基于Ringpak-Pisdyn的机油消耗及 项目组成员：尹必峰,刘胜吉,贾和坤,汪博文,赵高岩 活塞组摩擦学性能分析 项目组成员：尹必峰,刘胜吉,贾和坤,汪博文,赵高岩 报告人：贾和坤 2015年5月28日

目 录 背景与意义 1 机油消耗计算及分析 2 摩擦学性能计算及分析 3 小结与展望 4

Chapter 1 背景与意义

1.背景与意义 大气污染 能源紧缺 对发动机排放性能和能源消耗提出了更高的要求

1.背景与意义 摩擦损失-----燃油经济性 机油消耗-----颗粒排放 缸套活塞环系统设计优化的核心：减摩与控油

Chapter 2 机油消耗计算及分析

2.机油消耗计算及分析 计算模型的建立 缸套、活塞、活塞环组主要参数 柴油机主要技术参数

利用Ringpak软件建立的机油消耗模型 2.机油消耗计算及分析 计算模型的建立 机油消耗模型 流动模型：机油直接从间隙中流失和机油以液滴的形式被缸内气体夹带流失； 蒸发模型：机油在气缸壁上的蒸发量； 夹带模型：机油以油气的形式被缸内回流气体夹带进入燃烧室，发生在机油和缸内混合气的临界面。 利用Ringpak软件建立的机油消耗模型 假设： （1）活塞、活塞环和缸套的冷态间隙为常数； （2）机油在密度为常数； （3）曲轴箱内压力恒为常数； （4）活塞仅在主次推力面构成的平面中运动。

2.机油消耗计算及分析 边界条件 标定工况缸压实测曲线 缸内气体温度曲线 缸套温度场

2.机油消耗计算及分析 计算方案 活塞第二环岸结构 第一道环结构参数 缸套平台网纹参数 粗糙度 Rq：轮廓均方根偏差 b—凸点位置距环顶面距离 c—凸点位置距环底面距离 B—型线有效滑动宽度 e—桶面度 b/c-不对称度 α—环梯形角度 缸套平台网纹参数 粗糙度 Rq：轮廓均方根偏差 W—宽度；h —深度；α—角度； D—密度

2.机油消耗计算及分析 桶面度和不对称度的影响 桶面度过大或者过小都会使活塞环的刮油作用增强，在第一道环周围以及环槽内积聚的机油量增多,当活塞运动至上止点附近时受惯性力的影响，进入燃烧室的机油量增加，机油耗恶化。 不对称度越大活塞运行中活塞环越容易扭曲，在第一道环周围积聚的机油越少。但是不对称度的增大受到活塞环变形失效和摩擦功耗增加的限制。

2.机油消耗计算及分析 梯形角度的影响 接触方式 内侧接触时机油消耗最小，活塞上行程时，内侧接触的活塞环相对更容易向下发生扭曲，减少了机油的积聚。

2.机油消耗计算及分析 第二环岸结构参数的影响 环岸结构示意图 采用结构A和B时，随着缩进结构截面积的增加，机油耗呈减小的趋势，当截面积大于1.5mm2后机油消耗开始低于原机结构。适当地增加第二环岸缩进结构，有助于减少机油耗，但是过大的缩进容积会使活塞环岸发生断裂。 采用结构C时，随着缩进结构截面积的增加，机油耗不断上升。该缩进结构与第二环槽相通，对第二道环可靠性的影响有待研究。

2.机油消耗计算及分析 活塞环粗糙度的影响 机油耗随Rq的变化 第一道环与缸套平均配合间隙随Rq的变化 随着Rq的增加，环和缸套的平均配合间隙逐渐增大，刮油作用就被削弱。积聚并附着于第一道环边缘的机油体积势必减少，受惯性力驱动的机油通过第一道环进入燃烧室的量就减少，机油耗随之降低。 Rq增加到一定程度后，机油耗开始增加，这是因为在环刮油作用减弱的同时，缸套表面的机油会变多，机油蒸发量随之变大，总机油耗则呈上升趋势。 第一道环边缘积聚的机油体积随Rq的变化

2.机油消耗计算及分析 缸套珩磨参数的影响 随着深度h的增加机油消耗呈现出先减小后增加的变化趋势。 平台珩磨缸套内表面沟槽简化示意图 随着深度h的增加机油消耗呈现出先减小后增加的变化趋势。 沟槽深度增加——平均配合间隙增大，刮油作用就被削弱，机油流动引起的消耗量减小，机油蒸发引起的消耗量增加。 深度小于6μm时，机油流动引起的机油消耗减小起主导作用；深度大于6μm时，则是机油蒸发引起的消耗量占主导作用。

2.机油消耗计算及分析 缸套珩磨参数的影响 开始随着沟槽宽度和密度的增加，环刮油作用减弱,受惯性力驱动经过第一道环进入燃烧室的机油减少，机油耗随之呈下降趋势。 随着沟槽宽度和密度继续增加，残留在缸壁上机油增加，机油蒸发逐渐在机油消耗中起主导作用，总机油消耗随之呈上升趋势 随着角度增加，活塞上下往复运动中机油在沟槽内流动性增强，角度增加的影响主要体现在机油蒸发量的降低，因此，机油耗呈下降趋势。 “柴油机活塞环结构及配合对机油消耗影响研究”.内燃机工程,2013.11.22 “柴油机缸套活塞环粗糙度对机油消耗的影响研究”.内燃机工程,2014.3.25

Chapter 3 摩擦学性能计算及分析

3.摩擦学性能计算与分析 计算模型的建立 样机及活塞组件参数 直径缩减量 椭圆度 纵向 横向

利用Pisdyn软件建立的活塞裙部摩擦模型 3.摩擦学性能计算与分析 边界条件 利用Pisdyn软件建立的活塞裙部摩擦模型 缸内压力曲线图 假设： （1）曲轴箱内压力恒为常数； （2）活塞仅在主次推力面构成的平面中运动； 缸套温度场

3.摩擦学性能计算与分析 纵向型线的影响 顶部间隙增大时,活塞组摩擦损失随之减小,而活塞敲击能量却不断上升； 中凸点高度增加时,摩擦功单调增加,活塞敲击能先大幅减小后上升的趋势； 底部间隙增大时，活塞组摩擦损失先减小后增大，活塞敲击能先增大后基本保持不变。

3.摩擦学性能计算与分析 活塞销偏置量 配缸间隙 活塞销向两侧偏置时，活塞摩擦功耗不断增加，而敲击能与之相反。根据计算结果，综合考虑摩擦功耗和敲击能量，偏置量为0.6mm比较合理。 配缸间隙增大,活塞摩擦损失减小，当配间隙大于一定数值后，摩擦损失减小趋势减缓，而活塞敲击能随着配缸间隙增加而急剧增大。

Chapter 4 小结与展望

4.小结与展望 基于Ringpak-Pisdyn软件的机油消耗和摩擦性能仿真计算，可以有效开展缸套、活塞环和活塞组件参数的优化设计工作，并探索其影响机理。 基于缸套活塞环表面形貌分区域差异化主动设计思路，探索规则微观几何形貌对润滑性能及机油消耗的影响规律，以期实现润滑减摩和有效控制机油消耗的双重目标。

THANKS 衷心感谢里卡多有限公司在计算分析过程中给予的帮助与支持！ 谢谢聆听 联系人：贾和坤 电话：13952816773 邮箱：human_cm@126.com 地址：江苏省镇江市京口区学府路301号