柔性活塞：未来汽车发动机的新宠？

柔性活塞：未来汽车发动机的新宠？

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中国科学院

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来源

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https://opt.cas.cn/kpyd/kpwz/202401/t20240129_6961138.html

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美国科研团队设计出一种使用柔性材料的新型“张力活塞”，动力是传统活塞的3倍以上，最多可节能40%。这种柔性活塞有望为汽车发动机等系统的设计提供新思路。

柔性活塞是一种利用弹性变形来工作的新型活塞，属于柔顺机构的一种。与传统刚性活塞不同，柔性活塞通过自身的弹性变形来传递力和能量，而不是依靠刚性结构。这种设计使得柔性活塞在工作过程中能够更好地适应各种复杂的运动状态，实现更精细的运动控制。

柔性活塞的主要优点包括：

1. 高精度：由于没有摩擦和间隙，柔性活塞可以实现非常精确的运动控制，精度可达微米甚至纳米级。
2. 低噪音：柔性活塞在工作过程中不会产生机械摩擦，因此噪音非常低。
3. 长寿命：没有磨损和疲劳问题，柔性活塞的使用寿命通常比传统活塞更长。
4. 轻量化：一体化设计使得柔性活塞的结构更简单，重量更轻，有助于提高发动机效率。

传统活塞依靠刚性结构传递力和能量，而柔性活塞通过弹性变形来工作。这种设计上的差异带来了显著的性能差异：

1. 运动精度：柔性活塞可以实现微米级甚至纳米级的运动控制，而传统活塞的精度受到机械间隙的限制。
2. 噪音水平：柔性活塞在工作过程中不会产生机械摩擦，因此噪音非常低，而传统活塞则不可避免地会产生机械噪音。
3. 使用寿命：柔性活塞没有磨损和疲劳问题，使用寿命通常更长。
4. 设计复杂度：柔性活塞可以实现一体化设计，结构更简单，而传统活塞需要多个零件组装。
5. 成本：虽然柔性活塞的材料成本可能更高，但一体化设计降低了制造和装配成本。

柔性活塞在汽车发动机中的应用前景非常广阔。由于其高精度、低噪音和长寿命的特点，柔性活塞可以显著提高发动机的性能和效率。此外，柔性活塞的一体化设计有助于实现发动机的轻量化，进一步提高燃油经济性。

麻省理工学院和哈佛大学的研究人员已经开发出一种新型“张力活塞”结构，这种结构将可压缩折叠的活塞置于密封的柔性膜中，替代传统的刚性活塞。这种设计消除了大量摩擦力，从而实现更高的效率和更低的能耗。据研究团队称，这种新型活塞的动力是传统活塞的3倍以上，最多可节能40%。

目前，柔性活塞技术正处于快速发展阶段。虽然在汽车发动机领域的应用尚处于研究阶段，但已经取得了一些重要进展。

例如，天永智能（603895）最近获得了一项名为“一种应用于活塞连杆柔性装配的角度及平面组合浮动机构”的发明专利授权。该专利提供了一种应用于活塞连杆柔性装配的角度及平面组合浮动机构，实现了压头与活塞、连杆、活塞销、活塞销卡簧压头的不同轴的自动纠正，实现了活塞连杆的柔性安装，避免了安装或压装过程造成的产品划伤。

柔性活塞技术如果能够成功应用于汽车发动机，可能会带来以下革命性变化：

1. 性能提升：更高的运动精度和更好的能量转换效率将显著提升发动机性能。
2. 节能减排：高达40%的节能效果将大大降低汽车油耗和排放。
3. 降低噪音：低噪音特性将使汽车运行更加安静舒适。
4. 延长寿命：更长的使用寿命将降低维护成本。
5. 设计革新：一体化设计将简化发动机结构，降低制造成本。

虽然柔性活塞技术目前仍处于研究阶段，但其展现出的巨大潜力已经引起了广泛关注。随着研究的深入和技术的成熟，我们有理由相信，柔性活塞有望成为未来汽车发动机的新宠，为汽车工业带来一场革命性的变革。