织构化内燃机关键摩擦副的混合润滑分析及减摩机理研究
发布时间：2021-11-21 00:39
内燃机是汽车和船舶的主要动力装置,如何降低其关键摩擦副的摩擦损失和提高发动机经济性一直是该领域从业人员的迫切追求。活塞环/缸套系统和曲轴/主轴承系统是内燃机的两个关键摩擦副,这两个系统的机械损失功率在发动机整个机械损失中占了很大的比重,因而对其进行低摩擦设计具有较大的应用价值。表面织构技术作为一种重要的改进润滑、减小摩擦的手段,近年来受到研究者的持续关注。然而,目前关于活塞环/缸套系统和曲轴/主轴承系统的织构润滑研究大都面向设想的稳态工况,对表面织构在发动机实际工况下的动态润滑特性还缺乏深入的研究,因而难以为表面织构技术在发动机中的实际应用提供可靠的理论支撑。因此,本文将着重探讨织构化内燃机关键摩擦副的减摩效果,从而为内燃机摩擦副的低摩擦设计奠定基础。本文开展了织构系统的润滑理论研究,建立了适合织构系统的混合润滑模型;以活塞环/缸套系统和曲轴/轴承系统为研究对象,研究了织构系统在冷机和热机下的摩擦学性能,分析了织构系统在启停阶段的摩擦学行为,预测了织构系统在一般启动过程中贫富油润滑状态下性能表现,探索了活塞环/缸套系统在磨合阶段摩擦学形貌的改变。全文的主要工作和贡献如下:首先,以质量守...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：195 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
不同类型的织构特征的SEM（scanningelectronmicroscope）图像
[16]。图1-2 (a)完全织构活塞环，(b)部分织构活塞环[16]Fig.1-2 (a) Full textured pistion ring, (b) Partial textured pistion ring[16]同年，Ryk 和 Kligerman 通过实验研究了部分织构应用在矩形环以及桶面环表面的减摩效果；研究表明：相对于无织构的矩形环，应用部分织构的矩形环减摩率达到了 40%，而对于桶面环，由于受到了桶面的影响并没有达到预计的效果[25]。2006 年，Etsion 等人对表面具有微凹腔结构的活塞环进行了数值分析，研究表明：活塞环表面的微观造型能够产生局部流体动压力，提升流体动压承载力，从而可以改善活塞环的润滑状态。同时
[35]。图1-3 缸套表面织构排列对油膜厚度变化的影响[35]Fig.1-3 Influence of micro-dimple pattern of cylinder liner with respect to crank rotation angle onfilm thickness[35]2013 年，Tomanik 等人应用一个一维模型来模拟表面织构对发动机缸套、顶环和油环的影响。分析了在稳定状态和发动机工况下(仅考虑了上下止点和中间冲程)的性能表现。模拟中考虑了不同的织构分布方案，包括完全和部分表面织构。完全和部分表面织构化摩擦副表面油膜压力的分布如图 1-4 所示。主要结论：在缸套和活塞环上织构微凹坑能显著的提升流体动压支撑力，在减少摩擦磨损方面具有较大潜力[36]。图1-4 完全和部分表面织构化摩擦副表面油膜压力的分布Fig.1-4 The pressure distributions for partial and fully texturing cases2016 年，江苏大学的华希俊等人根据缸套的磨损情况对缸套进行了分区，在缸套的不同区域上加工出不同阵列的表面织构。其柴油机台架实验结果表明：相对于原机，装配该织构化缸套的发动机，油耗可以显著降低[37]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]YAG激光微坑刻蚀分布对缸套-活塞环摩擦磨损性能影响[J]. 占剑,杨明江. 内燃机学报. 2011(01)
[2]激光微造型柴油机缸套的试验研究[J]. 尹必峰,符永宏,王宵,刘胜吉. 内燃机工程. 2008(01)
[3]激光微珩磨缸套润滑耐磨性能理论分析[J]. 符永宏,陆华才,华希俊,尹必峰,陶根宁. 内燃机学报. 2006(06)
[4]气缸工作表面的激光珩磨[J]. Klink U,蔡杰. 国外内燃机. 1998 (02)
博士论文
[1]柴油机轴系主要摩擦副润滑机理研究及主轴承润滑对噪声的影响分析[D]. 何振鹏.天津大学 2014
硕士论文
[1]活塞环表面织构化的理论及实验研究[D]. 孙造.南京航空航天大学 2011
[2]表面织构化活塞环的摩擦学性能研究[D]. 郑显良.北京交通大学 2010
[3]表面织构对活塞环/缸套摩擦副摩擦学性能的影响[D]. 袁明超.南京航空航天大学 2009
本文编号：3508408
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：195 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
不同类型的织构特征的SEM（scanningelectronmicroscope）图像
[16]。图1-2 (a)完全织构活塞环，(b)部分织构活塞环[16]Fig.1-2 (a) Full textured pistion ring, (b) Partial textured pistion ring[16]同年，Ryk 和 Kligerman 通过实验研究了部分织构应用在矩形环以及桶面环表面的减摩效果；研究表明：相对于无织构的矩形环，应用部分织构的矩形环减摩率达到了 40%，而对于桶面环，由于受到了桶面的影响并没有达到预计的效果[25]。2006 年，Etsion 等人对表面具有微凹腔结构的活塞环进行了数值分析，研究表明：活塞环表面的微观造型能够产生局部流体动压力，提升流体动压承载力，从而可以改善活塞环的润滑状态。同时
[35]。图1-3 缸套表面织构排列对油膜厚度变化的影响[35]Fig.1-3 Influence of micro-dimple pattern of cylinder liner with respect to crank rotation angle onfilm thickness[35]2013 年，Tomanik 等人应用一个一维模型来模拟表面织构对发动机缸套、顶环和油环的影响。分析了在稳定状态和发动机工况下(仅考虑了上下止点和中间冲程)的性能表现。模拟中考虑了不同的织构分布方案，包括完全和部分表面织构。完全和部分表面织构化摩擦副表面油膜压力的分布如图 1-4 所示。主要结论：在缸套和活塞环上织构微凹坑能显著的提升流体动压支撑力，在减少摩擦磨损方面具有较大潜力[36]。图1-4 完全和部分表面织构化摩擦副表面油膜压力的分布Fig.1-4 The pressure distributions for partial and fully texturing cases2016 年，江苏大学的华希俊等人根据缸套的磨损情况对缸套进行了分区，在缸套的不同区域上加工出不同阵列的表面织构。其柴油机台架实验结果表明：相对于原机，装配该织构化缸套的发动机，油耗可以显著降低[37]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]YAG激光微坑刻蚀分布对缸套-活塞环摩擦磨损性能影响[J]. 占剑,杨明江. 内燃机学报. 2011(01)
[2]激光微造型柴油机缸套的试验研究[J]. 尹必峰,符永宏,王宵,刘胜吉. 内燃机工程. 2008(01)
[3]激光微珩磨缸套润滑耐磨性能理论分析[J]. 符永宏,陆华才,华希俊,尹必峰,陶根宁. 内燃机学报. 2006(06)
[4]气缸工作表面的激光珩磨[J]. Klink U,蔡杰. 国外内燃机. 1998 (02)
博士论文
[1]柴油机轴系主要摩擦副润滑机理研究及主轴承润滑对噪声的影响分析[D]. 何振鹏.天津大学 2014
硕士论文
[1]活塞环表面织构化的理论及实验研究[D]. 孙造.南京航空航天大学 2011
[2]表面织构化活塞环的摩擦学性能研究[D]. 郑显良.北京交通大学 2010
[3]表面织构对活塞环/缸套摩擦副摩擦学性能的影响[D]. 袁明超.南京航空航天大学 2009
本文编号：3508408
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