文档介绍：上海交通大学
硕士学位论文
内燃机活塞二阶运动与摩擦学行为的瞬态模型研究
姓名:张效翔
申请学位级别:硕士
专业:机械设计及理论
指导教师:谢友柏
20090201
上海交通大学硕士学位论文摘要
内燃机活塞二阶运动与摩擦学行为的瞬态模型研究

摘要
随着全球环境问题日益严重和石油资源不断枯竭,提高燃油经济性
和降低排放成为高性能内燃机设计的关注重点。据估计,活塞-缸套间的
摩擦损耗可达整个内燃机摩擦损耗的 25%。因此,良好的活塞-缸套润滑
系统对于汽车的节能、减排设计至关重要。而活塞二阶运动对于活塞-缸
套润滑系统有十分重要的影响。在以往的研究中,人们一直忽略了内燃
机中的系统变惯量特性和内燃机系统动力学对于活塞二阶运动以及活塞
裙部摩擦学行为的影响,而且以往的活塞二阶运动数学模型无法进行瞬
态分析。本文从推导内燃机系统动力学—活塞二阶运动耦合模型入手,
更为全面和深入地对活塞二阶运动和活塞裙部摩擦学进行了研究。主要
研究内容包括:
推导建立了内燃机系统动力学—活塞二阶运动耦合模型。新模型能
够在数学层面上表达内燃机系统变惯量特性与活塞二阶运动的关系,也
能够反映内燃机转速波动对活塞二阶运动的影响。同时新模型具备了对
活塞二阶运动和活塞裙部摩擦学行为进行瞬态分析的能力。提出了适合
活塞-缸套系统的二维平均流量雷诺方程作为润滑分析模型,修正了过于
简化的油膜厚度计算公式。推导了针对活塞裙部润滑系统简化的一维雷
诺方程。这种一维雷诺方程求解过程十分简单、快速,同时也保证了一
定的求解精度。
针对内燃机系统动力学—活塞二阶运动耦合模型建立了计算框架,
第 I 页
上海交通大学硕士学位论文摘要
并对某一单缸发动机进行了数值仿真。结果表明:1 内燃机系统变惯量对
于活塞二阶运动和活塞裙部摩擦学行为的影响不可忽视。考虑系统变惯
量比不考虑系统变惯量时,活塞二阶运动更为激烈,摩擦力与摩擦功耗
显著增加。,
连杆质心越靠近大端,活塞裙部摩擦力与摩擦功耗越小。
速度的上升,活塞二阶运动的激烈程度有所下降,摩擦功耗则不断上升。
,发动机的系统惯性力对于活塞二阶运动和裙
部摩擦学行为的影响越来越强。

关键词:活塞摩擦,活塞二阶运动,系统变惯量,摩擦功耗,内燃机,
瞬态行为

第 II 页
上海交通大学硕士学位论文摘要
A Study on Transient-State Model of Piston Secondary Motion and Piston
Skirt Tribology Behaviours in IC Engine

ABSTRACT
With increasing public concern about the environmental problems and oil prices,
improving fuel economy and reducing engine emissions in modern passenger car engines
has e one of the important trends in engine design. It is currently estimated that the
piston - cylinder bore friction accounts for up to 25% of the power loss in a typical engine.
Therefore, a significant reduction of the piston group friction will lead to considerable
improvements of fuel economy and engine emissions. The piston secondary motion has a
significant influence on the lubrication in piston - cylinder system. Therefore, better
understanding and more accurately modeling piston dynamics plays an important role in
piston design for the reduction of fr