活塞环摩擦学特性在下一代弹性燃料发动机上面临的挑战

目前，随着可再生生物燃料的使用，考虑到从种植、燃料生产到汽车使用的整个生命周期，乙醇在弹性燃料汽车上的应用被认为是低二氧化碳排放的代用方案。在巴西，80％以上的量产汽车都使用弹性燃料。由于乙醇热值较低，为了获得相同的发动机功率，与汽油相比，乙醇的燃烧标定更为激进。这种燃用乙醇时不断增加发动机比功率的需求所产生的机械热负荷对活塞环摩擦学特性是一种挑战。乙醇的使用也带来一些特定的未被明确的摩擦学差异，如燃料稀释润滑油（尤其是在冷起动时），以及具有腐蚀性的工作环境等。在特定的驾驶条件下，曾观察到氮化钢的第1道活塞环表面剥落等早期失效情况。当采用乙醇运行时，弹性燃料发动机呈现更高的最高燃烧压力，并且该峰值出现在曲轴转角上止点附近。这种状况增加了活塞环的磨损、擦伤的风险及摩擦学上的困难，这些都可能导致氮化层的裂纹及剥落。从摩擦学角度探讨弹性燃料发动机的第1道活塞环性能。讨论了弹性燃料发动机使用乙醇后对第1道活塞环的磨损、擦伤、氮化层剥落及摩擦等特性的影响。用发动机试验来评定耐磨损性和耐剥落性。有关擦伤，进行了环块法摩擦磨损试验，并给出了活塞环的涂层分级。还讨论了第1道活塞环的摩擦特性及对燃油耗的影响。给出了发动机浮动气缸套的试验结果。最后，讨论了克服这些挑战的活塞环技术方案。其中，有改进氮化处理以增加韧性的钢制活塞环，以及应用一种物理汽相沉积涂层，以提高耐磨损性和摩擦特性。介绍了一些摩擦试验台和发动机试验，以支持所讨论的技术方案。发动机试验基于严酷程序，目的是证明或预测弹性燃料发动机燃用乙醇时对性能的影响。