【摘 要】
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随着环境与能源两方面要求的不断提高,柴油机设计与发展方向趋于高功率密度。同时强化指标的不断提升,柴油机出现摩擦功耗显著升高、磨损加剧等摩擦学问题。缸套-活塞环组是柴油机最典型的摩擦副之一,摩擦损失约占柴油机机械损失的50%。深入研究缸套-活塞环组的摩擦磨损规律对柴油机节能降耗,提高效率,延长使用寿命具有重要的意义。本文以缸套-活塞环组为研究对象,设计了具有分区冷却功能的缸套冷却水套及基于浮动缸套法
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随着环境与能源两方面要求的不断提高,柴油机设计与发展方向趋于高功率密度。同时强化指标的不断提升,柴油机出现摩擦功耗显著升高、磨损加剧等摩擦学问题。缸套-活塞环组是柴油机最典型的摩擦副之一,摩擦损失约占柴油机机械损失的50%。深入研究缸套-活塞环组的摩擦磨损规律对柴油机节能降耗,提高效率,延长使用寿命具有重要的意义。本文以缸套-活塞环组为研究对象,设计了具有分区冷却功能的缸套冷却水套及基于浮动缸套法的缸套-活塞环组摩擦力测试试验台。通过试验研究了不同工况下,三种分区冷却方式对缸套-活塞环组摩擦力及摩擦功的影响规律,并建立了缸套-活塞环组三维瞬态润滑数学模型,探索分区冷却对缸套-活塞环组最小油膜厚度、流体及微凸体的影响规律,获得如下结果:(1)设计基于浮动缸套法的缸套-活塞环组摩擦力测试台架,可在柴油机点火状态下实现摩擦力的在线测量,各种工况参数可调,测得的摩擦力数据稳定可靠。设计具有分区冷却功能的冷却水套,水套具有上下两层独立的冷却水腔,可实现对缸套轴向温度场分布的控制,从而调节对应区域润滑油粘度,优化缸套不同位置的润滑状态。(2)不同转速、负荷及润滑油种类条件下,分区冷却方式A(上层冷却水腔通入10℃冷却水,下层冷却水腔通入10℃冷却水)、B(上层冷却水腔通入10℃冷却水,下层冷却水腔通入40℃冷却水)、C(上层冷却水腔通入10℃冷却水,下层冷却水腔通入70℃冷却水)对应的缸套-活塞环组平均摩擦功率依次降低。(3)采用分区冷却方式C与分区冷却方式A相比,柴油机转速越高,平均摩擦功率降低幅度越大,在2200r/min时降幅为14.7%;柴油机负荷升高,对平均摩擦功率的降幅影响不大;润滑油粘度越大,平均摩擦功率降低幅度越大,使用SN5W-40润滑油时降幅为13.6%。(4)通过仿真计算获得缸套-活塞环组的最小油膜厚度、流体摩擦力及摩擦功率、微凸体摩擦力及摩擦功率。采用分区冷却方式C与分区冷却方式A相比,行程中段的最小油膜厚度减小,流体摩擦功明显降低,降幅为20.4%,微凸体摩擦功基本不受影响。
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