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

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1 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 年5月28日

2 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

3 Chapter 1 背景与意义

4 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

5 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

6 Chapter 2 机油消耗计算及分析

7 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

8 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。

9 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

10 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

11 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。

12 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。

13 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。

14 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

15 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。

16 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, “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,

17 Chapter 3 摩擦学性能计算及分析

18 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

19 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

20 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。

21 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。

22 Chapter 4 小结与展望

23 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。

24 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
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