第2期（总第235期） 2018年4月
车用发动机 VEHICLEENGINE
No 2(Serial No 235 )
Apr2018
发动机活塞环-缸套低摩擦设计仿真分析
李炳炯，王雅萌，龚金科，刘伟强
(湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室，湖南长沙410082）
摘要：以某直列3缸汽油机为研究对象，建立了仿真计算模型，验证了模型的正确性，利用该模型分析了活塞擦副的摩擦损失；在保证发动机平稳运行的基础上，应尽可能选择小的切向弹力；开口间隙对活塞环-缸套之间的审气量影响很大，冷态时，该款发动机开口间隙为038～040mm时最佳。
关键词：活塞环；气缸套；桶面高度；切向弹力；开口间隙；摩擦损失 DOI: 10 3969/j issn 1001-2222 2018 02 004
中图分类号：TK4219文献标志码：B
文章编号：1001-2222(2018)02-0023-05
随着技术的革新，发动机的单位体积功率逐渐增加，随之而来的是摩擦副之间的磨损更为严重，因摩擦造成的功率损失约卢内燃机机械损失的 70%1]。活塞环-缸套结构是发动机中最关键的摩擦副之一，其运行条件恶劣，长期承受高温、高压并作高速往复运动，热负荷与机械负荷大，所产生的摩操损失约占整机摩擦损失的20%L-）。因此：从设计阶段对活塞环-缸套摩擦副的摩擦润滑规律进行研究，对各影响因素进行分析并找出最佳设计方案，对优化发动机润滑、减少磨损，提高发动机的使用性能有着非常积极的作用。
目前国内外对发动机活塞环-缸套摩擦副的润滑研究，主要从结构参数、气缸套变形、表面形貌、活塞（环）二阶运动、颗粒物、润滑油特性等方面展开叶晓明3等基于平均雷诺方程和微凸体接触模型，研究了活塞环轴向高度、桶面高度及桶面偏移率的影响;Ma+等对比分析了活塞环在3种不同形状的缸套内的润滑性能，发现气缸套变形对活塞环缸套的润滑影响很大；Sato"结合活塞二阶运动分析模型对活塞环-缸套结构进行了优化分析，使该部分的摩擦损耗降低了2%；王伟通过研究固液二相润滑条件下的活塞环-缸套润滑，得出固液二相润滑剂的承载能力比纯油有所提高，但会增加摩擦功耗的结论;朱敏”等通过理论分析与试验的方法，研究了表面粗糙度对活塞环缸套润滑的影响，结果表明
收稿日期：2017-11-18；修回日期：2018-03-06 基金项目：潮南省科技重大专项(2014FJ1013）
表面粗糙度对最小油膜厚度的影响较小，但对膜厚比的影响较大。
本研究以某直列3缸汽油机为对象，研究活塞环桶面高度、切向弹力和开口间隙等结构参数对活塞环-缸套之间的润滑性能的影响。在各活塞环中，第一道气环对活塞环-缸套摩擦副的润滑性能影响最大，因此本研究重点分析了第一道气环结构参数的影响。实际运行过程中，发动机多处于中低速工况，因此在发动机整个寿命中，中低速工况下的摩擦损失占比最大，2000r/min是发动机常用工况，因此主要研究该工况下活塞环-缸套摩擦副摩擦损失的影响因素及优化设计。
1活塞环-缸套摩擦副润滑分析理论基础 11需诺方程及边界条件
将活塞环在气缸套内表面的上下运动看作是一滑块加载在一固定平板上的往复运动，因此对于活塞环-缸套摩擦副的润滑分析，可以采用Patir和 Cheng"提出的平均Reynolds润滑模型：
+
hap
x +ayly]
aha()
ah
+12。（1）
60ppax
+oax
式中：x和y分别为活塞环轴向和径向；pr，y为压力流量因子；为剪切流量因子；为接触因子；0 为综合表面粗糙度均方根值；为润滑油黏度；P为
作者简介：李炯（1996—），男，硕士，主要研究方向为发动机摩擦学；m18573144367@163com