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柴油发动机铁活塞的摩擦特性

摘要

由于柴油卡车发动机的更高功率要求，铁活塞的使用正在增加。 铁活塞的膨胀是一个常见的问题。 这项研究的目的是澄清铸铁和钢活塞的润滑条件。 使用浮动衬管法测量钢和铸铁活塞的摩擦。 在本研究中还测量了常规铝活塞的摩擦以进行比较。 进行每个活塞的二次运动的测量以分析活塞摩擦，并且获得以下结果。 铸铁活塞在压缩上止点（TDC）处显示边界润滑。 这可能是由较大的活塞间隙引起的较大的活塞倾斜角引起的。 钢活塞在TDC和BDC通过每个循环显示流体动力润滑条件，由于良好的供油。

关键词：柴油发动机; 摩擦; 润滑; 活塞二次运动; 钢活塞。

目录

摘要 1

1. 介绍 1

2.测试方法 2

2.1测试引擎和测试活塞 2

2.2活塞第二运动的测量方法 4

2.3活塞温度测量方法 5

3.测量结果 5

3.1活塞摩擦力测量结果 5

3.1.1无增压压力的活塞摩擦力 6

3.1.2增压压力下的活塞摩擦力 6

3.1.3平均摩擦有效压力的比较 7

3.1.4最大活塞侧压力的比较 7

3.2活塞第二运动测量的结果 8

3.3活塞温度测量结果 13

4总结 14

 

1.介绍

窗体顶端

 如果提高发动机热效率有助于缓解温室效应，于是提高发动机热效率很有必要。对于柴油发动机，增加平均有效气缸压力是提高热效率的最实用方法。拥有较高的平均有效压力会增大发动机活塞上的热负荷和机械负荷。因此，活塞材料倾向于从轻质铝合金变为更耐用的铸铁和钢。因此，未来使用铁活塞可能会增加。铁活塞的润滑条件还没有被彻底研究[1]。本研究旨在研究铁活塞的润滑条件。测量由铸铁活塞和钢活塞产生的摩擦力，并与使用单缸DI柴油发动机的铝活塞产生的摩擦力进行比较。本文研究了三个活塞中的每一个的二次运动，并与测量的摩擦力进行比较。发现铸铁活塞显示出比两个其它活塞更差的润滑条件，但是钢活塞显示出比铝活塞更好的润滑条件。似乎活塞结构及其二次运动影响润滑条件。

2.测试方法

2.1测试引擎和测试活塞

窗体顶端

在本研究中使用单缸重型柴油发动机。试验发动机的规格如表1所示。如图1所示，在发动机工作条件下，使用浮动衬套装置[2]对气缸体进行改型以确定活塞摩擦力。此外，测试发动机配备有由电动机驱动的增压器，使得无论发动机速度如何，都使得产生的可选的增压压力（Pb）减小。发动机工作条件如表2所示。图2示出了测试活塞。制备铸铁活塞（CI）[3]，钢活塞（ST）和铝活塞（AL）。每个活塞的燃烧室具有相同的几何形状和位移。活塞高度的差异通过特殊的连杆调节，调节压缩比为16:1。表2列出了在静态条件下使用千分尺在室温（50℃，100℃，150℃和200℃）下测量的每个活塞的最大裙部直径。对于直径测量，将活塞在电烘箱中加热至指定温度，其中附接到活塞内表面的J型热电偶保持适当的温度。这种热膨胀的静态测量表明，与AL活塞（在200℃）相比，CI活塞和ST活塞具有大约200μm的较大裙部间隙。这表明需要彻底检查活塞摩擦力和活塞二次运动。表3列出了在推力侧（T）和在反推力侧（A）的每个测试活塞的裙部粗糙度。如表4所示，然而，不可能使每个活塞用来测试的活塞环的形状相同。总的环张力，特别是油环张力，在三个活塞中的每一个上被调节到几乎相同的水平，为47N。因此，活塞环对每个活塞的摩擦力的影响不大。

图1划船线性装置的剖面图

图13活塞在TDC周围的活动和行为

总结
 柴油发动机的铝（AL），铸铁（CI）和钢（ST）活塞的摩擦力和二次运动的测量和比较的结果产生以下结论：
1）与AL活塞相比，CI活塞在压缩上止点附近显示出边界润滑条件。 这可能是由于活塞围绕压缩上止点的较大倾斜角引起的，这是由于较大的裙部间隙和较高的压缩高度的结果，这使得顶环显着地倾斜抵靠衬管，导致差的润滑;
2）与其他活塞相比，ST活塞在发动机的一个循环中在上止点和下止点处显示出最佳的流体动力学润滑条件。 由于活塞的结构，提供了更好的给环的供油;
3）然而，根据在增压压力升高时气缸中的压力上升，ST活塞在压缩上止点之前20°附近的润滑状态下显著恶化。 其原因是，由于在压缩上止点时，裙部的上部比下部更靠近衬套，所以中断了向活塞裙的供油;
4）由于ST活塞的构造可能导致更大的油消耗，进一步研究活塞配置对油耗的影响将是我们进一步研究的主题。