，王劍，王瀟如，夏金寶

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近年來，隨著新材料、新技術的出現，高爆壓、高負荷內燃機的應用越來越普遍，并且輕量化設計趨勢明顯加快，這就對作為內燃機核心部件的活塞提出更高的設計要求，在活塞頂部靠近鑲圈附近增加振蕩冷卻油腔設計是一種普遍采用的方式。冷卻油通過主油道一側的噴嘴噴入活塞冷卻油腔中，在冷卻油腔內振蕩吸收活塞熱量后流出，從而降低活塞（特別是活塞頭部）溫度。依據內冷油腔成形工藝的不同，又區分為水溶鹽芯活塞和焊接活塞。下面主要針對水溶鹽芯活塞（見圖1）在生產或使用中內冷油腔常見的幾種潛在失效模式進行討論和解析。

圖1 水溶鹽芯活塞

1. 內冷油腔幾何尺寸失效

內冷油腔幾何尺寸失效（見圖2）是一種最常見失效模式，能占到內冷油腔失效數量的80%以上。內冷油腔幾何尺寸失效的直接后果是內冷油腔與環槽和燃燒室的距離變窄，造成環岸斷裂或燃燒室擊穿。內冷油腔幾何尺寸失效存在多種表現形式，總體可歸納為四類（見圖3）：①內冷油腔徑向偏移。②內冷油腔軸向偏移。③內冷油腔翹曲變形。④內冷油腔平面失圓。

圖2 內冷油腔幾何尺寸失效

圖3 內冷油腔幾何尺寸失效表現形式

研究表明，內冷油腔徑向偏移失效模式出現的原因包括：①鹽芯本身的定位孔偏離中心位置。②模具上的鹽芯定位支撐在外力作用下發生傾斜、彎曲或偏移。

內冷油腔軸向偏移失效模式出現的原因包括：①鹽芯本身制造尺寸偏大。……