淺議活塞系統對機油消耗影響的分析與改進

崔麗

摘 要：活塞系統在運行過程中會產生一定的摩擦，而摩擦作用會直接影響設備的摩擦功、機油消耗以及廢氣排放量等。隨著科技的不斷發展、環保和能源的要求不斷提高，對機油消耗的要求也在不斷增加。基于此，本文結合活塞系統相關研究現狀以及影響油耗的因素進行分析，并分析了改進方案，以供參考。

關鍵詞：活塞系統；機油消耗；影響因素；改進設計

隨著對能源需求和對環境保護要求的逐漸增加，發動機運行中對機油的消耗以及廢棄物的排放水平越來越受到人們的關注，特別是活塞系統對機油消耗的改進分析逐漸成為人們研究的重點。

一、活塞系統相關問題的研究現狀

（一）活塞動力學特性分析。活塞在系統中主要是通過往復循環的方式進行運行的，運動狀態大致包含橫向運動和繞活塞銷的旋轉運動兩種，這也就是我們常見的活塞的二階運動。國內陳傳舉在活塞裙部型面設計方面開展了深入研究，用有限元方法解雷諾方程，考慮活塞和套熱變形，并基于二階運動基本理論，得到裙部的油膜壓力分布、摩擦功等結果，同時編寫了活塞二階運動分析代碼。桂長林等人將活塞的動力學方程與活塞裙部一虹套間流體動力潤滑分析相結合，分析了活塞的二階運動，并從減小活塞的二階運動和摩擦功耗兩個方面研究了活塞結構參數的設計，獲得了對實際具有指導意義的結論。

（二）活塞環動力學與環組機油消耗分析。發動機運轉的關鍵環節部件中包含了活塞環，活塞環可以在發動機高速運轉的過程中實現對氣體的傳輸，其中最主要的就是對燃燒室內熱量的導出。如果在運行過程中，活塞環出現問題，就會直接導致活塞損壞，進而導致活塞系統給故障。再將活塞環建模過程中，通常使用的模型包含以下幾種：環內部氣體壓力模型、曲軸箱竄氣模、環運動學、環潤滑磨損特性和機油消耗預測模型。

二、活塞環組機油消耗影響因素分析

（一）活塞二階運動對機油消耗的影響。在設計轉轉過程中，活塞的運行方式大多是以直線的狀態進行運動，除此以外也存在以徑向方式或者沿著活塞銷中心旋轉的的方式進行運行的，這種運轉的模式就會在一定程度上影響活塞環的工作狀況，進而影響活塞摩擦狀況，使得機油的消耗狀況受到影響。在沒有二階運動的情況下，活塞環組機油消耗在各轉速工況下均有所下降。存在活塞二階運動時，將增大活塞與環槽之間的磨損，改變活塞環的徑向受力特性，將會引起活塞環的扭曲等，這對活塞環組的密封極為不利。

（二）活塞各環岸與敘套之間的間隙對機油消耗的影響。活塞各環岸與敘套之間存在一定的間隙，這些間隙之中就會出現氣體的流動效應，進而影響活塞摩擦效應和機油消耗狀況。如果在運行階段，活塞各環岸與氣敘套之間的間隙逐漸變大，對機油的消耗量不會產生太大的影響，但是如果活塞各環岸與敘套之間的間隙逐漸減小，當其減小到一定程度之后，就會出現刮油現象，就會迅速增加對既有的消耗量。

（三）氣敘套變形與機油消耗。在設備運轉的過程中，如果氣敘套受熱出現變形，就會影響活塞和活塞環對氣流變化的適應能力，進而可能出現一定程度的油通路。與此同時，如果出現的變形較嚴重后果，也會導致活塞出現嚴重的扭曲形變，甚至會出現顫振的現象，這就會直接增加機油進入燃燒室的數量。除此以外，當氣敘套變形出現后，還可能會影響氣敘套與活塞之間的緊密效果，也會增加對機油的消耗。可見，敘套變形是造成發動機敘內機油消耗的一個重要因素。

三、活塞-缸套系統改進設計

通過對同種類型活塞系統參數的研究發現，可以在活塞系統原有的基礎上進行改進，可以通過該對活塞中各個環或者裙部型線進行調整，實現對活塞運動狀況、摩擦效應以及機油消耗狀況的改善。改進前后活塞縱向冷態型線如圖1所示，縱向型線改進包括裙部型線優化和環岸型線優化兩部分。型線改進后活塞二階運動能夠得到一定程度上的改善，活塞擺角、最大敲擊能、徑向位移均有所改善。同時，活塞縱型線改進后，各工況下機油消耗大幅度下降，當繼續對活塞環進行改進之后，機油消耗又進一步得到改善。另外，通過對發動機在發動機臺架上進行機油消耗試驗，可以發現各工況下機油消耗同樣得到了改善，活塞改進設計也通過了活塞最小間隙試驗驗證，改進后該型柴油機能夠成功用于整車裝配中。

四、結語

活塞系統是發動機運行過程中的重要組成部分，同時也是其核心部件，其結構狀況對發動機的特性、摩擦效果、油耗狀況等有著直觀重要的作用。本文從活塞系統相關問題的研究現狀展開分析，發現改善活塞系統結構可以在很大程度上降低摩擦，進而降低油耗。相信能夠通過不斷的研究，可以逐漸完善活塞系統，從而實現節能、環保的目的。

參考文獻：

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