表面改性活塞环与气缸套在甲醇燃料环境中的配对研究

摘要

在全球航运业加速向绿色低碳转型的背景下，甲醇燃料因其清洁、可再生的特性，正成为船舶动力系统的重要替代能源。然而，甲醇在燃烧过程中会产生甲醛、甲酸等不完全燃烧产物，这些物质混入润滑油后，可能加剧发动机关键摩擦部件——气缸套与活塞环的磨损与腐蚀，影响发动机的可靠性与使用寿命。为此，本研究模拟甲醇发动机的实际润滑环境，在润滑油中加入了典型甲醇燃烧产物（甲醛、甲酸及未燃甲醇），系统比较了3种常见表面改性活塞环——镀陶瓷（CKS）、镀铬（Cr）和氮化（Nitriding）活塞环，与球墨铸铁气缸套的配对性能。通过模拟发动机启动、稳定运行及突发缺油等不同工况的摩擦磨损试验，综合评价了各配对副在减摩、耐磨和抗突发故障方面的表现。试验结果表明：氮化活塞环在含甲醇燃烧产物的润滑条件下表现最为全面，其平均摩擦系数最低，抗突发缺油能力最强，且与气缸套的磨损协调性良好。镀陶瓷活塞环在耐磨性方面也有不错表现，而镀铬活塞环在甲醇环境下则相对逊色。本研究为甲醇燃料发动机中气缸套–活塞环的优选配对提供了实验依据，有助于推动甲醇动力船舶向更可靠、更高效、更长寿的方向发展，助力航运业绿色转型。

基金资助

国家自然科学基金资助项目（52101344）