环境与工况对柴油机缸套活塞环磨损的影响(2)

2.2 缸套-活塞环磨损仿真模型验证

柴油机保险期台架试验是考核柴油机动力性、经济性、可靠性在其保险期内是否稳定，同时检测柴油机各零部件的失效特性和可靠性能。试验过程共分为40个独立阶段，每一独立阶段时间为10 h，各阶段试验规范及工况参数分布状况如表1所示。

表1保险期各阶段试验工况Table1Testconditionsateachstageoftheinsuranceperiod转速n/(r·min-1)扭矩T/(N·m)燃油消耗率m/(g·kW-1·h-1)时间t/min2 0002 750按外特性219. 600按外特性224. 3503

依据保险期试验过程中4个典型工况参数的检测数据，计算得到400 h后缸套主侧推力面磨损深度与实测值分布状况如图3所示。

图3 柴油机400 h外特性试验缸套主、侧推力面磨损深度计算结果与实测值Fig 3 The calculated results and measured values of the wear depth of the main and side thrust surfaces of the cylinder liner after test for 400 h

由图3可得，柴油机400 h保险期实验后，缸套主、侧推力面的磨损深度随着轴向距离的增加而不断降低并在下止点附近略有增加，主要由于随着缸套轴向距离的增加，摩擦副表面润滑油膜厚度增加，摩擦副承受的气体压力及之间的微凸体载荷不断减小，共同作用使得磨损深度变小，而下止点附近由于活塞运动速度降低且发生方向改变，使得润滑油膜变薄，磨损深度出现增大。同时，缸套轴向位置上部出现了明显的3个极值，与其对应的是三道活塞环对缸套磨损的最大深度点，其中，缸套轴向磨损最大深度出现在曲轴转角9°所对应的位置，磨损深度为0.047 9 mm，与实测值0.050 mm相差4.2%。因此，在分析实车使用过程中环境与工况参数对柴油机缸套-活塞环磨损影响的特征参数确定为上止点曲轴转角9°缸套主、侧推力面磨损深度。

3环境条件对柴油机缸套磨损影响研究

3.1 大气温度对缸套磨损影响规律

按照中规定的大气温度范围，设定大气温度从-35 ℃开始，间隔15 ℃递增至40 ℃，大气压力为100 kPa，初始水温、油温为90 ℃的条件下，计算得到柴油机额定工况点不同大气温度条件下缸内温度、活塞环背压的变化规律。

如图4所示，随着大气温度的升高，柴油机缸内燃烧温度升高，活塞环承受气体背压降低，最大微凸体载荷呈现先减小后增大的趋势。主要由于气温升高，柴油机的进气温度升高，进气密度减小，使得缸内混合气体燃烧状况变差，后燃严重，引起缸内压力降低，且由于进气温度升高使得缸内着火延迟期缩短，速燃期内燃烧速度减缓，最大爆发压力降低，使得活塞环承受的背压随之而降低，最大背压也相应减小；由于环境温度的升高，使得冷却系统与润滑系统的对流换热能力下降，且缸内后燃严重，燃烧放热量多，使得缸内燃烧温度升高，冷却水与润滑油的平衡温度也相应升高，活塞环润滑油膜则随着燃气温度和润滑油温度的升高而变薄，在缸套的中部体现比较明显；活塞环微凸体载荷主要受活塞环背压和油膜厚度两者共同作用，大气温度从-35 ℃上升至-5 ℃过程，微凸体载荷受活塞环背压影响较大，呈现出下降趋势，当大气温度从-5 ℃上升到40 ℃过程中，微凸体载荷则受油膜厚度影响较大，呈现增加趋势。

图4 缸内温度、活塞环背压、最大微凸体载荷与最大背压随大气温度的变化规律(2 000 r/min)Fig 4 The variation of the temperature in cylinder (a), the back pressure of the piston ring (b),maximum load of micro convex body and maximum back pressure(c) with the atmospheric temperature (2 000 r/min)

由图5可得出：柴油机额定工况点400 h后，随着大气温度的升高，缸套最大磨损深度呈现先减小后增大的趋势，在气温为-5 ℃时磨损深度最小，为52.2 μm，与气温为-35 ℃相比下降了5.89%，与气温为40 ℃相比下降了9.15%。主要是由于大气温度升高引起缸内温度升高和缸内压力的降低，引起润滑油膜变薄、活塞环背压下降，使得摩擦副接触面微凸体载荷呈现出先降低后升高的趋势，引起柴油机缸套最大磨损深度出现先减小后增大的变化趋势。

图5 不同大气温度条件下缸套磨损深度变化规律Fig 5 The change law of cylinder liner wear depth under different atmospheric temperature

3.2 大气压力对缸套磨损影响规律

依据我国大气环境特点及柴油机实车使用状况，设定在大气温度为10 ℃，初始水温、油温为90 ℃，大气压力从50 kPa开始，间隔10 kPa递增直到100 kPa的条件下，计算得到柴油机额定工况点不同大气压力下缸内温度、活塞环背压的变化规律。

文章来源：《环境科学与管理》 网址: http://www.hjkxygl.cn/qikandaodu/2021/0407/718.html