用不同材料的活塞环评价柴油机性能外文翻译资料

 2023-02-23 15:29:39

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用不同材料的活塞环评价柴油机性能

L. Karikalana,,P. Sakthivel

aDepartment of Automobile Engineering, VELS Institute of Science, Technology amp; Advanced Studies, Chennai, India

bStanadyne India Pvt. Ltd., Tamilnadu, India

摘要：研究表明，内燃机的摩擦损失是决定汽车节油性和性能的最重要方面。用发动机装置对不同材料的活塞环的摩擦特性和瞬态摩擦特性进行了实验研究，对不同材料分组的活塞环的一系列试验结果进行了说明，对三种不同的活塞环材料进行了评价，环形活塞与铝钛活塞环的组合比其他组合具有更好的性能。

关键词：发动机；活塞环；材料；扭矩；功率

  1. 介绍

内燃机制造商们不断地寻找减少油耗和污染物的源头，以提高发动机的竞争力，这是一项具有激励性的任务。研究人员证明，内燃机的摩擦损伤是决定其燃油经济性和性能的最重要特征。为了提高发动机性能，科学家们对各种活塞环进行了大量的研究。研究人员将装有部分升高和非升高活塞筒形活塞环的发动机的燃油效率和污染物等进行比较，并指出其进气量减少了4%[1-3]。利用当前涂层技术的进步是提高活塞环性能的一个途径。表面涂层需要在表面上放置一层适当材料的薄层，以增加活塞环的摩擦和磨损特性。主流文献还包括对活塞环用不同涂层材料的研究[4–6]。通常情况下，这些东西产生的摩擦力小于金属层或硬涂层的摩擦力[7–9]。活塞环上使用的等离子涂层也已进行了检查，并取得了令人鼓舞的结果[10–12]。由于涂层具有浸渍摩擦的能力，因此可以提高活塞的热性能。

  1. 活塞

在内燃机中，活塞将热能转化为机械能。活塞主要承受较高的热负荷和机械负荷。燃烧室内峰值压力为200bar的大压力序列和活塞往复运动产生的极高加速度所产生的巨大惯性力对机械载荷的影响。峰值气体温度在1800到2600°C之间的燃烧过程产生的活塞负荷。 对于活塞来说，这些试验在适用的温度和最低的重量下可转化为最大强度的必要条件。

活塞的关键任务是：

  1. 通过连杆将气体力传递到曲轴上。
  2. 通过活塞环和燃烧室组合关闭，防止气体逸出到曲轴箱，并阻止机油从曲轴箱侵入燃烧室。

3. 以驱散燃烧的热量到气缸套。

  1. 活塞环

当活塞环在气缸中移动时，由于其自然负荷和活塞环上的气体负荷，活塞环是磨损的元件。为了减少这种情况，它们以耐磨材料（如钢和铸铁）为主，并覆盖或固化至提高耐磨性。在二冲程发动机中，端口设计对活塞环寿命的影响更为严重。在最近的摩托车发动机，许多注册的档案是用来帮助最大限度地延长环寿命。壳体包括专用的端口形式，如锥形槽、使用若干组热处理和通过物理气相沉积方法和其他实践应用的不同涂层。通常，顶部和油环上会有铬或氮化物，可能是等离子涂层或陶瓷涂层。为了提高抗擦伤性和额外的增强磨损性，大多数现代C.I发动机的顶环上都覆盖了一层改进的铬层，这是一层来自Goetz的专利涂层，其外部铬层中相应地嵌入了Al2O3或金刚石颗粒（见图3.1至3.4）。

活塞环在发动机中的首要作用是：

  1. 关闭燃烧室，以便曲柄箱的气体损失可以忽略不计。
  2. 活塞对气缸壁传热的启示。
  3. 在活塞和气缸围栏之间保持适当的油量。

4.从气缸壁刮油到油底壳。

图3.1 铝钛环 图3.2 铝锆环

图3.3 铸造铝环 图3.4 环形活塞

  1. 方法

其主要目的是通过改变活塞和活塞环的组合来提高柴油机的性能。

  • 带氧化铝-氧化锆环的环形活塞
  • 带铸铝环的环形活塞
  • 带铝钛环的环形活塞

使用这种组合将使柴油机的性能更好。

表1 发动机规格

2200转/分时的发动机功率 80hp

发动机转速为1400转/分时的扭矩 280nm

额定发动机转速下的功率 75hp

类型 Diesel

气缸数量 4

喷射方式 Direct

孔径 101

冲程 127

冷却方式 Water

压缩比 15.3:1
  1. 实验研究

实验在四缸水冷直喷式柴油机上进行。发动机装有不同材料的活塞环，以评估发动机性能。活塞与活塞环的组合为带铝氮环的环形活塞、带铸铝环的环形活塞和带铝钛环的环形活塞。测量了发动机的性能及扭矩、油耗、功率、烟度、HC排放、NOx排放和CO2排放等污染物参数（见表1）。

  1. 结果与讨论

图6.1比较了环形活塞与铝锆、铝钛和铸铝环组合在18度曲柄角下的扭矩比较。与其他组合相比，这种带有环形活塞的铸铝环具有较高的扭矩。图6.2显示了速度和功率的性能。在这张图表中，对比了在发动机上止点前18度时，环形活塞与铝锆、铝钛和铸铝的组合。在这种铸造铝环和铝钛环活塞具有高功率时，相比其他组合。与其他组合相比，铝锆环形活塞的功率较小。图6.3比较了环形活塞与铝锆、铝钛和铸铝环组合在18度曲柄角下的烟度比较。在这种铸造铝环与环形活塞有较少的烟雾时，相比其他组合。图6.4比较了环形活塞与铝锆、铝钛和铸铝环组合在18度曲柄角下的油耗比较。在这种铝钛环与环形活塞相比，具有较少的SFC。

图6.1 发动机转速与扭矩

图6.2 发动机转速与功率

图6.3 发动机转速与烟度

图6.4 发动机转速与SFC

  1. 结论

为了评估四缸柴油机的性能，对四缸柴油机进行了不同活塞环环面试验，并在试验过程中观察到以下现象：当发动机在18°BTDC时，铝钛环环形活塞具有较好的扭矩，铸铝环环形活塞具有较差的扭矩；与所有其他组合相比，铝钛环环形活塞具有更大的功率；与所有其他组合相比，铸铝环和环形活塞的烟度更小。

参考文献

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[12] A. Spencer, Optimizing Surface Texture for Combustion Engine CylinderLiners [Licentiate thesis], Lulea University of Technology, 2010.

铝活塞外扫汽油机的试验研究

M.Ayaz Afsara,*,,A.M.Mahalleb

aLecturer,Govt.Polytechnic,Amravati,India

bAsso.Prof.,L.I.T.,Nagpur,India

摘要：二冲程发动机体积小，功率重量比高，操作简单，成本低。但由于短路损失和不完全燃烧，这些发动机具有高排放和低制动热效率的特点，为了消除短路损失，在内燃机实验室研制了外扫式发动机，研究了外扫系统对二冲程发动机性能和排放的影响以铝为活塞材料，在不同负荷和不同转速下进行了试验研究，并与曲轴箱式扫气发动机进行了性能对比，结果表明，通过向发动机提供较稀的空燃混合气，可以提高发动机的制动功率和制动热效率，最大限度地提高发动机的经济性使用外部扫气系统可显著减少发动机排放的污染物。

关键词：制动功率；外扫发动机；排放分析

  1. 介绍

利用汽油机的新鲜空气或柴油机的进气来清除废气的方法称为扫气。这是在进排气口重叠时进行的[1,2]。理想扫气系统的基本要求是在不损失新鲜空气的情况下排出废气。这种理想的制度在实践中是不可能的，但应尽最大努力将损失降到最低。最佳的空气通道是通过扫气来实现的，在扫气过程中，混合气或空气从气缸的一端进入，废气从气缸的另一端排出。在膨胀冲程结束时，二冲程发动机的燃烧室中就会充满了燃烧产物。

命名方法：

BP 制动功率

BSFC 制动比油耗

VO 阀门开度

CO 一氧化碳

这是因为，它与四冲程发动机

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