本文關(guān)鍵詞：生物質(zhì)燃油及其碳煙微粒對活塞環(huán)一缸套摩擦學(xué)特性的影響

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【摘要】：生物質(zhì)燃油作為柴油發(fā)動機的較為理想的替代燃料之一,具有潛在的應(yīng)用價值。但發(fā)動機燃油對其潤滑油會產(chǎn)生稀釋作用,燃油燃燒所產(chǎn)生的碳煙微粒也會進(jìn)入潤滑油系統(tǒng)中,從而影響發(fā)動機潤滑油的使用性能,影響發(fā)動機的摩擦學(xué)特性。活塞環(huán)-缸套作為發(fā)動機典型摩擦副,其摩擦學(xué)特性直接關(guān)系到發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性和使用壽命。本學(xué)位論文利用活塞環(huán)-缸套摩擦磨損模擬試驗機評判了生物質(zhì)燃油稀釋潤滑油和生物質(zhì)燃油碳煙污染潤滑油后活塞環(huán)-缸套的摩擦學(xué)特性,借助掃描電子顯微鏡及能譜儀(SEM/EDS)、X射線光電子能譜儀(XPS)等表面分析手段對摩擦后缸套表面的形貌、成分及其元素價態(tài)進(jìn)行分析,探討生物質(zhì)燃油稀釋和生物質(zhì)燃油碳煙污染潤滑油對活塞環(huán)-缸套磨損機理的影響,為此開展下面的工作。(1)采取微乳化方法制備出發(fā)動機生物質(zhì)燃油,研究了生物質(zhì)燃油稀釋潤滑油后對活塞環(huán)-缸套摩擦磨損特性的影響。結(jié)果表明,生物質(zhì)燃油會降低潤滑油的黏度,削弱潤滑油的減摩抗磨性能；摩擦副環(huán)境溫度在25℃時,隨著潤滑油中生物質(zhì)燃油含量增加,活塞環(huán)-缸套的摩擦系數(shù)逐漸增加,當(dāng)生物質(zhì)燃油添加量為6.0wt%,活塞環(huán)和缸套的磨損量最大；摩擦副環(huán)境溫度在90℃時,隨著潤滑油中生物質(zhì)燃油含量增加,活塞環(huán)-缸套的摩擦系數(shù)逐漸增加,當(dāng)生物質(zhì)燃油含量為8.0wt%時,活塞環(huán)和缸套的磨損量最大。當(dāng)摩擦副環(huán)境溫度分別在25℃和90℃時,缸套主要磨損方式均為疲勞磨損；摩擦過程中潤滑油添加劑會在缸套表面形成摩擦反應(yīng)膜,其中ZnO、FeS、含碳有機物和磷酸鹽類物質(zhì)起到主要的減摩抗磨作用。生物質(zhì)燃油會與潤滑油添加劑相互作用,進(jìn)而影響摩擦反應(yīng)膜成膜特性,潤滑油膜和摩擦反應(yīng)膜的共同作用決定了活塞環(huán)-缸套的磨損結(jié)果。(2)通過自制碳煙捕集器獲取生物質(zhì)燃油碳煙微粒,探究了生物質(zhì)燃油碳煙對活塞環(huán)-缸套摩擦磨損特性的影響。結(jié)果表明,摩擦副環(huán)境溫度在25℃下,隨著潤滑油中生物質(zhì)燃油碳煙含量增加,活塞環(huán)-缸套的摩擦系數(shù)和活塞環(huán)-缸套的磨損量均降低；生物質(zhì)燃油碳煙會增加潤滑油的黏度,導(dǎo)致摩擦界面之間潤滑油膜變厚,當(dāng)油膜厚度大于大部分碳煙顆粒尺寸,潤滑油以碳煙為骨架建立起潤滑油膜,并且隨著碳煙增加,油膜變厚；缸套表面存在大量犁溝和裂紋,表明摩擦過程中碳煙會刮擦缸套表面,缸套表面的主要磨損方式為疲勞磨損和磨粒磨損。同時,缸套表面的減摩抗磨元素P、S、Zn、N等元素含量降低,表明碳煙會抑制摩擦反應(yīng)膜的形成。摩擦副環(huán)境溫度在90℃下,隨著潤滑油中碳煙含量的增加,活塞換-缸套的摩擦系數(shù)和活塞環(huán)-缸套的磨損量均增加,溫度升高致使油膜厚度變薄,當(dāng)油膜厚度小于大多數(shù)團聚的碳煙顆粒尺寸時,碳煙在摩擦副之間充當(dāng)磨粒,增加磨損；隨著碳煙含量增加,出現(xiàn)貧油潤滑狀態(tài),加劇磨損。相比25℃下,缸套表面存在的犁溝和裂紋進(jìn)一步加深,90℃下缸套表面的磨損方式為疲勞磨損和磨粒磨損；隨著碳煙含量增加,缸套表面的減摩抗磨元素含量降低,元素種類減少,表明90℃下,碳煙對缸套的刮擦進(jìn)一步加深,碳煙的磨粒磨損機制占據(jù)主導(dǎo)地位。(3)探究了生物質(zhì)燃油及其碳煙微粒共存于潤滑油中時對活塞環(huán)-缸套摩擦學(xué)特性的影響。結(jié)果表明,摩擦副環(huán)境溫度分別在25℃和90℃下,隨著潤滑油中生物質(zhì)燃油及其碳煙含量的增加,活塞環(huán)-缸套的摩擦系數(shù)和磨損量均增加,且摩擦環(huán)境溫度為90℃時,活塞環(huán)-缸套的摩擦系數(shù)和磨損量大于摩擦環(huán)境溫度為25℃時的值。摩擦副環(huán)境溫度25℃和90℃下缸套表面的主要磨損方式為疲勞磨損和磨粒磨損；摩擦過程中生物質(zhì)燃油中的有機物更易吸附潤滑油添加劑附著在缸套表面,從而促使?jié)櫥吞砑觿┬纬赡Σ练磻?yīng)膜；同時,高溫(摩擦環(huán)境溫度為90℃)下更有利于潤滑油添加劑分解形成摩擦反應(yīng)膜。但碳煙充當(dāng)磨粒時刮擦摩擦副表面,一定程度上抑制了摩擦反應(yīng)膜的功效。(4)以生物質(zhì)燃油作為S195柴油發(fā)動機的燃料,運轉(zhuǎn)10h,觀察缸套表面的磨損情況。結(jié)果表明,缸套表面主要磨損形式為疲勞磨損、磨粒磨損和粘著磨損。缸套表面含有Fe、C、Si和P元素,相比臺架試驗機上缸套表面的元素較少,表明實際柴油機燃燒室內(nèi)由于高溫高壓以及碳煙刮擦等原因,并不利于形成摩擦反應(yīng)膜,潤滑油膜對活塞環(huán)與缸套之間的潤滑起主要作用。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK421;TE66

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本文編號：1249767