环境与工况对柴油机缸套活塞环磨损的影响(4)

以柴油机出厂额定工况点2 000 r/min的扭矩为标准值，负荷变化范围从标准值的20%开始，间隔20%递增到100%，在大气压力为100 kPa、大气温度为10 ℃，初始水温、油温为90 ℃的条件下，计算得到柴油机不同负荷条件下缸内温度、活塞环背压的变化规律。

如图10所示，随着柴油机负荷的增加，柴油机缸内燃烧温度不断增加，活塞环承受气体背压和微凸体载荷不断增加。主要由于随着负荷的增加，缸内循环喷油量增加，直接引起缸内气体燃烧压力、温度以及燃烧室壁面温度升高，使得活塞环承受的背压随之升高，最大背压也相应增加；在转速为2 000 r/min、负荷从20%增加到100%过程中，活塞环背压增大对微凸体载荷的影响程度大于油膜厚度变薄的影响程度，使得微凸体载荷不断增大。

图10 缸内温度、活塞环背压、最大微凸体载荷与最大背压随柴油机负荷的变化规律(2 000 r/min)Fig 10 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 load(2 000 r/min)

由图11可得出：柴油机在2 000 r/min的不同负荷条件下工作400 h，随着柴油机负荷的增大，缸内压力和温度不断升高，使得活塞环背压增加、润滑油膜变薄，两者共同作用使得微凸体载荷不断增大，引起柴油机缸套磨损深度不断增大，柴油机100%负荷时最大磨损深度较20%时增大了133.96%。

图11 不同负荷条件下缸套磨损深度变化规律Fig 11 The change law of cylinder liner wear depth under different diesel engine load

5结论

(1)建立的面向实车使用的柴油机缸套-活塞环磨损数值仿真模型，在曲轴转角9°所对应的缸套轴向位置磨损计算精度较高，可用于计算分析环境与工况对缸套-活塞环磨损的影响规律，为柴油机缸套-活塞环可靠性及使用寿命分析提供了技术手段。

(2)环境条件对柴油机进气、燃烧、润滑与冷却等状况影响显著，使得缸套-活塞环磨损边界条件出现改变，引起柴油机缸套磨损程度不同。大气温度从-35 ℃上升至40 ℃过程中，缸套轴向最大磨损深度呈现先减小后增大的趋势，气温为-5 ℃时磨损深度值最小；大气压力从100 kPa下降到50 kPa过程中，缸套轴向最大磨损深度呈现先减小后增大的趋势，气压为80 kPa时缸套磨损深度值最小。

(3)柴油机转速对活塞环的滑动速度、单位时间内的磨损次数、缸内燃烧状况等影响较大，随着转速的升高，缸套轴向最大磨损深度总体呈现出增加的趋势，在1 600 r/min时出现极小值，转速2 000 r/min时缸套最大磨损深度较转速1 200 r/min升高了46.76%；柴油机负荷对缸内燃烧状况影响非常显著，随着负荷的增加，缸套轴向最大磨损深度不断增大，100%负荷时较20%负荷升高了133.96%。

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