环境与工况对柴油机缸套活塞环磨损的影响(3)

如图6所示，随着大气压力的降低，柴油机缸内燃烧温度不断升高，活塞环承受气体背压降低，微凸体载荷呈现先减小后增大的趋势。主要由于随着大气压力的降低，空气密度不断减小，柴油机进气质量减少，缸内气体混合不充分，燃烧状况变差，后燃严重，缸内燃烧压力降低，使得活塞环承受的背压随之而降低，且后燃程度不断加重，使得缸内燃烧温度增加；缸内燃气温度与润滑油温的升高，缸套温度不断升高，活塞环润滑油膜不断变薄；缸内爆发压力的降低使得活塞环承受的气体背压随之降低，最大背压也相应减小；微凸体载荷主要受活塞环背压和润滑油膜厚度两者影响，气压从100 kPa下降至80 kPa过程，微凸体载荷受活塞环背压影响较大，不断减小，当气压从80 kPa下降至50 kPa过程中，微凸体载荷则受油膜厚度影响较大，呈现出增大趋势。

图6 缸内温度、活塞环背压、最大微凸体载荷与最大背压随大气压力的变化规律(2 000 r/min)Fig 6 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 pressure(2 000 r/min)

由图7可知，不同大气压力条件下柴油机额定工况点400 h后，随着气压的降低，缸套最大磨损深度呈现先减小后增大的趋势，气压为80 kPa时柴油机缸套最大磨损深度值最小，相比气压为100 kPa时降低6.45%，气压为50 kPa时柴油机缸套最大磨损深度较气压为100 kPa时升高8.48%。主要是由于大气压力升高使得缸内温度的降低和缸内压力的升高，引起活塞环润滑油膜变厚、背压增加，使得活塞环微凸体载荷呈现出先降低后增加的趋势，引起柴油机缸套最大磨损深度呈现先减小后增大的变化趋势。

图7 不同大气压力条件下缸套磨损深度变化规律Fig 7 The change law of cylinder liner wear depth under different atmospheric pressure

4柴油机工况对柴油机缸套磨损影响研究

4.1 柴油机转速对缸套磨损影响规律

设定大气压力为100 kPa、大气温度为10 ℃，初始水温、油温为90 ℃，以柴油机额定工况点对应的扭矩(2 860 N·m)为固定值，转速从1 200 r/min开始，间隔200 r/min递增到2 000 r/min，计算得到柴油机不同转速条件下缸内温度、活塞环背压的变化规律。

如图8所示，随着柴油机转速的升高，柴油机缸内燃烧温度呈现出先下降后增加的趋势，活塞环承受气体背压不断增加，微凸体载荷不断减小。由于负荷一定时，随着柴油机转速的升高，缸内循环供油量不断下降，1 200 r/min时燃烧放热量最大，缸内温度高，而1 350 r/min是柴油机最大扭矩点，燃烧状况匹配条件较好，缸内温度低;随着转速的继续升高，柴油机缸内气体燃烧状况相对变差，且小时燃油消耗量增加，使得缸内温度不断升高。而缸内压力则主要由缸内气体燃烧速度和漏气量决定，随着转速的升高，缸内混合气体燃烧速度加快，气体泄漏量减少，因此缸内压力不断升高，使得活塞环承受气体背压不断增加；随着柴油机转速的增加，缸内燃气温度呈现出先降低后升高的趋势，冷却水温和油温呈现出先降低而后平稳波动，活塞环在缸套表面布油频率加快，三者综合作用使得润滑油膜厚度增加；而活塞环微凸体载荷主要受背压和润滑油膜厚度两者共同作用，随着柴油机转速的增加，油膜厚度变厚对微凸体载荷的影响程度大于活塞环背压的影响程度，使得微凸体载荷呈现出不断减小而后小范围波动的变化趋势。

图8 缸内温度、活塞环背压、最大微凸体载荷和最大背压转随柴油机速的变化规律(2 860 N·m)Fig 8 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 diesel engine speed(2 860 N·m)

由图8可知：柴油机在不同转速条件下工作400 h，随着柴油机转速的升高，缸内压力、缸内温度以及润滑油膜都发生改变，综合作用使得微凸体载荷呈现减小趋势，并在1 600 r/min时出现一个极小值点；同时由于转速的增加使得相同时间内柴油机累积循环次数增加，最终引起缸套磨损深度呈现先增加后减少而后增加的变化趋势，如图9所示在1 400 r/min出现磨损深度极大值点，在1 600 r/min出现磨损深度极小值点，转速为2 000 r/min时缸套最大磨损深度相对于转速为1 200 r/min升高了46.76%。

图9 不同转速条件下缸套磨损深度变化规律Fig 9 The change law of cylinder liner wear depth under different diesel engine speed

4.2 柴油机负荷对缸套磨损影响规律

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