发动机缸套活塞环动力学设计与发动机性能、耐久性和可靠性密切相关。在一系列发动机上进行实验以检验和分析窜气与机油消耗,难度及成本都很高。现有能直接观察到机油流动的实验方案,受限于拍摄视角的限制,也只能观察到极小部分的机油流动现象,且只能观察到机油形态的变化。因此采用数值分析,对活塞环组间隙的流动进行数值计算,用于研究机油的流动特性的方法越来越被关注。本文旨在通过对活塞环组进行流固耦合数值计算研究其机油流动特性。论文首先搭建了基于二维网格的活塞环组间隙的计算流体力学模型,对活塞环组间隙间的流动进行了分析。该模型考虑到了活塞环动力学及活塞与活塞环的变形;对活塞、活塞环和缸套的关键区域进行了加密网格处理。利用该模型计算分析了某4.5L柴油机在额定工况下活塞环组流动特性。在活塞环组间隙流体动力学模型的基础上,提出了活塞环组流固耦合计算模型,通过活塞环与环槽上侧间隙、活塞环与环槽下侧间隙、活塞环与缸套间隙和活塞环的扭转方向,确定活塞环在环槽的相对位置。该方法将活塞和活塞环变形耦合到CFD模型中,以保证活塞环在往复运动过程中符合实际状态。活塞环组流固耦合计算结果表明,不同活塞环背间隙机油填充率对环颤振期间,环背间隙区域机油更新率的影响,发现机油填充率越高,机油更新率越低,气流对环背间隙的清理能力越弱;当机油填充率超过25%后,环背间隙的机油将很难得到更新。当活塞环发生塌陷时,从活塞环流向曲轴箱方向的气流增加,并带走部分活塞环与缸套间隙之间的机油,破坏活塞环外侧端面上的油楔,从而降低了活塞环与缸套壁面的润滑性能。当活塞环发生扭曲时,活塞环发生轴向运动的空间得到了减少,活塞环的轴向稳定性得到了提高,并使得活塞环与缸套壁面之间形成线接触,提高了活塞环与缸套的磨合,活塞环与缸套的夹角处更容易形成油楔,能提高活塞环与缸套的润滑。基于活塞环组流固耦合模型,针对带进气节流阀的某柴油机小负荷机油消耗过高的实际问题进行了研究。当带进气节流阀的柴油机在小负荷工况运行时,较大的进气节流导致的进气压力降低,缸内会出现负压。结果表明,带进气节流阀的某柴油机在进气冲程期间,缸内机油总量增加了 6.3%。因此缸内负压是造成带进气节流阀的柴油机小负荷工况机油消耗升高的重要原因。