内燃机缸套—活塞环混合润滑特性及摩擦力分析

本基于二维Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程分析了缸套－活塞环的润滑特性，并且计算了缸套－活塞环间的摩擦力，考虑了表面粗糙度，微凸体接触以及活塞环装入缸套后的变形等影响因素，结果表明，缸套－活塞环间的油膜厚度沿周向是不均匀的，采用二维Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程可以准确地描述缸套－活塞环的摩擦及润滑特性以及润滑特性沿活塞环周向的变化。     

内燃机缸套─活塞环混合润滑特性及摩擦力分析

本文基于二维Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程分析了缸套─活塞环的润滑特性，并且计算了缸套─活塞环间的摩擦力，考虑了表面粗糙度、微凸体接触以及活塞环装入缸套后的变形等形响因素。结果表明，缸套─活塞环间的油膜厚度沿周向是不均匀的，采用二维Ｒｅｗｏｌｄｓ方程可以准确地描述缸套─活塞环的摩擦及润滑特性以及润滑特性沿活塞环周向的变化。     

活塞环-缸套贫油润滑特性仿真分析

为研究柴油机在贫油润滑状态下活塞环-缸套摩擦副的润滑特性，以活塞环-缸套摩擦副为研究对象，基于平均雷诺方程和微凸体接触模型，建立活塞环-缸套摩擦副一维混合润滑模型，并在该模型的基础上，根据来流油膜厚度计算贫油状态润滑域，得到贫油润滑模型。通过贫油润滑模型，对不同载荷、不同频率、不同贫油程度对润滑油膜厚度、摩擦力、摩擦因数等参数的影响进行仿真。结果表明：在贫油润滑时油膜厚度分布规律与富油润滑时的分布规律类似，但油膜厚度与润滑区宽度均小于富油润滑；微凸体承载力占比增大，动压润滑效应被削弱，摩擦因数增大。     

活塞环-气缸套润滑摩擦研究

活塞环与气缸套间的润滑、摩擦直接影响到内燃机的动力性、经济性和可靠性。在内燃机实际运行过程中,缸内工作过程循环变动及活塞气缸套间动接触导热直接影响到润滑油膜的状态,因而活塞环在缸套中的不同位置时的摩擦、润滑状态各不相同。在传统的活塞环组稳态热混合润滑的基础上,考虑到活塞组一气缸套动接触系统瞬态传热,建立了活塞环组的非稳态热混合润滑、摩擦数理模型及数值方法。运用该方法可模拟出活塞环组润滑、摩擦特性,并可预测出不同瞬时润滑油膜的温度场、压力分布、油膜厚度、摩擦功和摩擦热等重要参数。     

内燃机活塞环组的贫油润滑状态及摩擦功损失

本文给出了描述内燃机活塞环组贫油润滑状态及其摩擦特性的通用数学模型,并将其计算结果和富油润滑模型的结果进行了比较。在贫油润滑模型中,由于假定各环(除最底下的那道油环以外)的入口油膜为前一活塞环经过相同位置时留在缸套上的尾迹油膜,使计算的气环油膜厚度曲线出现波动。这种波动在实际内燃机中是客观存在的。此外,模型可方便地用以讨论活塞环面形状、活塞环数、油膜温度和发动机转速等参数对最小油膜厚度及摩擦功损失的影响。     

结构参数对活塞环-缸套系统润滑的影响

以某型号直列式6缸机为载体,用数值方法求解活塞环．缸套三维润滑模型,分析了表面粗糙度、活塞环桶面高度和缸套椭圆度等结构参数对润滑状态的影响,给出了不同参数下最小油‘膜厚度的对比,以及几个曲轴转角下油膜压力和油膜厚度的分布情况。结果表明,结构参数对润滑有显著的影响;在做功冲程上止点附近油膜厚度最小,其值为0．559μm,油膜压力最大;在整个运行过程中,凸峰接触主要出现在做功冲程上止点附近。     

活塞环组润滑油膜厚度的实验研究

活塞环润滑的最小油膜厚度是反映活塞环与缸套间润滑性能的重要参数。本文首次采用电涡流传感器，通过对最小润滑油膜厚度的测量，研究了活塞环组润滑状况与发动机运转参数、环组结构参数及配置等的关系，证明环组润滑处于贫油状态，存在着流体动压和挤压两种润滑作用方式，而且不同冲程上的最小油膜厚度相差不大，在无油环的润滑条件下，活塞环的最小润滑油膜厚度存在一极限。     

水平缸套发动机油膜分布状态在线测量技术研究

针对对置活塞对置气缸二冲程发动机存在机油周向分布不均导致缸套局部拉伤、机油耗升高的问题,设计了透明缸套发动机,结合荧光诱导技术,实现了对水平双对置发动机缸套活塞环油膜分布状态的在线模拟测量。研究了转速为200r/min、润滑油温度为85~150℃时缸套活塞环润滑油膜分布状态,发现当活塞位于上止点位置时,随润滑油温度升高,活塞环处油膜厚度变化不明显,而活塞环靠近燃烧室一侧润滑油膜的荧光强度曲线的峰值和宽度都显著增大,说明随温度升高润滑油向燃烧室的输运效应增强,这与润滑油黏度随温度升高而下降有关。     

考虑油膜与摩擦力影响的内燃机活塞—缸套撞击情形研究

在内燃机活塞－缸套磨损故障诊断中，对撞击参数的确定通常是将活塞组作为刚性整体看待。实际上，活塞环与缸壁间的摩擦力，活塞环与环槽间的摩擦力，活塞裙部与缸壁间的油膜等都对撞击过程产生影响。本文从分析活塞环－缸套润滑状态着手，建立了活塞－缸套撞击力计算模型。并以１９０Ａ柴油机作仿真算例表明：将撞击过程是否作为刚性整体撞击处理，对撞击参数影响甚大。同时，作者通过在１７５Ｆ柴油机上的实验验证了润滑油膜对撞击力的影响。     

结构参数对活塞环-气缸套润滑摩擦性能影响的数值模拟

将三维瞬态热传导模型、动压润滑模型和润滑油膜传热模型耦合起来,并考虑了润滑油的黏-温变化、油膜破裂位置以及活塞环弹力在气缸套圆周方向上的非轴对称性等影响因素,开发了一种活塞环-气缸套三维非稳态热混合润滑摩擦模型.采用上述模型,对比分析了固体部件温度场、活塞环轴向高度和桶面高度3个结构参数对活塞环-气缸套润滑摩擦性能的影响.结果表明:在365.3°CA时,最小油膜厚度取得最小值,摩擦力取得最大值;活塞环、气缸套分别取进气下止点和燃烧上止点处的温度计算出的最小油膜厚度降低的幅度值为31.7%;活塞环轴向高度由2.00,mm增大到4.00,mm,最小油膜厚度增大的幅度值为74.5%,最大摩擦力降低的幅度值为45.7%;活塞环桶面高度由2.5,μm增大到5.0,μm,最小油膜厚度降低的幅度值为46.5%,最大摩擦力增大的幅度值为57.1%.     

用耦合分析法研究内燃机活塞环-气缸套传热润滑摩擦问题

在以往对活塞环-气缸套润滑摩擦性能的研究中,大都忽略了活塞组-气缸套间的导热,或者将导热过程简化,这与该摩擦副的实际润滑摩擦状况相去甚远.把柴油机缸内燃气、活塞、活塞环、润滑油膜、气缸套、冷却介质作为一个耦合体,考虑各部件间及相应物理场间的耦合关系,采用耦合分析法建立了活塞环-气缸套的三维非稳态热混合润滑摩擦模型.该模型以三维瞬态热传导模型、动压润滑模型和润滑油膜传热模型为基础,并考虑了润滑油的黏温变化、燃烧室燃气泄漏、表面粗糙度、油膜破裂位置以及气缸套圆周方向上的非轴对称性等影响因素.采用上述模型,对6110型柴油机活塞环-气缸套摩擦副进行了传热、润滑、摩擦耦合分析,得到了活塞组-气缸套的温度场,并用试验证实了耦合模型的正确性;与此同时,得出了润滑油膜的温度、黏度、最小油膜厚度和摩擦热随曲轴转角和活塞环周向高度的分布曲线.     

低速二冲程柴油机活塞环-缸套润滑模型及相关软件开发

在传统润滑模型基础上,将活塞环润滑特性、活塞环动力学、滑油输运、环组窜气、几何结构参数、缸套变形,固体颗粒等多因素进行耦合,建立了考虑针对低速二冲程柴油机的结构与供油方式的特殊性的供油润滑模型,并对环组间的窜气以及低速二冲程柴油机缸套表面所特有的表面织构与油槽结构进行研究。结果表明：低速机活塞环跨越动压、混合以及边界润滑三个区域,润滑油的供给条件及固体颗粒的存在直接影响着活塞环—缸套摩擦副的润滑状态。     

活塞裙部流体动力润滑数值分析

对内燃机活塞-缸套系统的流体动力润滑与动力学行为进行了耦合分析,在考虑活塞二阶运动的基础上建立了活塞裙部润滑的数值模型。运用龙格-库塔方法求解二阶运动模型,并采用有限元方法求解裙部润滑的平均雷诺方程。分析了裙部不同型线、活塞销不同偏置的油膜厚度、油膜压力和活塞摆角等二阶运动状况。在润滑油不同粘度以及是否考虑粘压特性条件下,对油膜摩擦力和摩擦功率进行了对比。结果表明,裙部采用中凸椭圆型线,活塞销向主推力侧偏置,可减小二阶运动,改善润滑状态,润滑油粘度对裙部摩擦损失有较大的影响,而粘压特性则对裙部润滑的影响较小。     

增压中冷柴油机主轴承润滑特性研究

基于弹性流体动力润滑理论,建立了4缸柴油机主轴承润滑仿真模型,研究了不同转速下内燃机轴瓦与轴承座的弹性变形、轴瓦与轴颈粗糙度对主轴承润滑特性的影响。研究结果表明:5个主轴承膜厚比均大于1,其中第5主轴承峰值油膜压力与其他4个主轴承相比明显偏大,而且存在偏磨现象,润滑相对恶劣;优化后第5主轴承峰值油膜压力平均降低了20%,最小油膜厚度平均增加了25%,摩擦功耗平均降低了43%。     

柴油机配气滚轮浮环轴承润滑特性优化研究

为研究配气机构滚轮浮环衬套动态载荷、运动与润滑特性的内在联系,以某高指标船用柴油机配气机构排气滚轮浮环轴承为对象,考虑动态载荷和弹性变形,建立了润滑仿真模型。研究了浮环衬套供油、间隙匹配、浮环衬套厚度等关键结构参数对滚轮浮环轴承动态润滑特性的影响规律。结果表明:浮环衬套周向油槽能增加供油流量,但对内圈油膜厚度、油膜压力不利;浮环衬套间隙匹配对内外圈油膜影响规律不同,但优化匹配方案能有效改善油膜厚度、油膜压力、平均热载等润滑特性;适当减小浮环衬套厚度,也有利于提升润滑特性。     

运动颗粒对活塞环润滑的影响

利用运动网格技术分析了颗粒对活塞环润滑特性的影响。首先导出了新的润滑雷诺方程，该方程不仅适用于颗粒存在的润滑求解，同时也适用于不含颗粒的润滑问题求解。通过把油膜场分为三个求解域，依据新的雷诺方程，通过网格变换，追踪了颗粒对活塞环润滑特性的影响。仿真结果表明：油膜承载力和活塞环所受的摩擦力会随着颗粒在油膜厚度方向上的高度及颗粒直径的增加而增加；而随颗粒轴向速度的增大而减小。     

活塞裙部润滑油膜厚度的计算及试验研究

对活塞裙部润滑油膜厚度进行了仿真计算和试验研究。建立了活塞裙部混合润滑模型,进行了润滑油膜厚度的计算,并介绍了试验方法和试验过程。通过理论计算和试验结果的对比分析。证明了模型的适用性,发现了裙部润滑油膜的一些特点。