內燃機活塞組件動力學的研究現狀范文

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《輕工學報》2018年第2期

摘要：隨著全世界的汽車行業蓬勃發展，汽車如今已經成為大眾化的交通工具，并且汽車的生產量、銷售量每年都在逐步提升。而目前世界的范圍內，石油資源逐漸短缺，可以說尋找可以替代石油的內燃機燃料已經是刻不容緩，汽車能源對于人類發展的重要性不可忽視。本文對內燃機活塞組件動力學中存在的問題進行了分析和研究，并對其發展提出展望。

關鍵詞：內燃機；活塞組件；動力學

1活塞組件動力學的研究意義

作為內燃機中最有代表性的可運動部件，活塞因為擁有其獨特的動力學工作特點，從而直接影響了對發動機機油消耗量，漏氣量、及磨損產生的燃油損失率。幾年前，根據某汽車公司發表的實驗數據中發現了，汽車由活塞帶動的機械損失占全汽車發動機的百分之45-60，而這項數據在上世紀六十到七十年代高達百分之57-76。對于發動機來說，優秀的摩擦性能能夠有效的減少摩擦所產生的損失，從而達到提高發動機使用時間，降低發動機噪聲和尾氣排放量的目的。

2活塞組件動力學的研究現狀

①對于傳統的數值建模研究方式，在進行活塞組件動力學方面的實驗研究比較落后，其中的主要原因是：活塞組件在工作中處于高溫、高壓的環境中，傳感器不能適應相對環境的問題；在缸套摩擦中油膜極薄，傳感器不能與其精度相適應的問題；因為活塞組件的運動方式是高速度的往復運行模式，因此對于信號采集和傳輸有著十分高的要求。在對活塞組件運動及摩擦運動進行實驗時，發現扭曲環的靜態扭曲角度是連續變化的，這一情況使得扭曲環的環面與缸套的角度變得相對的不穩定，是造成潤滑效果不佳、消耗滑油的主要原因。②實驗研究活塞組件的運動與摩擦特性。采用一臺單缸汽油機，以平均有效壓力方法展開實驗研究，因為被實驗方法所限制，所得的實驗數據精度受到缸內壓力、連桿的推力測量值的精度匹配精度影響。經過實驗得出的結果表明活塞在摩擦運動中損失的點火工況比倒托工況大，其潤滑上止點的附近是混合、邊界潤滑，而行程中點的附近是充分的動力潤滑。③在對發動機的性能測試實驗中，重點關注了活塞與磨合之間的影響，在汽車磨合的過程中比汽車磨合后的活塞損失功高百分之12。產生這種差別的原因主要是發動機發生吸氣動作和爆發沖程。考慮到實際的狀況，經過細致的討論，活塞運動速度和接觸力量是影響性能差異的共同作用結果。

3討論與展望

因為活塞組件在發動機中獨特且復雜的工作環境及運動機理，所以影響活塞運動的原因有很多，首先考慮外部因素，內燃機本身的轉速和壓力負荷對活塞的影響就很大，其次考慮內燃機內部的因素，活塞、扭曲環、缸套的實際結構和大小都對其造成一定程度的影響，改變活塞運動的因素還有裙部尺寸和粗糙程度。從系統的角度來看，內燃機內部各部件互相影響，活塞的2階運動受活塞、氣缸套的影響，活塞環、氣缸套之間的潤滑效果受活塞2階運動影響。由此可以得出，在對活塞組件動力學進行分析研究是，需要考慮各組件間的耦合關系。在計算機技術飛速發展的形勢下，利用計算機的計算能力模擬內燃機活塞運動過程，是目前有效的研究方法，其優勢在于高度貼合實際情況，分析、研究的結果更科學有效，因為計算機模擬實驗存在難以跨越的局限性，所以在實踐中要根據情況對實驗方式方法和實驗要求進行科學適當的選擇。本文主要針對內燃機活塞組件在實際中的運動規律和潤滑摩擦進行研究分析，本項研究對于內燃機活塞組件動力學的發展具有重要的參考價值，因此相關的研究學者必須將研究重心放到內燃機活塞組件動力學的研究上。

4結束語

內燃機熱效率高，在人們的生產生活中占據著重要的地位，活塞組件由活塞和活塞環組成，它是內燃機的重要組成部分，作為內燃機的核心存在，內燃機對它的要求特別高，不僅要承受高溫，還要承受壓力和運動負荷，它的工作情況，直接影響到內燃機的工作狀況，國外的學者非常注重對它的研究，并取得了很多成果。對于活塞組件的分析，主要是對于活塞及活塞環受力的分析。研究越深入，考慮的因素越增加，研究結果的精準度也就越高。活塞的主運動是活塞組件做的往返直線運動，階運動中并沒有考慮活塞裙部防滑，其建立模型較為簡單，直接假設活塞裙部光滑已經處于充分潤滑狀態中，不會考慮到潤滑油缺乏的狀態。需要考慮形變因素，對模型進行完善。

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作者：楊明志；肖毅；齊永唐；何鑫 單位：海軍工程大學