【作者】

Florian Pohlmann-Tasche

【摘要】

注：版权归CIMAC所有 内燃机的发展主要聚焦于燃油经济性和低排放方面。为达到目标，降低活塞组（由气缸套、活塞和活塞环组成）中的摩擦损耗具备巨大的潜力，这是因为它在发动机总摩擦损耗中占比高达50%[KES99]。头道活塞环作为主要摩擦来源之一，在压缩和做功冲程中所接触的压力非常高。ITV浮动缸套能够测量不同曲轴转角的活塞组摩擦力。根据活塞位置，可以获得不同的摩擦条件，通过改变摩擦系统，影响各种摩擦条件的产生。已有的研究表明，修改缸套表面可以减少不同冲程位置的摩擦。本文介绍了头道活塞环镀层的影响及其与不同润滑油规格的相互作用。 通过采用特殊设计的气缸套对某中型单缸柴油机进行改造，建立了浮动缸套系统。气缸套的顶部浮动在静压轴承中，而底部则建立在力传感器上。为了补偿燃烧气体对气缸套的影响，开发了一种包含复合密封垫圈的气体平衡方法。这使发动机在高达1300rpm转速和15.5bar有效平均压力下，研究者仍能分析不同曲轴转角的活塞组摩擦力。 为了进行摩擦学改进，本文研究了3种不同的活塞环镀层。第一种是铬铝氧化物镀层，第二种是铬金刚石镀层，第三种是金刚石碳镀层。镀层与润滑油的作用特性可以采用单级油和多级油进行测试。初步试验结果表明，金刚石基镀层对混合摩擦区有影响。尽管FMEP参数下降，但由于较小的流体动力学摩擦，摩擦力朝活塞上死点方向增加。通过使用单一等级的润滑油可将该缺点调节至正常水平，这表明为使活塞达到整个行程的最低摩擦水平，给活塞环匹配合适的润滑油是必要的。为了评估摩擦学特性及镀层与不同油规格之间的相互作用，采用不同的组合方式进行试验并对比它们的物理性能。 综上所述，采用不同曲轴转角的浮动缸套测量法可以检验头道镀膜环在活塞行程中的优缺点。除了FMEP之外，摩擦力信号还能提供更详细反映摩擦状态的信息。通过给活塞环匹配合适的润滑油，镀层的优势可以得到充分发挥以减小摩擦。

【会议名称】

第29届CIMAC会议

【会议地点】

加拿大 温哥华

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