纳米润滑添加剂改善摩擦磨损提高发动机性能的研究

以5W-30润滑油为基础油,Al_2O_3/TiO_2为纳米添加剂,配制添加剂质量分数为2%的纳米润滑油。通过摩擦学性能试验台模拟缸套-活塞环摩擦副实际工作过程,研究Al_2O_3/TiO_2纳米添加剂对摩擦学性能的改善;通过场发射扫描电镜(FESEM)对活塞环样本微观形貌进行观察,确定表面磨损情况;通过发动机台架实验研究确定实际使用工作过程中,纳米添加剂对发动机动力性能的影响。结果表明,润滑油中加入Al_2O_3/TiO_2纳米添加剂后,缸套-活塞环摩擦副摩擦磨损性能得到明显改善,摩擦因数和活塞环磨损率显著下降,摩擦因数最大下降50.6%,平均下降42%;活塞环磨损率最大下降34.8%,平均下降27.2%;活塞环表面微观形貌得到明显改善,磨损表面得到修复,划痕显著减少;在转速为4 400 r/min时随着负荷逐渐增大,发动机台架实验输出功率最高提升24.2%,低负荷功率增幅显著,高负荷范围内功率平均提升3.3%,动力性能得到较大提升。     

柴油机活塞环表面类金刚石薄膜在模拟工况下摩擦学性能

大缸径、长冲程的大功率柴油机的活塞环-缸套摩擦副易发生异常磨损,使柴油机动力性能丧失,甚至发生拉缸等重大事故,通过先进的表面处理技术可显著改善活塞环-缸套摩擦副的润滑条件,提高活塞环-缸套摩擦副的摩擦学性能。采用阴极电弧离子镀技术在铬-陶瓷复合镀(CKS)活塞环表面制备厚度为7 μm的DLC薄膜,研究CKS活塞环表面的DLC薄膜在柴油机模拟工况下的摩擦学性能。结果表明：在干摩擦、室温贫油和高温贫油的工况下,CKS活塞环表面的DLC薄膜可以显著减小活塞环-缸套摩擦副对摩的摩擦因数,降低缸套的磨损;摩擦过程中DLC薄膜与润滑油的协同润滑作用以及DLC薄膜的石墨化是改善活塞环-缸套摩擦副摩擦学性能的主要原因。     

改性纳米h-BN润滑油添加剂对缸套-活塞环摩擦学性能的影响

在缸套-活塞环摩擦副中,当活塞在上、下止点处为零速,难以形成油膜,且在气缸的高温工况下,其他部位的油膜也会被破坏,从而造成缸套-活塞环的摩擦功耗增加和磨损加剧。采用优质润滑油是提高缸套-活塞环润滑与摩擦特性的重要手段。制备改性纳米六方氮化硼(h-BN)颗粒并将其按不同质量分数分散至聚α-烯烃（PAO10）基础油中,使用R-tec摩擦磨损试验机开展不同载荷下的往复摩擦试验,通过观测摩擦因数、磨损体积和缸套磨损表面、磨损元素及三维形貌参数,研究改性纳米h-BN添加剂对缸套材料摩擦学性能的影响以及减摩抗磨润滑机制。结果表明：加入改性纳米h-BN添加剂可以显著降低缸套-活塞环摩擦副的摩擦因数,减少磨损量,加入质量分数0.25%的添加剂在50 N、3 Hz工况下可使摩擦因数降低33.87%,磨损体积降低23.32%;在载荷及摩擦热作用下纳米h-BN添加剂可以在磨损表面形成摩擦保护膜,可以改善缸套的表面粗糙度,创造优良的润滑环境,提升其摩擦学性能。     

超声振动对不同黏度润滑油摩擦学性能的影响

研究GCr15/45#钢摩擦副在4种不同黏度的润滑油润滑时,有和无超声振动下的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜分析磨痕表面形貌,探讨在不同黏度润滑油作用下,超声振动对润滑油摩擦学性能的影响机制。结果表明:超声振动对不同黏度润滑油摩擦学性能的影响是不同的;超声振动可以提高低黏度润滑油润滑的减摩抗磨性能,如在6#白油润滑时施加超声振动后,摩擦副间的摩擦因数和磨损体积分别减小了13.6%和17.5%;高黏度润滑油润滑时,超声振动会加剧摩擦副的摩擦磨损,如在150BS润滑时施加超声振动后,摩擦副间的摩擦因数和磨损体积分别增加了10.4%和50%。     

基于多压力变温实验的缸套-活塞环摩擦因数预测研究

为探究内燃机中缸套-活塞环摩擦副在复杂工况下的摩擦因数变化规律,根据实际工况下的温度和压力,使用SRV高温摩擦试验机模拟内燃机系统缸套-活塞环之间的往复式摩擦运动,获得不同温度和压力下的摩擦因数,并测试不同温度下润滑油的黏度。以摩擦接触面温度、载荷和润滑油黏度为输入,摩擦因数为输出,构建BP神经网络预测模型。结果表明,BP神经网络具有较高的预测精度,测试集误差值稳定在1%以内,满足工程精度要求。     

SRV(R)4摩擦测试系统在材料研究中的应用

介绍了SRV(R)4摩擦测试系统的结构组成、测试原理,总结了该测试系统在摩擦学基础研究、油脂、涂层、材料研究中应用情况,阐述了其在汽车发动机活塞环/缸套摩擦副研究中的功能与优势.     

以汽油和甲醇为燃料时小型二冲程发动机摩擦特性比较

采用往复振动机模拟小型二冲程发动机运转工况，实验研究汽油和甲醇为燃料时发动机气缸和活塞环间的摩擦特性，并比较分别使用润滑油新油、润滑油老化油、润滑油新油和老化油的混合油作为润滑油时气缸和活塞环间的摩擦特性。结果表明，以甲醇为燃料时的摩擦因数和磨损量均小于以汽油为燃料时的摩擦因数和磨损量，特别是使用添加了润滑油新油的燃料时的摩擦因数和磨损量最小。通过黏度和热重（TG）分析，探讨甲醇燃料改善气缸和活塞环间的摩擦特性的原因，结果表明，甲醇燃料具有较高的黏度和较低的摩擦因数，因而以甲醇为燃料时可以降低磨损     

活塞环——缸套摩擦磨损研究

本文通过摩擦磨损试验仪试验数据,比对出活塞环与缸套在贫油和富油状态的摩擦学特性,揭示出润滑状态是影响活塞环与缸套摩擦副摩擦学特性的关键因素,为产品设计和故障分析提供数据支持。     

无油压缩机气缸-活塞环摩擦磨损特性试验研究

为探究无油压缩机气缸与填充PTFE活塞环的配对摩擦磨损特性，在Rtec-instruments多功能摩擦磨损试验机上对不同表面处理工艺的不锈钢、铝合金气缸材料与不同配方填充PTFE活塞环材料进行配对摩擦磨损试验。通过对摩擦系数时序曲线的变化规律、摩擦副磨损前后表面形貌特征及填充PTFE磨损量的研究，选择最优摩擦学性能的气缸-活塞环的配对摩擦副。结果表明，铝合金与不锈钢表面进行PCVD处理相对于常规阳极氧化和镀铬更易在摩擦表面形成自润滑转移膜；PTFE填充碳纤维时，其摩擦系数时序曲线随磨合过程降低且较为稳定；考虑摩擦系数与相对磨损量，提出了综合摩擦系数作为配对摩擦副选材的依据；PCVD处理的铝合金材料与填充主材碳纤维PTFE的综合摩擦系数为6.1×10^-5，具有较低的综合摩擦系数、稳定的摩擦系数时序曲线和良好的表面形貌特征，可作为气缸-活塞环的配对摩擦副的优选方案之一。     

涡轮增压发动机用0W-20润滑油减摩性能研究

为研究低黏度润滑油对涡轮增压发动机燃油经济性的影响,配制5种不同的0W-20全配方润滑油。使用真实活塞环-缸套摩擦副试样,选取涡轮增压发动机关键工况,通过往复摩擦模拟试验测试各油样的减摩效果。通过控制整车WLTC油耗测试精度,比较各油样的燃油经济性提升效果。结果表明：降低润滑油黏度和添加摩擦改进剂均可以改善燃油经济性,但是后者的效果更为显著;摩擦改进剂MoDTC的加剂量越高,减摩效果越好;硼酸盐清净剂可以增强MoDTC的减摩效果。比较摩擦模拟试验和整车油耗试验发现,使用真实的环套摩擦副组件并设定合适工况的摩擦模拟试验,可以快速区分润滑油的减摩效果,但是无法反映真实的燃油经济性的提升程度。     

用SRV试验机评价柴油机油摩擦磨损性能

采用SRV 4型摩擦磨损试验机为试验平台,以某商用车公司提供的发动机缸套-活塞环截取件作为摩擦副试验件,以15W-40 CF-4和15W-40 CI-4发动机油为润滑介质,建立评价柴油机油摩擦磨损性能的模拟试验方法,并使用该方法对油品配方中减摩剂的区分性及不同材质活塞环与润滑油的适配性等进行考察。试验结果表明:建立的模拟试验方法能较好地区分出具有优异抗磨性能的柴油机油,同样对油品配方中减摩剂和不同材质活塞环与润滑油适配性等有着较好的区分性,可以作为润滑油品开发者和OEM汽车厂家对油品配方开发和摩擦副材质筛选的模拟评价手段。     

国际合作确保国内活塞环行业大发展

活塞环是发动机中唯一的三维运动的零件;活塞环－气缸体是发动机中主要的摩擦副之一．也是工作条件最为恶劣和磨损最为严重的摩擦副。发动机的使用寿命、燃油经济性和废气排放要符合环保法规要求．很多方面都取决干活塞环的结构、材料和制造品质及活塞环的润滑条件和活塞环－气缸体摩擦副的台理配对。因此,活塞环若出现问题最容易导致发动机出现故障。我国企业活塞环技术水平还需提高,随着市场竞争的加剧．活塞环行业正在面临整合．企业要想获得大的发展．只有通过国际合作的途径。     

考虑固壁导热的活塞环-气缸套润滑摩擦特性的影响因素研究

在考虑活塞组-气缸套固体部件间瞬态导热的基础上,把柴油机缸内燃气、活塞、活塞环、润滑油膜、气缸套和冷却介质作为一个耦合体,将三维瞬态热传导模型和润滑油膜传热模型引入流体动压润滑分析理论,建立了活塞环-气缸套的三维非稳态热混合润滑摩擦模型.利用该模型对一6110型柴油机的活塞环-气缸套进行了深入研究,探讨了表面粗糙度、活塞环平均基准压力对该摩擦副润滑摩擦性能的影响.研究表明,活塞组-气缸套间的固壁导热直接影响活塞环-气缸套的温度场,进而影响到该摩擦副的润滑摩擦状况;随活塞环平均基准压力的增大,膜厚变薄,油膜温度增加,粘度减小,油膜摩擦热除上死点附近有所增加外,其余部分基本上没有变化,说明对活塞环-气缸套系统进行三维润滑摩擦分析是非常必要的;当表面粗糙度增加后,油膜厚度、摩擦热、温度都有所增加,油膜粘度相应减小.     

金属陶瓷添加剂对船舶主机汽缸套-活塞环摩擦学行为的影响

将普通CD40润滑油作为基础润滑油，在3种不同的载荷作用下，对含有金属陶瓷添加剂润滑油对汽缸套-活塞环摩擦磨损特性的影响进行了模拟试验研究，并与实际使用的普通CD40润滑油的试验结果进行了比较。研究结果表明，汽缸套-活塞环摩擦副在这种添加剂作用下，其磨损失重及摩擦因数都大幅度降低。摩擦副表面扫描电镜分析结果也表明，这种添加剂使摩擦表面更光滑，其本身具有表面自修复作用。     

活塞环与汽缸壁润滑的理论分析(上)

活塞环与汽缸套是发动机的一个重要摩擦副。活塞环所要完成的任务是复杂的:它必须对缸套起密封作用以防止燃气的泄漏和过量的润滑油进入燃烧室,同时要求在工作过程中具有较小的摩擦损失和一定的使用寿命。因此,这移动的密封直接影响发动机的功率、润滑油的损耗、活塞环与缸套的摩擦、磨损、润滑和使用寿命。     

阳极PED技术制备活塞环表面陶瓷涂层的研究

在内燃机中,由于摩擦产生的输出功率损失达到20%,可见摩擦磨损是影响内燃机燃油效率的关键因素,其中,活塞环-缸套摩擦副产生的摩擦在内燃机摩擦中占比超过50%,因此,改善活塞环组件的摩擦学性能对提高内燃机性能有着重要的意义。本文对活塞环表面改性、活塞环表面织构、润滑条件等影响活塞环摩擦学性能的因素进行了阐述,着重对利用阳极等离子体电解沉积(PED)技术制备活塞环表面涂层的技术研究进行了介绍,并给出一种利用该技术制备陶瓷涂层的方案供参考。     

活塞环表面离子镀硬质膜的摩擦学性能研究

为了改善发动机活塞环的摩擦学性能和提高其使用寿命,采用离子镀技术在活塞环表面制备了CrN硬质膜,并利用SRV摩擦磨损试验机考察了硬质膜的摩擦学特性,研究结果表明离子镀硬质膜的摩擦系数基本与镀铬层一致,但磨损量远低于镀铬层的磨损量,与两种涂层活塞环配副的缸套试样的磨损量基本相当。     

考虑时变效应的织构缸套润滑性能分析及试验研究

内燃机缸孔内的时变效应和气压变化对活塞环受力影响不可忽略,而织构形貌参数对发动机油耗性能的影响也有待深入研究。为此,构建考虑时变效应和缸内气体压力变化的织构化缸套-活塞环摩擦副的流体动压润滑模型,采用多重网格法求解模型获得润滑油膜压力分布规律,进而获得缸套-活塞环间的最小油膜厚度和摩擦力,并针对装配织构缸套的发动机开展台架试验。计算结果表明：缸内气体压力变化影响活塞环径向受力,时变效应使缸套-活塞环受挤压效应的影响;织构化缸套能够增加润滑油膜厚度、减少摩擦力,当微凹坑深度为4~7 μm,织构面积密度较小如为5%、10%时,能够获得较佳的最小油膜厚度与摩擦力值。台架试验表明,与原发动机相比,装配织构缸套的发动机油耗性能明显改善,在中高转速下燃油耗降幅较为显著,油耗最大下降14.5%,而24 h机油耗减少26.48%。     

温度对缸套-活塞环摩擦性能的影响

LNG燃料柴油机与传统燃料柴油机相比缸内燃烧温度更高。为探究不同温度下缸套-活塞环摩擦性能与温度的映射关系,设计室温和60、90、120℃4种不同温度,在相同载荷和转速下在往复式摩擦磨损试验机上对缸套-活塞环进行不同温度下的摩擦性能试验,通过测试摩擦过程中摩擦力的变化以及分析试验后缸套磨损表面形貌,探讨温度对缸套-活塞环摩擦性能的影响规律。试验缸套试样材质为耐磨合金铸铁,活塞环切片与缸套切片大小对应,材质为球墨铸铁。试验结果表明：随着温度的升高摩擦力呈现先减小后增大的趋势,与室温相比,60℃温度下摩擦力降幅为13.45%,且表现出较好的稳定性,但在120℃下摩擦力增幅为10.66%;试验工况下,60℃时缸套表面形貌参数均处于较优水平。研究表明,适当的温度环境对于摩擦配副之间的润滑性能有一定的促进作用,但温度过高会导致摩擦副的摩擦性能不稳定,破坏摩擦副间氧化膜,这不仅可能破坏润滑油膜的形成,也会影响摩擦副的磨损表面形貌。因此存在合适的温度使得缸套-活塞环的摩擦性能达到最优状态。     

低黏度润滑油对涡轮增压发动机影响的试验研究

为了探究低黏度润滑油对涡轮增压发动机的影响,选用3种低黏度测试油0W20和参比油5W30进行台架试验,包括发动机机械损失试验和发动机万有特性试验。其中测试油0W20-1和0W20-2中添加了不同量的含钼摩擦改进剂,测试油0W20-3中添加了脂肪酸酯摩擦改进剂,且测试油0W20-1的黏度最低。选用黏度最低的测试油0W20-1进行发动机耐久试验。结果表明：在节气门全开和节气门全关2种工况下,含钼摩擦改进剂含量较高的测试油0W20-2摩擦力矩最小,相比参比油5W30分别可以降低发动机机械摩擦损失34.4%和19.3%;发动机的机械摩擦损失与摩擦改进剂的种类和添加量有关,相比脂肪酸酯摩擦改进剂,含钼摩擦改进剂更适应涡轮增压发动机工况,减少摩擦功的效果更好;低黏度润滑油能够提高车辆的燃油经济性,并且发动机关键摩擦副磨损量较小,满足发动机耐久性要求。