发动机活塞-气缸套间润滑油膜状态测量技术研究
采用二维润滑模型的缸套-活塞环润滑分析
ｍｅ ｓｏ ａ ｒ ｎ ｉｎ ｕｄ ｈ ｄ ｏ ｙ ａ ｃ ｐ ｅ ｓ ｒ ｕ ｒｃ ｔｏ ｄ ｌｗａ ｅ ｐ． ｏ ｓｄ ｒｎ ｈ ａ ｔｒ ｕ ｈ ａ ｕｆ ｃ ｎ ｉｎ ｌｔａ ｓｅ ｔｆ ｉ ｙ ｒｄ ｎ ｍｉ ｒｓ ｕ ｅ ｌｂ ａｉｎ ｍｏ ｅ ｓｓ ｔｕ Ｂｙ ｃ ｎ ｉｅ ｇ ｔ ｅ ｆｃｏｓ ｓ ｃ ｓｓ ｒａ ｅ ｌ ｉ ｉ
２１ ０ ２年 ９月
润滑与密封
ＬＵＢＲＩ ＣＡＴＩ ＯＮ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
Ｓ ｐ． ２ ２ ｅ ０１ Ｖｏ｜ ． ｌ３７ Ｎｏ ９
第３ ７卷 第 ９期
ＤＯ ：１ ． ９ ９ ｊｉ ｎ ０ ５ ０ ５ ． ０ ２ ０ ． １ Ｉ ０ ３ ６ ／．ｓ ． ２ ４— １ ０ ２ １ ． ９ ０ ３ ｓ
采 用 二维 润 滑模 型 的缸 套 一活塞 环 润 滑 分析
吴 后 吉 沈 颖 刚 梁 兴 雨
（ ．昆明理工大学交通学院 １ 云南 昆明 ６０ ２ ；２ 天津大学 内燃机燃烧学 国家重点实验室 ５２ ４ ． 天津 ３ ０ ７ ） ０ ０ ２
摘 要 ：以发 动机 缸套 一 塞 环 摩 擦 副 为 研 究 对 象 ，基 于 二 维 瞬 态 平 均 Ｒ ｙｏ ｓ 程 与 微 凸 体 接 触 模 型 ，建 立 缸 活 ｅｎｌ 方 ｄ 套 一 塞 环二 维 瞬 态流 体 动压 润 滑模 型 。考 虑缸 套 一活塞 表 面粗 糙度 、润 滑油 的 变黏 度 效应 以及 汽缸 套 圆周 方 向形 变 等 活 的影 响 ，计算 得 到 二维 流体 动 压 润滑 下 的最 小 油膜 厚度 、摩 擦力 等 ，并 与 采用 一 维模 型计 算 得 到 的结 果进 行 比较 。结 果 表 明 ，２ 模 型 的最 小 油膜 厚度 、摩擦 力 的计 算 结果 几 乎 是相 等 的 ，但 采用 二 维润 滑模 型能 够 有 效 地 对 活 塞环 表 面 压 力 种 分 布情 况 进行 分 析 ，并 得 到采 用 一维 模 型无 法求 解 的 环 面压 力分 布 特征 。 关键 词 ：活塞 环 ；缸套 ；润 滑模 型 ；摩 擦 力 中 图分 类 号 ：Ｔ １ 文 献标 识 码 ：Ａ 文章 编 号 ：０ ５ ０５ （ ０２ Ｈ１７ ２ ４— １０ ２ １ ）９— ５ ５ ０６—
纳米润滑油改善内燃机活塞组—气缸套润滑摩擦热物理机制研究
纳米润滑油改善内燃机活塞组—气缸套润滑摩擦热物理机制研究活塞组-气缸套的润滑摩擦直接影响内燃机的动力性、经济性和可靠性。
由于活塞组-气缸套的润滑摩擦环境极为复杂,伴随高温、重载、变速等不利于润滑的因素,使其处于流体润滑、薄膜润滑、边界润滑共存的混合润滑状态。
由纳米颗粒与基础油组成的纳米润滑油,具有改善润滑摩擦和强化换热的双重优势,非常适用于活塞组-气缸套的润滑和冷却。
不同润滑状态下,纳米颗粒改善润滑摩擦的热物理机制尚不完全清楚,传统的研究方法无法将这几种润滑状态分开进行研究。
分子动力学(MD)方法可以模拟不同的润滑状态和工作状态,有效地从微观角度揭示润滑摩擦的机理,并能够准确地描述纳米流体的结构特点,因此可以采用MD方法对各润滑状态下,纳米润滑油改善润滑摩擦的热物理机制分别进行深入研究。
本文根据活塞组-气缸套的润滑状态分别建立了流体润滑、薄膜润滑和边界润滑模拟模型,采用MD方法对比分析了基础油和纳米润滑油润滑摩擦特性的不同,给出了各润滑状态下纳米颗粒所发挥的作用,最后对纳米流体强化换热与润滑摩擦的耦合作用机制做了进一步研究。
本文的主要研究内容如下：(1)流体润滑状态下,分别研究了光滑表面和非平表面条件下,纳米颗粒对润滑膜剪切流动特性的影响。
研究发现,纳米颗粒通过影响流体的微观结构使得润滑膜的承载能力有所增大；沉积到凹坑内的纳米颗粒对摩擦表面起到了填充作用,降低了摩擦阻力；除了沉积到凹坑内的纳米颗粒,润滑膜中其他位置的纳米颗粒均增大了摩擦阻力；不管是基础流体还是纳米流体,随着温度的上升,润滑膜的承载能力下降。
(2)薄膜润滑状态下,主要分析了纳米流体与基础流体润滑摩擦特性的不同。
研究发现,随着载荷的增加,基础流体和纳米流体润滑膜均由液态转变为“类固态”,但纳米流体的转变压力高于基础流体；纳米颗粒通过提高润滑膜的转变压力,使得摩擦力能够在较宽的载荷范围内维持在较低的水平；纳米流体在较高的载荷下表现出减摩效果的物理机制为：纳米流体较高的液固转变压力、纳米颗粒的无规则运动以及体积效应。
发动机气缸套变形对润滑油膜影响的数值分析
＋６ｕ
＋１２
（１）
收稿 日期 ：２０１０年 １０月
式 中 ： 、 为 压 力 流 量 因 子 ， 为 剪 切 流 量 因 子 ，三 者 共 同 体 现 表 面 粗 糙 效 应 ； 为 两 表 面 综 合 粗 糙 度 ；ｈ 为 膜 厚 的 期 望 值 ；肛 为 润 滑 油 黏 度 ；ｔ为 时 间 ；ｈ 为 瞬 时 油 膜 厚 度 值 ；ｐ 为 流 体 压 力 ；Ｐ 为 流 体 密 度 ； 为 流 动 速 度 。 １．２ 边 界 条 件
ｍ ；气 缸 套 表 面 粗 糙 度 为 １．５ ｍ 。 １．１ 气 缸 套 活 塞 环 润 滑 的 基 本 方 程
由 于 活 塞 环 和 气 缸 套 之 间 的 相 对 运 动 ．润 滑 介 质 在 它 们 间 隙 中 的 流 动 服 从 Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方 程 ：
去ｃ 告 ＋軎ｃ ＝６ｕｔｒ
润 滑 油 的 黏 度 强 烈 依 赖 于 温 度 和 压 力 。由 于 活 塞 环 处 于 高 温 高 压 工 作 环 境 ．考 虑 黏 度 的 温 度 、压 力 效 应 是 必 要 的
１ 计 算模 型
缸 径 为 ０．１５ ｍ ： 曲 柄 半 径 为 ０．０８ ｍ ； 连 杆 长 为 ０．３ｍ ；转 速 为 ２ ２００ ｄｍｉｎ；最 高 燃 烧 压 力 为 １２．５ ＭＰａ； 自 由 开 口 间 隙 为 ０．０１９ ｍ ：环 径 向 宽 度 为 ０．００５ ｍ ；环 轴 向 高 度 为 ０．００２ ４ ｍ ；活 塞 环 弹 性 模 量 为 １２０ ＧＰａ；气 缸 套 弹 性 模 量 为 １２０ ＧＰａ：润 滑 油 黏 度 为 ０．０５ Ｐａ·ｓ：润 滑 油 密 度 为 ８４０ ｋｇ／ｍ３；气 缸 套 最 大 径 向 变 形 为 ｌ ＬＬｍ ；气 缸 套 最 大 轴 向 变 形 为 ５０ ｍ ；活 塞 环 表 面 粗 糙 度 为 １．５
《发动机气缸壁与活塞油膜间隙的检测》
2、拆气环
2、正确使用工具，将气环从活塞内分离；
1、正确使用工具，将气环从活
塞内分离﹙5分﹚
3、清洁
3、清洁气缸壁和活塞；
3、清洁气缸壁和活塞﹙5分﹚
4、检测
4、检测活塞环的端隙、侧隙；
4、检测活塞环的端隙、侧隙﹙20分﹚
5、检测
5、检测活塞与缸壁间的油膜间隙；检测时手不得接触量具金属部位。
学情分析
从学生实际出发，降低难度；强调学生是学习的主体，注重知识与技能、过程与方法；通过分组活动，增加学生的自主探究。
教学目标
1、知识目标：掌握测量方法，熟悉千分尺、游标卡尺、量缸表的使用。
2、能力目标：培养学生的规范操作和动手能力。
3、情感目标：培养学生的团队协作精神。
教学重点
测量方法
解决办法
实际操作
1、5、检测活塞与缸壁间的油膜间隙，检测时手不得接触量具金属部位。﹙30分 测量缸壁直径15分、测量活塞直径15分 、手接触量具金属部位一次扣5分﹚
2、
6、清洁场地
6、清理工具；
6、清理工具﹙5分﹚
7、测量
7、测量结果
7、活塞油膜间隙测量结果﹙15分﹚
8、测量
8、测量结果
8、活塞环与活塞端间隙、侧间隙的测量结果﹙15分﹚
四、气缸直径
气缸有磨损，且磨损是不均匀的。气缸磨损的测量：气缸上、中、下三个测量断面的纵向和横向上的气缸直径。
【操作示范】
1、按照要求做好准备工作；
2、正确使用工具，将气环从活塞内分离；
3、清洁气缸壁和活塞；
4、检测活塞环的端隙、侧隙；
5、检测活塞与缸壁间的油膜间隙；检测时手不得接触量具金属部位。
水平缸套发动机油膜分布状态在线测量技术研究
Abstract ；A transparent cylind er lin e r-p isto n rin g engine in co rp o ra tin g fluorescence induced technology
was developed to realize the in -situ measurement of the d is trib u tio n of lu b rica tin g o il film between cylinder
摘 要 ：针 对 对 置 活 塞 对 置 气 缸 二 冲 程 发 动 机 存 在 机 油 周 向 分 布 不 均 导 致 缸 套 局 部 拉 伤 、机 油 耗 升 高 的 问 题 ，设 计 了 透 明 缸 套 发 动 机 ，结 合 荧 光 诱 导 技 术 ，实 现 了 对 水 平 双 对 置 发 动 机 缸 套 活 塞 环 油 膜 分 布 状 态 的 在 线 模 拟 测 量 。研 究 了 转 速 为 200 r /m in 、润 滑 油 温 度 为 85〜150 C 时缸 套 活 塞 环 润 滑 油 膜 分 布 状 态 ，发 现 当 活 塞 位 于 上 止 点 位 置 时 ，随 润 滑 油 温 度 升 高 ，活 塞 环 处 油 膜 厚 度 变 化 不 明 显 ，而 活 塞 环 靠 近 燃 烧 室 一 侧 润 滑 油 膜 的 荧 光 强 度 曲 线 的 峰 值 和 宽 度 都 显 著 增 大 ， 说 明 随 温 度 升 高 润 滑 油 向 燃 烧 室 的 输 运 效 应 增 强 ，这 与 润 滑 油 黏 度 随 温 度 升 高 而 下 降 有 关 。 关 键 词 ：活 塞 环 ；水 平 缸 套 ; 油 膜 分 布 ；在线测量
ห้องสมุดไป่ตู้
活塞-活塞环-气缸系统的摩擦测量研究
45u―水3■名 i〇-m〇卜，—卜舌:n 厂.....................f 曲:1 0003 0005 000 |发动机转速/(fmkr 1) |菌1筆擦平均有效压力g 比在发动机 转速范:围敗典麵布[s _从g 1可以明显看出.活塞组的摩擦损失占相 当'大的比例，超过30%,在其他运行点鼂高达 5〇5#4]。
而且.活塞组是机油的主要消耗源，它在碳 氢化合物(HC )的排放中占有不容忽视的份额。
这 表明，对活塞-栝塞环-气缸系统的优化可对效率的提 裔，以及燃油耗、排放物的降低起到重要的作用，但 是，需要确保活塞-活塞环-气缸系统的摩擦力减少囊 不会对机油耗和窜油量的功能值产生负面影响。
由 于箔蕩环的H 切询力有变低的趋势，可能引起故障、 磨损增加甚至发动机损坏。
这些情况都显示出进一 步研究輕开发(尤其在摩擦系统领域内）的重要性[5 7]。
为了使优化系统在开发过程中更省时、省成本， 复杂的仿真模遨越来越多地被应用于代替在发动机 试验合架上进行的研究[8~]。
这些工具的仿真质S〇 刖s降低燃油耗和相关排放物是现代内燃机开发所 面临的主要课题之一。
对于所有的发动机而言.都 可通过降低发动机摩擦来减少机械损耗，从而提裔 机械效率.降低燃油耗。
图1所示为典型发动机在 拖动工况下.摩擦平均有效压力占比整个发动机转 速范围的典型分布。
和预测准确度不仅依赖f 所使用数学及物理模型的 细化程度.也取决于对系统边界条件的准确认知，后 者可通过在试验台架i 采用现代测:量技术来确定。
只有通过仿真和试:验相结合，才能对复杂系统进行 切实的描述*0而才能在这一领域实现以目标为导 向的问题解决。
FE V 公司开发出了 1种能在轿车发动机的整个运行图谱区间4夬速测量活塞环区域的动力学特性 的测1技术s 它可测量第一道和第二道压缩环的轴向运动特性.，以及第二遒栝塞环相对于栝塞的径向 运动特性。
第二道活塞环上的径向运动测量允许同 时对第一道活塞环盧到第二阶变形的变戒工况进行 分析并通过一种新时评价方法对活塞环开P 间隙 的定位进行分析.并麗•还可研究从气缸.压力到活塞 环之后和活塞环之间的压力，再到气缸曲轴箱压力 的整个,压力传递路径。
活塞环_气缸套润滑摩擦研究
55τtL
=
αL
(
52 tL 5 y2
+
1 y
·5 tL 5y
+
52 tL 5 x2
)
(10)
式中 α: p 、αL 分别为活塞 、气缸套的热扩散率 。
采用耦合研究方法确定微分方程 (9) 和式
(10) 的边界条件[6 ] : 燃烧室内由 GT2Power 软件
给出燃气的温度和换热系数 ;冷却水由 Star2CD 软
式中 :活塞环外表面轮廓函数 hs ( x ) 是由直线和
x 的二次方程曲线确定的 。
U 是活塞的运动速度 ,由式 (6) 确定为
U = Λsin θ 1 -
cos θ λ2 - sin2θ
bω
(6)
式中 :Λ = R/ b , R 为曲柄半径 , b 为活塞环的厚
度 ,λ = L / R ,θ = ωr ,ω = ( n/ 60) ·2π, L 为连
Ξ 收稿日期 :2004203201 ;修订日期 :2004205225 。 基金项目 :国家自然科学基金资助项目 (50276007) ;辽宁省自然科学基金资助项目 (2001101058) 。 作者简介 :白敏丽 (1962 - ) ,女 ,教授 ,主要研究方向为传热与内燃机 CAE。
2005 年 1 月 白敏丽等 :活塞环 —气缸套润滑摩擦研究
(3)
其中 , tm 是油膜平均温度 ;ρ为润滑油密度 。
考虑到表面粗糙度的实际油膜厚度 h T 为[4 ]
h T =
h 2
1 + erf
h
2σ
式中 :erf ( x ) 是误差函数 。
+
σ 2πe
2
基于激光传感的缸套-活塞环油膜厚度检测
基于激光传感的缸套-活塞环油膜厚度检测郭智威;袁成清;刘鹏;严新平【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2012(000)008【摘要】介绍了一种可用于高速、实时地测量运动物体位移的CCD激光位移传感器测量系统。
该传感测量系统由位移激光探头、控制器、直流电源以及装有驱动软件的计算机组成。
在缸套-活塞环试验台上模拟缸套-活塞环间的润滑油膜情况，并利用该实验装置实现基于激光位移传感的缸套-活塞环油膜厚度的测量。
期待为缸套-活塞环配副润滑特性提供一种定量评价的方法。
【总页数】5页(P11-14,51)【作者】郭智威;袁成清;刘鹏;严新平【作者单位】武汉理工大学能源与动力工程学院湖北武汉430063; 武汉理工大学船舶动力工程技术交通行业重点实验室湖北武汉430063;武汉理工大学能源与动力工程学院湖北武汉430063; 武汉理工大学船舶动力工程技术交通行业重点实验室湖北武汉430063;武汉理工大学能源与动力工程学院湖北武汉430063; 武汉理工大学船舶动力工程技术交通行业重点实验室湖北武汉430063;武汉理工大学能源与动力工程学院湖北武汉430063; 武汉理工大学船舶动力工程技术交通行业重点实验室湖北武汉430063【正文语种】中文【中图分类】TH117【相关文献】1.发动机活塞环-缸套间油膜特性的研究 [J], 刘焜2.弹流润滑下缸套-活塞环最小油膜厚度研究 [J], 阚文浩3.应用RIM-FOS测量柴油机缸套-活塞环油膜厚度的可行性分析 [J], 施慧杰;吴青;袁成清4.基于格子波兹曼方法研究颗粒对缸套-活塞环油膜压力的影响 [J], 韩海燕;张优云;王凯5.非圆缸套下的活塞环-缸套油膜分布 [J], 王虎;孙军;赵小勇;桂长林因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
柴油机活塞环润滑油膜厚度超声波测量方法研究
柴油机活塞环润滑油膜厚度超声波测量方法研究
孟亮虎;赵文圣;王会良;李世伟;乔天旭;何晨晞;杨晓涛
【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》
【年(卷),期】2024(45)2
【摘要】活塞组件-缸套摩擦副位置处良好润滑状态能够保障柴油机的稳定运行,润滑油膜厚度能够对其润滑状态进行判断。
因此本文以润滑油膜厚度为测量目标,基于等效弹簧模型超声波测量原理对活塞环位置处润滑油膜厚度开展实验研究。
搭建了润滑油膜厚度超声测量实验平台,通过实验证实了超声方法的测量能力。
构建了柴油机活塞环润滑油膜厚度测量方案,设计并搭建了活塞环润滑油膜厚度动态测量系统,对不同转速下的润滑油膜厚度进行了实验测量。
通过对实验数据进行处理,在活塞环处测得了2.2~3.9μm的润滑油膜厚度,并且随转速增加,油膜厚度呈现增大趋势,证实了该方法的可行性。
【总页数】7页(P291-297)
【作者】孟亮虎;赵文圣;王会良;李世伟;乔天旭;何晨晞;杨晓涛
【作者单位】哈尔滨工程大学动力与能源工程学院;河南柴油机重工有限责任公司【正文语种】中文
【中图分类】TK431
【相关文献】
1.弹流润滑下缸套-活塞环最小油膜厚度研究
2.柴油机活塞环油膜厚度的计算研究
3.活塞环润滑油膜厚度影响因素的模拟试验研究
4.活塞环组润滑油膜厚度的实验研究
5.基于超声波反射系数相移的油膜厚度测量方法研究
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缸套—活塞环间靡擦力的测试试验研究
缸套—活塞环间靡擦力的测试试验研究
陈国定;谢友柏
【期刊名称】《机械科学与技术》
【年(卷),期】1990(000)003
【总页数】4页(P72-74,43)
【作者】陈国定;谢友柏
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】U464.13
【相关文献】
1.纳米SiO2润滑油改善内燃机气缸套-活塞环润滑摩擦性能的基础试验研究 [J], 郑伟;白敏丽;胡成志;吕继组
2.内燃机缸套和活塞环磨合过程数学建模试验研究 [J], 刘颖;
3.内燃机缸套和活塞环磨合过程数学建模试验研究 [J], 刘颖
4.内燃机缸套-活塞间动态摩擦力与侧向力相干性的试验研究 [J], 胡田天; 王铁; 尤剑君; 鹿星晨; 刘星辰; 李国兴
5.内燃机活塞环-缸套摩擦学特性试验研究 [J], 葛畅;王福鑫;马旋;焦博文
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弹流润滑下缸套-活塞环最小油膜厚度研究
弹流润滑下缸套-活塞环最小油膜厚度研究阚文浩【摘要】为获得更接近实际情况的缸套-活塞环间的最小油膜厚度,在考虑表面粗糙度的前提下,联立平均Reynolds方程、膜厚方程、弹性变形方程和载荷平衡方程,建立缸套-活塞环的弹流润滑模型.给出了数值求解模型的步骤,并通过计算实例对弹流润滑模型和混合润滑模型计算的最小油膜厚度进行比较.结果表明,在上止点附近,最小油膜厚度较小(＜1 μm),必须考虑表面粗糙度对油膜厚度的影响；而且在上止点附近,考虑弹流润滑时的最小油膜厚度是混合润滑时的2倍左右,分析其原因主要是上止点附近较高的油膜压力(接近40 MPa)使摩擦副产生弹性变形并增大了润滑油的黏度,这两者都会使油膜厚度增大.从而也说明在计算最小油膜厚度时考虑弹流润滑的必要性.【期刊名称】《煤矿机电》【年(卷),期】2013(000)001【总页数】4页(P14-17)【关键词】缸套;活塞环;弹流润滑;最小油膜厚度【作者】阚文浩【作者单位】天地科技股份有限公司上海分公司,上海200030【正文语种】中文【中图分类】TH1170 引言缸套-活塞环是内燃机的重要摩擦副之一，其润滑状态直接影响到内燃机的动力性、经济性和可靠性。
缸套-活塞环润滑状态分析和最小油膜厚度计算是长期研究的课题。
利用简化的一维Reynolds方程［1-2］，在考虑了挤压效应的条件下，对缸套-活塞环整个冲程中的流体润滑进行计算，证明在活塞和缸套表面间可以产生足够的油膜厚度，从而可以形成流体动压润滑。
由于假定缸套-活塞环表面绝对光滑且供油充分，存在较大计算误差。
考虑表面粗糙度和贫油因素，结合平均流量模型和微凸体接触模型，建立的缸套-活塞环的混合润滑模型［3-6］，更贴近实际情况，得到了广泛应用。
但理论和试验结果表明［7］，上止点附近油膜压力较高，对润滑油黏度及摩擦副的弹性变形继而对油膜厚度影响较大。
因此，计算最小油膜厚度需要采用弹流润滑理论对缸套-活塞环的润滑状态作进一步分析。
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文 献 标 志 码 ｉＡ
文 章 编 号 ：１６７１—２６６８（２０１４）０３— ００１３— ０３
降低发 动 机效 率 的 因 素 中 ，摩 擦 损 失 是 最 主要 因素之 一 ，主要 发 生在 活 塞 和 气 缸套 之 间 。润 滑油 膜 运 动是研 究 活 塞 一气 缸 套 间摩 擦 机 制 的关 键 现 象 ，当油膜运 动 被完全 了解 时 ，就 能得 出活 塞形 状设 计 的优 化规 律 。影 响润滑 油膜运 动 的 因素为 活塞形 状 和 活塞环 条件 ，而 油 膜 厚度 和速 度 是 研究 活塞 油 膜 行程 和运 动 的很重要 因素 。
公 路 与 汽 运
总 第 １６２期
Ｈｉｇｈｗａｙｓ ＆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ
１３
发 动 机 活 塞 一气 缸套 间润 滑油 膜 状 态 测 量 技 术 研 究
史敏 ，邵 毅 明
（重 庆 交 通 大 学 交 通 运 输 学 院 ，重 庆 ４０００７４）
摘 要 ：为 了更 加 深 入 地 研 究 发 动 机 活 塞 一 气缸 套 间 润 滑 状 态 ，对 现 有 活 塞 一 气 缸 套 间 润 滑 油
２ 粒 子 图 像 测 速 法
粒 子 图像 测速 法 （ＰＩＶ）具 有无 接 触 式 、瞬态 、多 点 等 特 点 ，能在 同一 瞬态 记 录大 量 空 间点 上 的速 度
２０１４年 第 ３期
史敏 ，等 ：发 动机 活塞 一 气缸 套 间润 滑油膜 状 态测 量技 术研 究
１５
联 合式 （１）和式 （２）得 到油 膜厚 度和 反射 系数 之
流 体 动力 润 滑 理论 的研究 已 日渐 成熟 ，但 理 论 计 算 中的一些 必 要 的简 化 必然导 致计 算误 差 。 目前 研究 这 一 问题 的方 法 为通过 实验 对润 滑油 膜进行 实 际测 量 ，并 与 理论 计 算 结 果 进 行 比对 。 该文 拟 介 绍 发 动机 活塞 一气缸 套 间润滑 油膜 测量 最新 技术 的研 究进 展及 实际 应用 。
ＬＩＦ方 法 的主要 测 量 设 备 包 括 Ｎｄ：ＹＡＧ 镭 射 （Ｎｅｗ Ｗａｖｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ公 司 ，ＳＯＬＯⅢ 一 １５，最 大 功 率 ５０ ｍＪ，波 长 ５３２ ｎｍ）、ＣＣＤ 照 相 机 （柯 达 ＥＳ一 １．０ １００８ｐｉｘ．Ｘ．１０１８ｐｉｘ）和 电脑 。激光 束 和 ＣＣＤ照 相 机 同方 向设 置 。 由 ＰＩＶ 处 理 器 控 制 激 光 照 明 和 ＣＣＤ相机 的快 门 ，同时通 过 编码 器 得 到 曲轴 转 角 信 息 。发 动机 使 用 蓝 宝 石 材 质 气 缸 ，便 于 观 察 内部 。 活 塞裙 部和 活塞 环是 测 量 的主 要 区域 ，活 塞 水平 运 动 （如 图 １所 示 ）。
膜 测 量 技 术 进 行 综 述 ，介 绍 了激 光 诱 导 荧 光 测 量 法 、粒 子 图像 测 速 法 和 超 声 波 膜 厚 测 量 法 的 原 理 、
特 点 及 测 量 条 件 。
关 键 词 ：汽 车 ；活 塞 一 气缸 套 ；润 滑 油 ；油膜 厚 度 ；油 膜 速 度
中 图 分 类 号 ：Ｕ４６４．１３
这 种方 法 的优 点是 测 量 精 度 高 ，且 与组 成 摩擦
斯
图 １ ＬＩＦ方 法 的 测 量 设 备
ＬＩＦ方 法 所 得 图 像 的 尺 寸 为 １３６ ｍｍ × １３５ ｍｍ，像 素 为 ６４×６４ ｐｉｘｅｌｓ。 图 ２为 光 纤 接 人 发 动 机 的 ＬＩＦ图像 实 例 。
１．１ 激 光 诱 导 荧 光 测 量 法 的 原 理 一 些 染 料 溶 于液 体具 有 发 射荧 光 的特 性 ，利 用
这一 特性 ，运用 各种 各 样 的染 料 和光 源 的组 合 进 行 测 试 ，获得最 优 组 合 来测 量 油 膜 厚 度 。激 光诱 导 荧 光法 （ＬＩＦ）选 择 的 是 Ｒｈｏｄａｍｉｎｅ Ｂ和 Ｎｄ：ＹＡＧ 镭 射 的组 合 。诱 导 出 的荧 光 可 由 ＣＣＤ照 相 机 进行 捕 捉 ，荧 光强 度 由下式 确定 ：
探 头 是 一 个 直 径 为 ７ ｍｍ、厚 度 为 ０．２ ｍｍ 的 薄 压 电材料 元件 ，其 环绕 式 电极焊 有 ２条 电线 ，电线 被 送 出 缸 套 ，连 接 到 超 声 波 脉 冲 发 射 ／接 收 器 （ＵＰＲ）。图 ７为超 声 关 系 为 ： 垫一
ｈ＝＝
／
（３）
３．２ 超 声 波法 的测 量设备 在 测 量 过程 中 ，将 平 面 压 电超 声 探头 安 装 到 湿
组 气缸 套外 侧 表面 ，安 装 位 置 与 当 活塞 位 于 上 止 点 时 活塞 裙部 位置 平齐 （如 图 ６所 示 ）。
图 ６ 平 面 压 电 超 声 波 探 头 安 装 实 例
— Ｉ。Ｋ （ａ）Ｆ （Ｔ ，ａ）Ｃｈ
式 中 ：Ｊ。为镭射 初 始强 度 ；Ｋ（ａ）为 取 决 于光 源 波 长 的常数 ；Ｆ（Ｔ，ａ）为 取决 于 温 度及 光 源 的 常数 ；Ｃ 为 染 料浓 度 ；ｈ为油膜 厚度 。
因为 Ｉ。、Ｋ（ａ）、Ｃ 在 实 验 中都 可 被 作 为 常数 来 对 待 ，又因被 选 的染料 在研究 中对温度 不 敏感 ，荧 光 强 度 只和油 膜 厚 度 有关 。 因此 ，可 以通 过 测 量 ＬＩＦ 照 片灰度 的强度得 到 油膜厚 度值 。
ｌ 激 光 诱 导 荧 光 测 量 法
副的两个 物体无关 ，因而可连续测 量发 动机在 整个循 环 中气缸壁 面任 一 处 的润 滑油 膜厚 度 。但采 用该 方 法测量 时要 求气缸必须 用透 明材 料制成 ，故该 方法一 般用于实验 室 中，在工业领 域还没有 得到广泛应 用 。 １．２ 激 光诱 导荧 光测 量法 的测 ■设备