发动机活塞环-缸套低摩擦设计仿真分析

以某直列3缸汽油机为研究对象,建立了仿真计算模型,验证了模型的正确性,利用该模型分析了活塞环结构对活塞环-缸套摩擦副润滑的影响。研究表明:过大或过小的活塞环径向桶面高度都会增加活塞环-缸套摩擦副的摩擦损失;在保证发动机平稳运行的基础上,应尽可能选择小的切向弹力;开口间隙对活塞环-缸套之间的窜气量影响很大,冷态时,该款发动机开口间隙为0.38~0.40mm时最佳。     

缸套-活塞环摩擦副的磨损润滑研究现状与发展前景

分析了气缸套-活塞环的磨损润滑机理,并比较了材料表面处理的多种方法,如机械处理、激光珩磨等的优缺点,得出气缸套表面分部处理的思路,并提出了摩擦副减摩润滑的基本研究思路。     

柴油机活塞环缸套摩擦学特性研究

利用CETR摩擦磨损试验机测试分析了柴油机常用的4种表面功能层活塞环与4种合金铸铁材料缸套摩擦副的摩擦因数和磨损系数,结合摩擦界面形貌和成分分析,初步确定了不同活塞环-缸套摩擦副的磨损机制.研究结果表明,陶瓷复合镀层活塞环-缸套摩擦副具有稳定和优良的摩擦学特性,耐磨性大幅度提高;镀铬环-缸套摩擦副物理化学性质稳定,但摩擦因数和磨损系数高;喷铜环-缸套摩擦副物理化学性质不稳定,出现钼颗粒剥落和形成表面复合膜等现象,摩擦因数曲线出现拐点,缸套和活塞环都具有最大的磨损系数.     

活塞环和气缸套表面形貌对润滑性能的影响

综合考虑缸套热变形、缸套温度场、弹性变形以及润滑油变黏度等因素影响,建立活塞环-缸套摩擦副的瞬态流体动压润滑计算模型,分析发动机工况、活塞环-缸套接触面粗糙度方向和粗糙度大小对摩擦功耗和窜气量的影响。研究发现,当转速升高时,摩擦功耗升高,影响发动机效率;活塞环采用横向粗糙度方向和缸套采用纵向粗糙度方向的组合,能够同时使窜气量和摩擦功耗处于较低的水平;综合粗糙度一致时,采用活塞环表面粗糙度低于缸套表面粗糙度的组合,能有效降低摩擦功耗。     

车辆发动机缸套—活塞环磨损试验研究

为了实现对车辆发动机缸套—活塞环磨损失效分析和仿真计算,以缸套—活塞环摩擦副为研究对象,制作与缸套—活塞环相同材料的磨损试样,采用拉丁超立方法设计了模拟缸套上止点附近磨损的8组不同压力与速度的试样磨损试验。依据磨损试验数据,分析了缸套试样的磨损质量和磨损率的变化过程;通过试样表面电镜扫描,分析了缸套试样不同磨损阶段的表面形貌特征;采用响应面拟合方法,建立了不同工况下Archard黏着磨损模型中磨损系数K的计算公式,为发动机缸套—活塞环磨损仿真计算提供基础。     

缸套-活塞环三维润滑状态模拟分析

以发动机缸套-活塞环摩擦副为对象,研究润滑表面粗糙度、润滑油的变黏度效应以及气缸套圆周方向的形变等因素对润滑状态的影响。运用三维瞬态平均Reynolds方程与微凸体接触模型,建立缸套-活塞环三维瞬态动压润滑模型,并使用Fortran语言编制了润滑状态计算程序,得出行程内的最小油膜厚度、压力分布、摩擦力等曲线。结合实际工况对计算结果进行分析,表明在活塞环圆周方向上的油膜压力及油膜厚度分布都是不均匀的,有明显变化;在压缩冲程上止点附近,微凸体摩擦力数倍于流体摩擦力,是引起摩擦磨损的主要原因。     

高强化柴油机活塞环-气缸套边界润滑模型研究

高强化柴油机活塞环-气缸套在上止点处的工作环境恶劣,多处于边界润滑状态,该润滑状态对摩擦副的摩擦磨损性能具有较大影响,然而目前仍缺少相应的数值模型。本研究建立了考虑摩擦膜影响的活塞环-气缸套边界润滑模型,并对其关键参数进行了试验标定,在此基础上,对典型工况下该摩擦副摩擦系数及磨损量进行预测,并与往复摩擦磨损试验机试验结果进行对比,二者偏差小于10%,验证了该模型用于工程评价的有效性。     

表面织构活塞环与CuO纳米润滑油协同润滑特性数值研究

建立了活塞环-缸套流体动压润滑数值模型,研究表面织构和CuO纳米润滑油对活塞环协同润滑机理。研究结果表明:CuO纳米润滑油能有效减小粗糙接触力,降低磨损,但会引起流体黏性剪切力增加;活塞环织构表面与缸套之间形成的微动压效应对动压润滑有促进作用,能有效减小流体摩擦力,减少摩擦损失,但在上下止点附近会导致粗糙接触力增加,磨损加剧;活塞环表面织构的位置会影响其摩擦性能,对比发现中间织构效果最好,与无织构活塞环相比能减小摩擦损失5.17%;表面织构和CuO纳米润滑油之间存在协同润滑作用,合适浓度的纳米润滑油和一定尺度的表面织构能在减少活塞环摩擦损失的同时降低磨损。本研究中中间织构活塞环和体积分数0.5%CuO纳米润滑油组成的协同润滑能达到最佳润滑性能。     

铝合金气缸与活塞环摩擦副的应用研究

小型汽油机缸套——活塞环摩擦副是发动机中非常重要的一对摩擦副,功能是防止燃气泄漏及过量润滑油进入燃烧室,任何一方过量磨损都影响发动机的性能和排放。在负荷和转速不高的汽油机上使用表面未经过强化的铝合金气缸,合理选取活塞环的材料和相关结构参数,既可满足使用要求,又能降低生产成本。     

活塞环/气缸套磨损性能的试验研究

根据柴油机活塞环/气缸套快速磨损模拟试验结果,分析了铌铸铁活塞环的磨损性能,对比考察了活塞环外圆是否镀铬对气缸套磨损性能的影响。试验结果表明,铌铸铁活塞环的磨损性能有显著提高,外圆未镀铬的铌铸铁油环与气缸套材料有良好的匹配性能。装机使用表明,铌铸铁油环与原镀铬油环相比,具有成本低、耐磨性好和无镀铬污染等优点。     

中磷缸套与铬钼铜活塞环的磨损机制

利用SRV高温磨损试验机模拟了缸套一活塞环在上止点区域的工作状态，研究了中磷(MP)缸套／铬钼铜(CrMoCu)环在190℃的高温环境和不同载荷下的磨损形式，分析了材料副在相应条件下的磨损机制。研究结果表明，在较轻载荷下、环、套表面主要为均匀的磨料磨损，环表面还出现了小区域的疲劳剥落；在中等载荷下，环、套表面除了磨料磨损外，还呈现了明显的粘着现象；在重裁条件下，磨损形式为磨料、疲劳、粘着、氧化和犁沟式混合磨损。     

活塞组件耦合作用下的气缸套变形特征分析

为评估某V型高强化柴油机气缸套的变形特征,考虑活塞组件的耦合作用,建立气缸套变形分析的有限元分析模型。采用有限元非线性求解方法对气缸套热-机耦合工况下结构变形进行求解,获得气缸套工作状态下的结构变形量,并充分说明在气缸套结构变形分析中考虑活塞组件耦合效应的重要性。分析了缸套结构纵向及不同高度截面变形特点,结果表明,缸盖螺栓预紧载荷和活塞侧向作用力对缸套缸口和活塞上止点处的截面变形影响较大,气缸套中下部截面变形相对较小,主要以椭圆变形为主。     

气缸套径向变形对活塞环弹流润滑性能的影响

以弹流润滑理论为基础,发展了一种活塞环三维弹性流体动压润滑数值分析模型。为了研究气缸套径向变形对活塞环弹流润滑性能的影响,建立了椭圆形气缸套模型,分析了气缸套不同变形量时的油膜压力、油膜厚度和润滑表面弹性变形等性能参数。计算结果表明,气缸套径向发生变形时,油膜压力分布、最大油膜压力、油膜厚度分布、最小油膜厚度以及润滑表面弹性变形等都会发生明显变化。因此,分析活塞环弹流润滑性能时考虑气缸套径向变形的影响是非常必要的。此外,为了提高活塞环润滑性能应尽量减少气缸套和活塞环的径向变形量。     

基于热障涂层的发动机活塞组件-缸套减摩方案研究

降低摩擦损失是提高整机经济性并降低碳排放的有效途径.包括活塞环和活塞在内的活塞组件,工作条件恶劣,活塞组件-缸套系统的摩擦损失可占整机近50％.活塞组件往复运动过程中,在冲程的不同位置其速度不同,活塞组件-缸套的润滑模式也不同.在靠近上下止点处,较高的润滑油黏度对改善润滑和降低接触摩擦有利;在冲程中间处,更低的润滑油黏...     

活塞敲击引起的缸套振动响应对缸套水侧空化的影响研究

为研究活塞侧击引起的缸套振动响应对柴油机缸套水侧空化状况的影响,以某国Ⅵ水冷柴油机为研究对象,结合结构动力学与计算流体力学,对缸套表面振动与其水侧流体动力学行为进行耦合分析.基于柴油机试验台架实测了缸套壁面振动,对应建立了柴油机气缸总成瞬态动力学模型,结合仿真与实测振动响应研究了活塞侧击作用下的缸套振动特性.然后,将瞬态动力学计算结果以动网格的形式输入二维冷却水套模型中进行数值模拟,研究了缸套振动形式、水套厚度和出口压力等因素对空化的影响.结果表明,缸套在活塞侧向力作用下的高频振动与其结构固有模态有关,缸套的高频模态振动和冷却水套厚度对缸套水侧的空化现象影响显著.提高冷却水套出口压力可小幅削减空化强度,而增加水套厚度对缸套水侧空化的抑制作用更为明显.