内燃机活塞组件动力学的研究现状范文

《轻工学报》2018年第2期

摘要：随着全世界的汽车行业蓬勃发展，汽车如今已经成为大众化的交通工具，并且汽车的生产量、销售量每年都在逐步提升。而目前世界的范围内，石油资源逐渐短缺，可以说寻找可以替代石油的内燃机燃料已经是刻不容缓，汽车能源对于人类发展的重要性不可忽视。本文对内燃机活塞组件动力学中存在的问题进行了分析和研究，并对其发展提出展望。

关键词：内燃机；活塞组件；动力学

1活塞组件动力学的研究意义

作为内燃机中最有代表性的可运动部件，活塞因为拥有其独特的动力学工作特点，从而直接影响了对发动机机油消耗量，漏气量、及磨损产生的燃油损失率。几年前，根据某汽车公司发表的实验数据中发现了，汽车由活塞带动的机械损失占全汽车发动机的百分之45-60，而这项数据在上世纪六十到七十年代高达百分之57-76。对于发动机来说，优秀的摩擦性能能够有效的减少摩擦所产生的损失，从而达到提高发动机使用时间，降低发动机噪声和尾气排放量的目的。

2活塞组件动力学的研究现状

①对于传统的数值建模研究方式，在进行活塞组件动力学方面的实验研究比较落后，其中的主要原因是：活塞组件在工作中处于高温、高压的环境中，传感器不能适应相对环境的问题；在缸套摩擦中油膜极薄，传感器不能与其精度相适应的问题；因为活塞组件的运动方式是高速度的往复运行模式，因此对于信号采集和传输有着十分高的要求。在对活塞组件运动及摩擦运动进行实验时，发现扭曲环的静态扭曲角度是连续变化的，这一情况使得扭曲环的环面与缸套的角度变得相对的不稳定，是造成润滑效果不佳、消耗滑油的主要原因。②实验研究活塞组件的运动与摩擦特性。采用一台单缸汽油机，以平均有效压力方法展开实验研究，因为被实验方法所限制，所得的实验数据精度受到缸内压力、连杆的推力测量值的精度匹配精度影响。经过实验得出的结果表明活塞在摩擦运动中损失的点火工况比倒托工况大，其润滑上止点的附近是混合、边界润滑，而行程中点的附近是充分的动力润滑。③在对发动机的性能测试实验中，重点关注了活塞与磨合之间的影响，在汽车磨合的过程中比汽车磨合后的活塞损失功高百分之12。产生这种差别的原因主要是发动机发生吸气动作和爆发冲程。考虑到实际的状况，经过细致的讨论，活塞运动速度和接触力量是影响性能差异的共同作用结果。

3讨论与展望

因为活塞组件在发动机中独特且复杂的工作环境及运动机理，所以影响活塞运动的原因有很多，首先考虑外部因素，内燃机本身的转速和压力负荷对活塞的影响就很大，其次考虑内燃机内部的因素，活塞、扭曲环、缸套的实际结构和大小都对其造成一定程度的影响，改变活塞运动的因素还有裙部尺寸和粗糙程度。从系统的角度来看，内燃机内部各部件互相影响，活塞的2阶运动受活塞、气缸套的影响，活塞环、气缸套之间的润滑效果受活塞2阶运动影响。由此可以得出，在对活塞组件动力学进行分析研究是，需要考虑各组件间的耦合关系。在计算机技术飞速发展的形势下，利用计算机的计算能力模拟内燃机活塞运动过程，是目前有效的研究方法，其优势在于高度贴合实际情况，分析、研究的结果更科学有效，因为计算机模拟实验存在难以跨越的局限性，所以在实践中要根据情况对实验方式方法和实验要求进行科学适当的选择。本文主要针对内燃机活塞组件在实际中的运动规律和润滑摩擦进行研究分析，本项研究对于内燃机活塞组件动力学的发展具有重要的参考价值，因此相关的研究学者必须将研究重心放到内燃机活塞组件动力学的研究上。

4结束语

内燃机热效率高，在人们的生产生活中占据着重要的地位，活塞组件由活塞和活塞环组成，它是内燃机的重要组成部分，作为内燃机的核心存在，内燃机对它的要求特别高，不仅要承受高温，还要承受压力和运动负荷，它的工作情况，直接影响到内燃机的工作状况，国外的学者非常注重对它的研究，并取得了很多成果。对于活塞组件的分析，主要是对于活塞及活塞环受力的分析。研究越深入，考虑的因素越增加，研究结果的精准度也就越高。活塞的主运动是活塞组件做的往返直线运动，阶运动中并没有考虑活塞裙部防滑，其建立模型较为简单，直接假设活塞裙部光滑已经处于充分润滑状态中，不会考虑到润滑油缺乏的状态。需要考虑形变因素，对模型进行完善。

参考文献：

[1]赵军伟，孙军，张正，徐志豪.内燃机活塞组件动力学的研究现状与展望[J].机械设计，2017，34（04）：1-6.

[2]姜晓光，蒋明钰.内燃机过渡工况活塞组-缸套耦合瞬态温度场数值模拟[J].内燃机与配件，2017（06）：37-38.

[3]邓立君，刘永启，熊培友，王志明.内冷油腔对高强化内燃机活塞2阶运动的影响[J].汽车工程，2017，39（03）：269-274.

[4]朱楠林，董非，宗明景，倪捷.内燃机活塞内冷油腔振荡冷却特性的模拟研究[J].工程热物理学报，2017，38（02）：375-380.

[5]孙军，刘广胜，苗恩铭，郝飞飞，朱少禹，胡新亮，李悦.内燃机活塞裙部-缸套间润滑油输送状况[J].机械工程学报，2016，52（22）：138-145.

作者：杨明志；肖毅；齐永唐；何鑫 单位：海军工程大学