浅议活塞系统对机油消耗影响的分析与改进

崔丽

摘 要：活塞系统在运行过程中会产生一定的摩擦，而摩擦作用会直接影响设备的摩擦功、机油消耗以及废气排放量等。随着科技的不断发展、环保和能源的要求不断提高，对机油消耗的要求也在不断增加。基于此，本文结合活塞系统相关研究现状以及影响油耗的因素进行分析，并分析了改进方案，以供参考。

关键词：活塞系统；机油消耗；影响因素；改进设计

随着对能源需求和对环境保护要求的逐渐增加，发动机运行中对机油的消耗以及废弃物的排放水平越来越受到人们的关注，特别是活塞系统对机油消耗的改进分析逐渐成为人们研究的重点。

一、活塞系统相关问题的研究現状

（一）活塞动力学特性分析。活塞在系统中主要是通过往复循环的方式进行运行的，运动状态大致包含横向运动和绕活塞销的旋转运动两种，这也就是我们常见的活塞的二阶运动。国内陈传举在活塞裙部型面设计方面开展了深入研究，用有限元方法解雷诺方程，考虑活塞和套热变形，并基于二阶运动基本理论，得到裙部的油膜压力分布、摩擦功等结果，同时编写了活塞二阶运动分析代码。桂长林等人将活塞的动力学方程与活塞裙部一虹套间流体动力润滑分析相结合，分析了活塞的二阶运动，并从减小活塞的二阶运动和摩擦功耗两个方面研究了活塞结构参数的设计，获得了对实际具有指导意义的结论。

（二）活塞环动力学与环组机油消耗分析。发动机运转的关键环节部件中包含了活塞环，活塞环可以在发动机高速运转的过程中实现对气体的传输，其中最主要的就是对燃烧室内热量的导出。如果在运行过程中，活塞环出现问题，就会直接导致活塞损坏，进而导致活塞系统给故障。再将活塞环建模过程中，通常使用的模型包含以下几种：环内部气体压力模型、曲轴箱窜气模、环运动学、环润滑磨损特性和机油消耗预测模型。

二、活塞环组机油消耗影响因素分析

（一）活塞二阶运动对机油消耗的影响。在设计转转过程中，活塞的运行方式大多是以直线的状态进行运动，除此以外也存在以径向方式或者沿着活塞销中心旋转的的方式进行运行的，这种运转的模式就会在一定程度上影响活塞环的工作状况，进而影响活塞摩擦状况，使得机油的消耗状况受到影响。在没有二阶运动的情况下，活塞环组机油消耗在各转速工况下均有所下降。存在活塞二阶运动时，将增大活塞与环槽之间的磨损，改变活塞环的径向受力特性，将会引起活塞环的扭曲等，这对活塞环组的密封极为不利。

（二）活塞各环岸与叙套之间的间隙对机油消耗的影响。活塞各环岸与叙套之间存在一定的间隙，这些间隙之中就会出现气体的流动效应，进而影响活塞摩擦效应和机油消耗状况。如果在运行阶段，活塞各环岸与气叙套之间的间隙逐渐变大，对机油的消耗量不会产生太大的影响，但是如果活塞各环岸与叙套之间的间隙逐渐减小，当其减小到一定程度之后，就会出现刮油现象，就会迅速增加对既有的消耗量。

（三）气叙套变形与机油消耗。在设备运转的过程中，如果气叙套受热出现变形，就会影响活塞和活塞环对气流变化的适应能力，进而可能出现一定程度的油通路。与此同时，如果出现的变形较严重后果，也会导致活塞出现严重的扭曲形变，甚至会出现颤振的现象，这就会直接增加机油进入燃烧室的数量。除此以外，当气叙套变形出现后，还可能会影响气叙套与活塞之间的紧密效果，也会增加对机油的消耗。可见，叙套变形是造成发动机叙内机油消耗的一个重要因素。

三、活塞-缸套系统改进设计

通过对同种类型活塞系统参数的研究发现，可以在活塞系统原有的基础上进行改进，可以通过该对活塞中各个环或者裙部型线进行调整，实现对活塞运动状况、摩擦效应以及机油消耗状况的改善。改进前后活塞纵向冷态型线如图1所示，纵向型线改进包括裙部型线优化和环岸型线优化两部分。型线改进后活塞二阶运动能够得到一定程度上的改善，活塞摆角、最大敲击能、径向位移均有所改善。同时，活塞纵型线改进后，各工况下机油消耗大幅度下降，当继续对活塞环进行改进之后，机油消耗又进一步得到改善。另外，通过对发动机在发动机台架上进行机油消耗试验，可以发现各工况下机油消耗同样得到了改善，活塞改进设计也通过了活塞最小间隙试验验证，改进后该型柴油机能够成功用于整车装配中。

四、结语

活塞系统是发动机运行过程中的重要组成部分，同时也是其核心部件，其结构状况对发动机的特性、摩擦效果、油耗状况等有着直观重要的作用。本文从活塞系统相关问题的研究现状展开分析，发现改善活塞系统结构可以在很大程度上降低摩擦，进而降低油耗。相信能够通过不断的研究，可以逐渐完善活塞系统，从而实现节能、环保的目的。

参考文献：

[1]曾小春，景国玺，苗瑞刚，王毅，石勇，黄晓波，袁晓军.活塞系统对机油消耗影响的分析与改进[J].柴油机，2015，02：26-31+38.

[2]景国玺.活塞组多物理场耦合非线性问题及环组机油消耗改进设计研究[D].浙江大学，2011.endprint