內(nèi)燃機(jī)活塞組件動(dòng)力學(xué)的研究現(xiàn)狀范文

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《輕工學(xué)報(bào)》2018年第2期

摘要：隨著全世界的汽車行業(yè)蓬勃發(fā)展，汽車如今已經(jīng)成為大眾化的交通工具，并且汽車的生產(chǎn)量、銷售量每年都在逐步提升。而目前世界的范圍內(nèi)，石油資源逐漸短缺，可以說尋找可以替代石油的內(nèi)燃機(jī)燃料已經(jīng)是刻不容緩，汽車能源對(duì)于人類發(fā)展的重要性不可忽視。本文對(duì)內(nèi)燃機(jī)活塞組件動(dòng)力學(xué)中存在的問題進(jìn)行了分析和研究，并對(duì)其發(fā)展提出展望。

關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機(jī)；活塞組件；動(dòng)力學(xué)

1活塞組件動(dòng)力學(xué)的研究意義

作為內(nèi)燃機(jī)中最有代表性的可運(yùn)動(dòng)部件，活塞因?yàn)閾碛衅洫?dú)特的動(dòng)力學(xué)工作特點(diǎn)，從而直接影響了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油消耗量，漏氣量、及磨損產(chǎn)生的燃油損失率。幾年前，根據(jù)某汽車公司發(fā)表的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了，汽車由活塞帶動(dòng)的機(jī)械損失占全汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的百分之45-60，而這項(xiàng)數(shù)據(jù)在上世紀(jì)六十到七十年代高達(dá)百分之57-76。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)來說，優(yōu)秀的摩擦性能能夠有效的減少摩擦所產(chǎn)生的損失，從而達(dá)到提高發(fā)動(dòng)機(jī)使用時(shí)間，降低發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲和尾氣排放量的目的。

2活塞組件動(dòng)力學(xué)的研究現(xiàn)狀

①對(duì)于傳統(tǒng)的數(shù)值建模研究方式，在進(jìn)行活塞組件動(dòng)力學(xué)方面的實(shí)驗(yàn)研究比較落后，其中的主要原因是：活塞組件在工作中處于高溫、高壓的環(huán)境中，傳感器不能適應(yīng)相對(duì)環(huán)境的問題；在缸套摩擦中油膜極薄，傳感器不能與其精度相適應(yīng)的問題；因?yàn)榛钊M件的運(yùn)動(dòng)方式是高速度的往復(fù)運(yùn)行模式，因此對(duì)于信號(hào)采集和傳輸有著十分高的要求。在對(duì)活塞組件運(yùn)動(dòng)及摩擦運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)扭曲環(huán)的靜態(tài)扭曲角度是連續(xù)變化的，這一情況使得扭曲環(huán)的環(huán)面與缸套的角度變得相對(duì)的不穩(wěn)定，是造成潤(rùn)滑效果不佳、消耗滑油的主要原因。②實(shí)驗(yàn)研究活塞組件的運(yùn)動(dòng)與摩擦特性。采用一臺(tái)單缸汽油機(jī)，以平均有效壓力方法展開實(shí)驗(yàn)研究，因?yàn)楸粚?shí)驗(yàn)方法所限制，所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)精度受到缸內(nèi)壓力、連桿的推力測(cè)量值的精度匹配精度影響。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果表明活塞在摩擦運(yùn)動(dòng)中損失的點(diǎn)火工況比倒托工況大，其潤(rùn)滑上止點(diǎn)的附近是混合、邊界潤(rùn)滑，而行程中點(diǎn)的附近是充分的動(dòng)力潤(rùn)滑。③在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，重點(diǎn)關(guān)注了活塞與磨合之間的影響，在汽車磨合的過程中比汽車磨合后的活塞損失功高百分之12。產(chǎn)生這種差別的原因主要是發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生吸氣動(dòng)作和爆發(fā)沖程?？紤]到實(shí)際的狀況，經(jīng)過細(xì)致的討論，活塞運(yùn)動(dòng)速度和接觸力量是影響性能差異的共同作用結(jié)果。

3討論與展望

因?yàn)榛钊M件在發(fā)動(dòng)機(jī)中獨(dú)特且復(fù)雜的工作環(huán)境及運(yùn)動(dòng)機(jī)理，所以影響活塞運(yùn)動(dòng)的原因有很多，首先考慮外部因素，內(nèi)燃機(jī)本身的轉(zhuǎn)速和壓力負(fù)荷對(duì)活塞的影響就很大，其次考慮內(nèi)燃機(jī)內(nèi)部的因素，活塞、扭曲環(huán)、缸套的實(shí)際結(jié)構(gòu)和大小都對(duì)其造成一定程度的影響，改變活塞運(yùn)動(dòng)的因素還有裙部尺寸和粗糙程度。從系統(tǒng)的角度來看，內(nèi)燃機(jī)內(nèi)部各部件互相影響，活塞的2階運(yùn)動(dòng)受活塞、氣缸套的影響，活塞環(huán)、氣缸套之間的潤(rùn)滑效果受活塞2階運(yùn)動(dòng)影響。由此可以得出，在對(duì)活塞組件動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析研究是，需要考慮各組件間的耦合關(guān)系。在計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展的形勢(shì)下，利用計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力模擬內(nèi)燃機(jī)活塞運(yùn)動(dòng)過程，是目前有效的研究方法，其優(yōu)勢(shì)在于高度貼合實(shí)際情況，分析、研究的結(jié)果更科學(xué)有效，因?yàn)橛?jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)存在難以跨越的局限性，所以在實(shí)踐中要根據(jù)情況對(duì)實(shí)驗(yàn)方式方法和實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行科學(xué)適當(dāng)?shù)倪x擇。本文主要針對(duì)內(nèi)燃機(jī)活塞組件在實(shí)際中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和潤(rùn)滑摩擦進(jìn)行研究分析，本項(xiàng)研究對(duì)于內(nèi)燃機(jī)活塞組件動(dòng)力學(xué)的發(fā)展具有重要的參考價(jià)值，因此相關(guān)的研究學(xué)者必須將研究重心放到內(nèi)燃機(jī)活塞組件動(dòng)力學(xué)的研究上。

4結(jié)束語

內(nèi)燃機(jī)熱效率高，在人們的生產(chǎn)生活中占據(jù)著重要的地位，活塞組件由活塞和活塞環(huán)組成，它是內(nèi)燃機(jī)的重要組成部分，作為內(nèi)燃機(jī)的核心存在，內(nèi)燃機(jī)對(duì)它的要求特別高，不僅要承受高溫，還要承受壓力和運(yùn)動(dòng)負(fù)荷，它的工作情況，直接影響到內(nèi)燃機(jī)的工作狀況，國(guó)外的學(xué)者非常注重對(duì)它的研究，并取得了很多成果。對(duì)于活塞組件的分析，主要是對(duì)于活塞及活塞環(huán)受力的分析。研究越深入，考慮的因素越增加，研究結(jié)果的精準(zhǔn)度也就越高。活塞的主運(yùn)動(dòng)是活塞組件做的往返直線運(yùn)動(dòng)，階運(yùn)動(dòng)中并沒有考慮活塞裙部防滑，其建立模型較為簡(jiǎn)單，直接假設(shè)活塞裙部光滑已經(jīng)處于充分潤(rùn)滑狀態(tài)中，不會(huì)考慮到潤(rùn)滑油缺乏的狀態(tài)。需要考慮形變因素，對(duì)模型進(jìn)行完善。

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作者：楊明志；肖毅；齊永唐；何鑫 單位：海軍工程大學(xué)