内燃机活塞环-缸套磨损研究的现状与展望.pdf

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1、30内燃机与配件2014年第3期内燃机活塞环一缸套磨损研究的现状与展望AReViewofResearchonWearofPistonRingandCylinderLinerforICE张亮1段京华2孙军1王先义1朱新龙1(1．合肥工业大学2．安徽省汽车工业学校)(摘要]论述了内燃机活塞环一缸套摩擦副磨损的理论和试验研究现状，讨论展望了内燃机活塞环一缸套摩擦副磨损研究中进一步需要解决的问题。[关键词]内燃机活塞环缸套磨损Abstract：Inthispaper，thestatusanddevelopmentsofresearchonthewearof

2、pistonring—cylinderlinerfrictionalpairforinternaIcombustionenginewerereviewed．Theproblemsneedtobesolvedinthefurtherresearchwerealsodiscussed．Keyword：InternalcombustionenginePistonCylinderlinerWear1刖吾活塞环一缸套是内燃机的核心摩擦副，它在高温、高压和受力比较复杂、承受各种振动的苛刻条件下工作。活塞环一缸套摩擦副的工作对内燃机性能、可靠性和使用寿命存在直接

3、影响。长期以来，人们从材料选配、结构设计、表面处理和摩擦润滑等多方面对活塞环一缸套摩擦副进行了大量研究”。。由于相对摩擦造成的材料磨损是导致内燃机活塞环一缸套摩擦副失效的主要原因，因此研究改善活塞环一缸套摩擦副的磨损特性，对延长内燃机的使用寿命，提高其动力性、经济性和可靠性等整机性能具有重要意义。2活塞环一缸套摩擦副磨损的形式如图1所示，按时间阶段，活塞环一缸套摩擦副磨损分为磨合磨损、正常磨损和异常磨损三个阶段。图l活塞环缸套的磨损过程2．1磨合磨损磨合过程是摩擦副表面经过动态磨损达到稳定低磨损率匹配表面，涉及表面几何特征、材料及介质物理化学特性等

4、多因素的动力学过程∞j。内燃机生产装配后必须经过磨合，未经磨合的缸套内表面比较粗糙，油膜不易形成，活塞环和缸套表面的凸起处往往发生微观的金属接触，常常会造成缸套和活塞表面的拉毛、擦伤，甚至发生咬死而造成拉缸。经过磨合可以延长摩擦副的使用寿命，提高工作可靠性。Goetzwerke公司经过长期研究认为90％的擦伤发生在初期磨合阶段印3。桂长林基于内燃机活塞环一缸套的擦伤机理，分析了活塞环擦伤的影响因素，提出了活塞环防擦伤摩擦学设计的判别特征值，为从设计上防止活塞环擦伤提供了依据。7。2．2正常磨损正常磨损主要包括磨粒磨损、腐蚀磨损和粘着磨损。2．2．1

5、磨粒磨损磨粒磨损指进入气缸空气中含有灰尘、燃料和润滑油中含有杂质而又没有很好滤净时所引起的磨损。如图2所示，空气自气缸上部吸入，缸套上部的磨损较大(曲线1)；润滑油从位于气缸下面的张亮段京华孙军王先义朱新龙：内燃机活塞环缸套磨损研究的现状与展望31油底壳飞溅到缸套壁面，缸套下部磨损较大(曲线2)。磨粒颗粒在缸套内表面产生平行于气缸中心线的拉痕．颗粒大的磨料也会造成拉缸邛：一O∞∞目∞(删夕异前。＼、，围2缸套厝损状况不恿图磨粒磨损分为二体磨粒磨损和三体磨粒磨损，活塞环一缸套工作时主要为三体磨粒磨损。磨粒的形状、大小和磨屑成份及含量可以通过铁谱法和光

6、谱法进行测量和分析。孔凌嘉基于塑变一疲劳磨损机理的三体磨粒磨损模型，建立了活塞环一缸套摩擦副的磨粒磨损模型，对磨粒尺寸、磨粒浓度对磨损的影响进行了定量计算=9、。sato试验研究了烟尘浓度、烟尘颗粒直径和油膜厚度等对金属表面磨损的影响，表明磨损增加与烟尘浓度成比例关系，烟尘颗粒直径和油膜厚度在磨损机制中起着十分重要的作用。此外，还通过观察表面磨损拉痕，探讨了磨料磨损的产生和存在机理叫o：。2．2．2腐蚀磨损燃油燃烧生成的化合物产生酸性物质，粘附在缸套内壁和活塞环表面。摩擦脱落为磨粒，使缸套内壁和活塞环表面产生腐蚀和磨粒磨损⋯：，如图2中曲线3。腐蚀

7、磨损占主导地位时，在活塞环上止点位置磨损最大，并出现较小的洞穴。腐蚀磨损主要出现在燃烧高硫分燃料、低温起动频繁和冷却水温度较低的内燃机中。此外，具有高浓度烟尘含量的润滑油会增加局部区域的酸性，活塞被高温和挥发性气体包围也可能发生腐蚀磨损””。2．2．3粘着磨损活塞环在润滑不良的缸套表面滑动时，两者如果极微小部分的金属直接接触，摩擦形成局部高温，使之熔融粘着脱落，逐步扩大将产生粘着磨损。与腐蚀磨损和磨粒磨损相比，粘着磨损对缸套和活塞环造成的破坏更大。一旦发生，缸套工作面立即遭到严重损伤。活塞和缸套将很快报废。在大负荷，润滑和冷却条件不良情况下工作以及

8、发生飞车事故时内燃机容易出现这种磨损。2．3异常磨损异常磨损指活塞环一缸套经过长期工作后，由于各类磨损使活塞环间隙增大，漏