孫長勇

（山東華宇工學(xué)院，山東 德州 253034）

1 活塞環(huán)—?dú)飧妆砻鏉櫥湍ぴ谶\(yùn)行中的影響

活塞環(huán)是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件之一， 其工作的好壞直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能，并且活塞環(huán)又是易損壞的部件。一般活塞環(huán)和氣缸之間的磨損有以下主要特點(diǎn)：活塞環(huán)在氣缸內(nèi)從“0m/s”到“30m/s”左右做往復(fù)上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度幅度反復(fù)變化較大；活塞環(huán)在氣缸內(nèi)運(yùn)行的過程中，工作循環(huán)中的四個(gè)行程使氣缸的壓力變化幅度也很大；在工作循環(huán)中的作功行程中，燃油混合氣燃燒作功，發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán)是在高溫高壓下進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)的，氣缸壁上的油膜很難建立，使發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán)與氣缸常常處于臨界潤滑狀態(tài)，所以其潤滑程度相對較弱。

2 活塞環(huán)—?dú)飧诐櫥瑺顟B(tài)的研究現(xiàn)狀

2.1 工況參數(shù)對活塞環(huán)—?dú)飧诐櫥瑺顟B(tài)的研究

Harigaya Y 等通過雷諾方程和二維非穩(wěn)態(tài)能量方程，研究了潤滑油溫度和潤滑油粘度對活塞環(huán)—?dú)飧字g油膜厚度的影響：計(jì)算潤滑油膜厚度可以利用潤滑油溫度估算潤滑油的粘度來得到；低溫條件下，潤滑油粘度降低而剪切速度加快，相反的條件下，剪切速度對潤滑油粘度影響不大。AvanEY等對超聲技術(shù)檢測活塞環(huán)—?dú)飧字g潤滑油膜厚度的研究表明，空穴效應(yīng)較大影響了超聲技術(shù)檢測的數(shù)據(jù)結(jié)果。朱黃龍等對不同發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀況下的潤滑狀態(tài)的研究表明了發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中上下止點(diǎn)的油膜厚度最小，但隨著發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度的加快而油膜厚度變大。孫軍與熊春華等也分別對潤滑油粘度、潤滑油入口溫度以及摩擦面相對運(yùn)動(dòng)速度等參數(shù)進(jìn)行了潤滑狀態(tài)影響的研究。

2.2 表面形貌對活塞環(huán)—?dú)飧诐櫥瑺顟B(tài)的研究

Ji-Young K 等通過研究活塞環(huán)—?dú)飧椎臐櫥瑺顟B(tài)及相對摩擦系數(shù)性能，證明了潤滑狀態(tài)下的摩擦消耗率與發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán)的彈力和表面平滑度有很大影響，且發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán)的彈力為主要因素。FatjoG A 等利用微型傳感器準(zhǔn)確、反復(fù)檢測活塞環(huán)—?dú)飧字g潤滑油膜的厚度。AiMK A 等通過建立仿真模型對塞環(huán)—?dú)飧椎臐櫥瑺顟B(tài)的研究，證明了塞環(huán)—?dú)飧字g的摩擦力與潤滑狀態(tài)與發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油的粘度、轉(zhuǎn)速有很大關(guān)系。Morris N 等研究表明了發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán)結(jié)構(gòu)形式的改變對塞環(huán)—?dú)飧椎臐櫥瑺顟B(tài)有很大影響。段京華等研究了塞環(huán)—?dú)飧妆砻嫫交扰c潤滑油的粘性對潤滑狀態(tài)的作用，最后證明油膜的厚度與粘度有很大關(guān)系，但表面平滑度對其作用不大。

2.3 結(jié)構(gòu)參數(shù)對潤滑狀態(tài)的研究

Usman A 等研究發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸套結(jié)構(gòu)對活塞環(huán)—?dú)飧诐櫥瑺顟B(tài)的影響，結(jié)果表明發(fā)動(dòng)機(jī)冷態(tài)狀態(tài)下，塞環(huán)—?dú)飧字g潤滑油膜厚雖然很厚，但是摩擦損耗也很大，同時(shí)潤滑油的粘性剪切也起到很大影響。Kirner c 等對缸套活塞環(huán)之間的竄氣和潤滑油流動(dòng)情況也進(jìn)行了深入研究。Organisciak n 等研究了活塞環(huán)—缸套之間相互運(yùn)動(dòng)之間部件結(jié)構(gòu)形式對發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油膜和壓力分布的影響。周龍等通過活塞環(huán)桶面高度和軸向高度等結(jié)構(gòu)參數(shù)對活塞環(huán)—缸套潤滑狀態(tài)的研究，表明較小的桶面高度可以提高活塞環(huán)—缸套的潤滑狀況。

3 活塞環(huán)—?dú)飧诐櫥瑺顟B(tài)影響因素的分析

3.1 活塞環(huán)在氣缸內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，與摩擦有關(guān)主要因素所造成的影響

影響活塞環(huán)在氣缸內(nèi)運(yùn)動(dòng)摩擦有關(guān)的主要因素是發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷、潤滑油的粘度以及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。在特定條件下轉(zhuǎn)速、負(fù)荷和潤滑油粘度3 個(gè)參數(shù)中，固定兩個(gè)參數(shù)的值不變，而讓另一個(gè)參數(shù)的值變化：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加時(shí)，油膜變厚，摩擦力亦隨之增大；隨著負(fù)荷的增加，油膜變薄，摩擦力增大；在粘度很高時(shí)，即使油膜變厚，摩擦力也還是要增大的。

3.2 實(shí)際工作情況下的動(dòng)態(tài)油膜厚度的影響

在實(shí)際運(yùn)行工作中，活塞環(huán)所受的負(fù)荷和潤滑油粘度都是隨活塞環(huán)在氣缸中位置而變化的。一般在排氣行程和進(jìn)氣行程中，活塞環(huán)的背壓力相對較小，活塞環(huán)作用在氣缸壁上的壓力也相對較小，因而發(fā)動(dòng)機(jī)活塞在氣缸壁上運(yùn)行后形成的油膜厚度較壓縮行程和作功行程時(shí)的油膜厚度大。而作功行程和壓縮行程相比，由于作功行程中燃油混合氣燃燒產(chǎn)生較大壓力的高溫高壓氣體作用在活塞和氣缸壁上，導(dǎo)致活塞環(huán)的背壓力較大，同時(shí)加上高壓氣體對氣缸壁上油膜的沖刷，使氣缸壁上的油膜厚度小于壓縮行程中的膜厚。通過分析可以得出，油膜厚度達(dá)到極小值是在活塞剛過上止點(diǎn)之后，燃?xì)鈮毫Φ淖畲笾蛋l(fā)生在上止點(diǎn)稍后，所以油膜的最薄處也在該處（在2μm 以下），因此活塞環(huán)在上止點(diǎn)位置對應(yīng)的氣缸壁處磨損最大。

3.3 適當(dāng)提高發(fā)動(dòng)機(jī)平均轉(zhuǎn)速對發(fā)動(dòng)機(jī)磨損產(chǎn)生的影響

隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，油膜厚度及摩擦力都會(huì)相應(yīng)的增大，但其增長率明顯低于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增長率。如果發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速過高，會(huì)使活塞環(huán)與氣缸壁的摩擦力增大，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)溫度升高，從而潤滑油的粘性變差，最后造成油膜厚度受到高溫影響而減小，反而增加發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損。

4 結(jié)論

從上述國內(nèi)外專家研究的研究現(xiàn)狀來說，活塞環(huán)—?dú)飧椎臐櫥瑺顟B(tài)是一個(gè)重點(diǎn)，提高潤滑程度降低摩擦力是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，這樣就可以使內(nèi)燃機(jī)在理想的狀態(tài)下工作。通過對發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán)-氣缸表面潤滑狀態(tài)的影響因素研究，可以更好的掌握目前的研究方向和領(lǐng)域，為以后的發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán)-氣缸表面潤滑狀態(tài)的研究打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。