自由活塞发动机活塞环-气缸套的润滑及摩擦特性

摘要

自由活塞发动机(FPE)工作过程中缸内负载特征、活塞运动规律与曲轴式发动机(CE)不同,为研究FPE活塞环润滑及摩擦特性,利用流体润滑方程与微凸体接触方程建立了FPE活塞环润滑及摩擦模型,并通过试验验证了仿真模型的有效性.通过数值仿真对比了相同结构活塞环在FPE与CE两种工作模式下最小油膜厚度、摩擦力及摩擦功率周期历程,分析了FPE活塞环摩擦学参数对润滑及摩擦性能的影响.结果表明:相对于CE,FPE活塞环在上止点附近最小油膜厚度较大,处于边界润滑状态时间历程较短,摩擦力峰值与摩擦损失较小,但摩擦功率峰值明显高于CE;FPE活塞环桶面高度由2μm增至4μm,上止点附近最小油膜厚度降幅为47％,摩擦力峰值增幅为20％,摩擦损失降幅为4.6％;FPE活塞环桶面由-50 μm偏移至50 μm,最小油膜厚度在活塞上行过程减小,下行过程增加,膨胀行程的摩擦力峰值及其作用时间减小,摩擦功率峰值降幅为32％,摩擦损失降幅为5.2％.