崔麗

摘 要：活塞系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的摩擦，而摩擦作用會(huì)直接影響設(shè)備的摩擦功、機(jī)油消耗以及廢氣排放量等。隨著科技的不斷發(fā)展、環(huán)保和能源的要求不斷提高，對(duì)機(jī)油消耗的要求也在不斷增加?；诖耍疚慕Y(jié)合活塞系統(tǒng)相關(guān)研究現(xiàn)狀以及影響油耗的因素進(jìn)行分析，并分析了改進(jìn)方案，以供參考。

關(guān)鍵詞：活塞系統(tǒng)；機(jī)油消耗；影響因素；改進(jìn)設(shè)計(jì)

隨著對(duì)能源需求和對(duì)環(huán)境保護(hù)要求的逐漸增加，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中對(duì)機(jī)油的消耗以及廢棄物的排放水平越來(lái)越受到人們的關(guān)注，特別是活塞系統(tǒng)對(duì)機(jī)油消耗的改進(jìn)分析逐漸成為人們研究的重點(diǎn)。

一、活塞系統(tǒng)相關(guān)問(wèn)題的研究現(xiàn)狀

（一）活塞動(dòng)力學(xué)特性分析?；钊谙到y(tǒng)中主要是通過(guò)往復(fù)循環(huán)的方式進(jìn)行運(yùn)行的，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)大致包含橫向運(yùn)動(dòng)和繞活塞銷的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)兩種，這也就是我們常見(jiàn)的活塞的二階運(yùn)動(dòng)。國(guó)內(nèi)陳傳舉在活塞裙部型面設(shè)計(jì)方面開(kāi)展了深入研究，用有限元方法解雷諾方程，考慮活塞和套熱變形，并基于二階運(yùn)動(dòng)基本理論，得到裙部的油膜壓力分布、摩擦功等結(jié)果，同時(shí)編寫(xiě)了活塞二階運(yùn)動(dòng)分析代碼。桂長(zhǎng)林等人將活塞的動(dòng)力學(xué)方程與活塞裙部一虹套間流體動(dòng)力潤(rùn)滑分析相結(jié)合，分析了活塞的二階運(yùn)動(dòng)，并從減小活塞的二階運(yùn)動(dòng)和摩擦功耗兩個(gè)方面研究了活塞結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)，獲得了對(duì)實(shí)際具有指導(dǎo)意義的結(jié)論。

（二）活塞環(huán)動(dòng)力學(xué)與環(huán)組機(jī)油消耗分析。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)部件中包含了活塞環(huán)，活塞環(huán)可以在發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體的傳輸，其中最主要的就是對(duì)燃燒室內(nèi)熱量的導(dǎo)出。如果在運(yùn)行過(guò)程中，活塞環(huán)出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)直接導(dǎo)致活塞損壞，進(jìn)而導(dǎo)致活塞系統(tǒng)給故障。再將活塞環(huán)建模過(guò)程中，通常使用的模型包含以下幾種：環(huán)內(nèi)部氣體壓力模型、曲軸箱竄氣模、環(huán)運(yùn)動(dòng)學(xué)、環(huán)潤(rùn)滑磨損特性和機(jī)油消耗預(yù)測(cè)模型。

二、活塞環(huán)組機(jī)油消耗影響因素分析

（一）活塞二階運(yùn)動(dòng)對(duì)機(jī)油消耗的影響。在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，活塞的運(yùn)行方式大多是以直線的狀態(tài)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，除此以外也存在以徑向方式或者沿著活塞銷中心旋轉(zhuǎn)的的方式進(jìn)行運(yùn)行的，這種運(yùn)轉(zhuǎn)的模式就會(huì)在一定程度上影響活塞環(huán)的工作狀況，進(jìn)而影響活塞摩擦狀況，使得機(jī)油的消耗狀況受到影響。在沒(méi)有二階運(yùn)動(dòng)的情況下，活塞環(huán)組機(jī)油消耗在各轉(zhuǎn)速工況下均有所下降。存在活塞二階運(yùn)動(dòng)時(shí)，將增大活塞與環(huán)槽之間的磨損，改變活塞環(huán)的徑向受力特性，將會(huì)引起活塞環(huán)的扭曲等，這對(duì)活塞環(huán)組的密封極為不利。

（二）活塞各環(huán)岸與敘套之間的間隙對(duì)機(jī)油消耗的影響?；钊鳝h(huán)岸與敘套之間存在一定的間隙，這些間隙之中就會(huì)出現(xiàn)氣體的流動(dòng)效應(yīng)，進(jìn)而影響活塞摩擦效應(yīng)和機(jī)油消耗狀況。如果在運(yùn)行階段，活塞各環(huán)岸與氣敘套之間的間隙逐漸變大，對(duì)機(jī)油的消耗量不會(huì)產(chǎn)生太大的影響，但是如果活塞各環(huán)岸與敘套之間的間隙逐漸減小，當(dāng)其減小到一定程度之后，就會(huì)出現(xiàn)刮油現(xiàn)象，就會(huì)迅速增加對(duì)既有的消耗量。

（三）氣敘套變形與機(jī)油消耗。在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，如果氣敘套受熱出現(xiàn)變形，就會(huì)影響活塞和活塞環(huán)對(duì)氣流變化的適應(yīng)能力，進(jìn)而可能出現(xiàn)一定程度的油通路。與此同時(shí)，如果出現(xiàn)的變形較嚴(yán)重后果，也會(huì)導(dǎo)致活塞出現(xiàn)嚴(yán)重的扭曲形變，甚至?xí)霈F(xiàn)顫振的現(xiàn)象，這就會(huì)直接增加機(jī)油進(jìn)入燃燒室的數(shù)量。除此以外，當(dāng)氣敘套變形出現(xiàn)后，還可能會(huì)影響氣敘套與活塞之間的緊密效果，也會(huì)增加對(duì)機(jī)油的消耗?？梢?jiàn)，敘套變形是造成發(fā)動(dòng)機(jī)敘內(nèi)機(jī)油消耗的一個(gè)重要因素。

三、活塞-缸套系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)同種類型活塞系統(tǒng)參數(shù)的研究發(fā)現(xiàn)，可以在活塞系統(tǒng)原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，可以通過(guò)該對(duì)活塞中各個(gè)環(huán)或者裙部型線進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)活塞運(yùn)動(dòng)狀況、摩擦效應(yīng)以及機(jī)油消耗狀況的改善。改進(jìn)前后活塞縱向冷態(tài)型線如圖1所示，縱向型線改進(jìn)包括裙部型線優(yōu)化和環(huán)岸型線優(yōu)化兩部分。型線改進(jìn)后活塞二階運(yùn)動(dòng)能夠得到一定程度上的改善，活塞擺角、最大敲擊能、徑向位移均有所改善。同時(shí)，活塞縱型線改進(jìn)后，各工況下機(jī)油消耗大幅度下降，當(dāng)繼續(xù)對(duì)活塞環(huán)進(jìn)行改進(jìn)之后，機(jī)油消耗又進(jìn)一步得到改善。另外，通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上進(jìn)行機(jī)油消耗試驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)各工況下機(jī)油消耗同樣得到了改善，活塞改進(jìn)設(shè)計(jì)也通過(guò)了活塞最小間隙試驗(yàn)驗(yàn)證，改進(jìn)后該型柴油機(jī)能夠成功用于整車裝配中。

四、結(jié)語(yǔ)

活塞系統(tǒng)是發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的重要組成部分，同時(shí)也是其核心部件，其結(jié)構(gòu)狀況對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的特性、摩擦效果、油耗狀況等有著直觀重要的作用。本文從活塞系統(tǒng)相關(guān)問(wèn)題的研究現(xiàn)狀展開(kāi)分析，發(fā)現(xiàn)改善活塞系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以在很大程度上降低摩擦，進(jìn)而降低油耗。相信能夠通過(guò)不斷的研究，可以逐漸完善活塞系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保的目的。

參考文獻(xiàn)：

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