CN113776713A - 一种发动机运行过程中活塞裙部摩擦力实时测试方法 - Google Patents

一种发动机运行过程中活塞裙部摩擦力实时测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种发动机运行过程中活塞裙部摩擦力实时测试方法，涉及发动机活塞技术领域。该发动机运行过程中活塞裙部摩擦力实时测试方法，应用活塞裙部摩擦力实时测试装置，活塞裙部摩擦力实时测试装置包括缸套、缸盖、曲轴箱、活塞、曲柄连杆机构、燃烧控制单元、喷油冷却器、润滑油加热器、润滑油冷却器、温度传感器、润滑油控制单元、压电测试仪、信号处理发射器、无线信号接收器和采集分析单元；所述方法包括如下步骤：步骤1、关系标定；步骤2、工况模拟；步骤3、摩擦力测量。本发明的发动机运行过程中活塞裙部摩擦力实时测试方法，可以在发动机运行过程中，准确、高效地测量活塞裙部与缸套之间实时的滑动摩擦力。

Description

一种发动机运行过程中活塞裙部摩擦力实时测试方法
技术领域
本发明涉及发动机活塞技术领域，具体地说是涉及一种发动机运行过程中活塞裙部摩擦力实时测试方法。
背景技术
活塞是发动机的核心部件，对发动机的可靠性与耐久性具有重要影响。在发动机运行过程中造成摩擦损失的因素众多，其中，活塞组-气缸系统是最重要、工况最严苛的摩擦副之一，是发动机中摩擦损失最大的摩擦副，约占整机机械摩擦损失的50％，而其中40％左右是活塞裙部-气缸系统的摩擦损失。因此测试发动机运行过程中活塞裙部与缸壁间摩擦力的大小对研究活塞摩擦损失具有极其重要的意义。目前，对摩擦力的测试采用的是力传感器测量，无法在发动机运行过程中，准确的测量出活塞裙部与缸套实时的摩擦力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发动机运行过程中活塞裙部摩擦力实时测试方法，以在发动机运行过程中，准确测量活塞裙部与缸套之间实时的滑动摩擦力。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术解决方案如下：
一种发动机运行过程中活塞裙部摩擦力实时测试方法，应用活塞裙部摩擦力实时测试装置，活塞裙部摩擦力实时测试装置包括缸套、缸盖、曲轴箱、活塞、曲柄连杆机构、燃烧控制单元、喷油冷却器、润滑油加热器、润滑油冷却器、温度传感器、润滑油控制单元、压电测试仪、信号处理发射器、无线信号接收器和采集分析单元；
缸套的上端装配缸盖；
缸套的下端装配曲轴箱，曲轴箱内设置曲轴；
活塞滑动连接于缸套内，活塞可沿缸套作直线往复运动；
活塞经曲柄连杆机构连接曲轴；
缸盖上设置有供油端和点火控制端，燃烧控制单元经供油管路连接供油端，燃烧控制单元经信号线缆连接点火控制端；
曲轴箱上设置润滑油加热器、润滑油冷却器、温度传感器和喷油冷却器，润滑油控制单元经信号线缆分别连接润滑油加热器、润滑油冷却器、温度传感器和喷油冷却器；曲轴箱内盛装润滑油，润滑油加热器的加热端、润滑油冷却器的冷却端和温度传感器的感测端均浸入润滑油中，喷油冷却器用于向活塞喷洒润滑油；
活塞裙部的外表面均涂覆有压电陶瓷涂层，压电陶瓷涂层上涂覆有耐磨涂层；
压电陶瓷涂层经信号线缆连接压电测试仪，所述压电测试仪经信号线缆连接信号处理发射器；
采集分析单元经信号线缆连接无线信号接收器，无线信号接收器无线连接信号处理发射器；
所述方法包括如下步骤：
步骤1、关系标定
在活塞裙部的外表面施加若干次压力FN，在每次施加压力FN时由压电测试仪采集压电陶瓷涂层的电荷量Q数值，信号处理发射器将电荷量Q数值通过无线信号接收器发送至采集分析单元，由采集分析单元计算得到压力FN与电荷量Q的关系曲线；
由采集分析单元根据公式f＝μFN，式中，f为活塞裙部与缸套之间的滑动摩擦力，μ为活塞裙部与缸套之间的滑动摩擦系数；换算得到摩擦力f与电荷量Q的关系曲线；
步骤2、工况模拟
由燃烧控制单元通过供油端向缸盖、缸套及活塞限定的空间注入燃油，并通过点火控制端对燃油作点火操作，活塞沿缸套作直线往复运动，活塞裙部表面的耐磨涂层与缸套之间产生摩擦，压电陶瓷涂层被挤压受到压力，由压电测试仪实时采集压电陶瓷涂层的电荷量Qa数值，信号处理发射器将电荷量Qa数值通过无线信号接收器发送至采集分析单元；
由润滑油控制单元通过喷油冷却器向活塞喷洒润滑油，由润滑油控制单元通过润滑油加热器、润滑油冷却器和温度传感器调控曲轴箱内的润滑油处于设定工况温度；
步骤3、摩擦力测量
采集分析单元根据摩擦力f与电荷量Q的关系曲线，根据实时采集的电荷量Qa数值，得到实时采集的电荷量Qa数值对应的摩擦力fa，fa为活塞裙部与缸套之间实时的滑动摩擦力。
优选的，所述耐磨涂层设置为石墨涂层。
优选的，活塞裙部开设线缆孔，压电陶瓷涂层与压电测试仪之间的信号线缆穿过线缆孔引入活塞的内腔。
优选的，所述压电测试仪设置为ZJ-3AN型准静态d33测量仪。
优选的，所述喷油冷却器包括润滑油泵和喷油嘴，润滑油泵的进油端经进油管路连接曲轴箱内的润滑油，润滑油泵的出油端经出油管路连接喷油嘴，所述喷油嘴朝向所述活塞，润滑油控制单元经信号线缆连接润滑油泵。
优选的，燃烧控制单元、润滑油控制单元和采集分析单元分别经信号线缆连接计算机。
本发明的有益技术效果是：
本发明的一种发动机运行过程中活塞裙部摩擦力实时测试方法，可以在发动机运行过程中，准确、高效地测量活塞裙部与缸套之间实时的滑动摩擦力，为优化活塞裙部设计提供设计准则；可以将发动机设定运行在不同的工况下，以在发动机处于不同的工况下测量活塞裙部与缸套之间实时的滑动摩擦力。
附图说明
图1为本发明实施例发动机运行过程中活塞裙部摩擦力实时测试方法的流程图；
图2为本发明实施例活塞裙部摩擦力实时测试装置的结构示意图；
图3为本发明实施例活塞裙部摩擦力实时测试装置中压电陶瓷涂层、耐磨涂层、压电测试仪及信号处理发射器的连接示意图；
图4为本发明实施例压电陶瓷涂层、耐磨涂层的布置图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。本发明某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本发明的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本发明满足适用的法律要求。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例中，提供一种发动机运行过程中活塞裙部摩擦力实时测试方法，请参考图1至图4所示。
一种发动机运行过程中活塞裙部摩擦力实时测试方法，应用活塞裙部摩擦力实时测试装置，活塞裙部摩擦力实时测试装置包括缸套11、缸盖12、曲轴箱2、活塞3、曲柄连杆机构4、燃烧控制单元51、喷油冷却器6、润滑油加热器71、润滑油冷却器72、温度传感器73、润滑油控制单元52、压电测试仪81、信号处理发射器82、无线信号接收器83和采集分析单元53等。
缸套11的上端装配缸盖12。缸套11的下端装配曲轴箱2，曲轴箱2内设置曲轴21，曲轴21的输出端连接负载。
活塞3滑动连接于缸套11内，活塞3可沿缸套11作直线往复运动。活塞3由上至下设置多个环槽，各环槽依次装配第一道气环、第二道气环和油环。
活塞3通过活塞销连接曲柄连杆机构4的一端，曲柄连杆机构4的另一端连接曲轴21。
缸盖12上设置有供油端和点火控制端，燃烧控制单元51经供油管路连接供油端，燃烧控制单元51经信号线缆连接点火控制端。燃烧控制单元51通过供油端向缸盖12、缸套11及活塞3限定的空间(燃烧室)内注入燃油，燃烧控制单元51通过点火控制端对燃油作点火操作。
曲轴箱2上设置润滑油加热器71、润滑油冷却器72、温度传感器73和喷油冷却器6，润滑油控制单元52经信号线缆分别连接润滑油加热器71、润滑油冷却器72、温度传感器73和喷油冷却器6。曲轴箱2内盛装润滑油，润滑油加热器71的加热端、润滑油冷却器72的冷却端和温度传感器73的感测端均浸入润滑油中。润滑油加热器71用于加热曲轴箱2内的润滑油，润滑油冷却器72用于对曲轴箱2内的润滑油降温，温度传感器73用于实时监测曲轴箱2内润滑油的温度。由润滑油控制单元52通过润滑油加热器71、润滑油冷却器72、温度传感器73，调控曲轴箱2内的润滑油处于设定工况温度。
由润滑油控制单元52触发喷油冷却器6向活塞3喷洒润滑油，实现对活塞3降温。具体的，上述喷油冷却器6包括润滑油泵和喷油嘴，润滑油泵的进油端经进油管路连接曲轴箱2内的润滑油，润滑油泵的出油端经出油管路连接喷油嘴，喷油嘴朝向活塞3。润滑油控制单元52经信号线缆连接润滑油泵。
活塞3裙部的外表面均涂覆有压电陶瓷涂层91，压电陶瓷涂层91上涂覆有耐磨涂层92。其中，耐磨涂层92设置为石墨涂层，可以在活塞3裙部与缸套11之间摩擦时避免压电陶瓷涂层91被磨损。活塞3裙部与缸套11之间发生滑动摩擦时挤压压电陶瓷涂层91，压电陶瓷涂层91被挤压受到压力，则压电陶瓷涂层91产生的电荷量与受到的压力成比例关系。
压电陶瓷涂层91经信号线缆连接压电测试仪81，压电测试仪81经信号线缆连接信号处理发射器82。其中，压电测试仪81设置为ZJ-3AN型准静态d33测量仪，压电测试仪81和信号处理发射器82均设置于曲轴箱2内。活塞3裙部开设线缆孔，压电陶瓷涂层91与压电测试仪81之间的信号线缆穿过线缆孔引入活塞3的内腔，如此，不影响活塞3的正常运行，使活塞3的运行符合实际工况。
采集分析单元53经信号线缆连接无线信号接收器83，无线信号接收器83无线连接信号处理发射器82。
压电测试仪81采集压电陶瓷涂层91的电荷量并发送至信号处理发射器82，由信号处理发射器82处理、转换数据后通过无线信号接收器83发送至采集分析单元53，由采集分析单元53分析处理数据。
采集分析单元53设置为计算机，燃烧控制单元51、润滑油控制单元52也经信号线缆连接计算机，由计算机实现对燃烧控制单元51、润滑油控制单元52的控制。
所述方法包括如下步骤：
步骤1、关系标定
在活塞3裙部的外表面施加若干次压力FN，在每次施加压力FN时由压电测试仪81采集压电陶瓷涂层91的电荷量Q数值，信号处理发射器82将电荷量Q数值通过无线信号接收器83发送至采集分析单元53，由采集分析单元53计算得到压力FN与电荷量Q的关系曲线；
由采集分析单元53根据公式f＝μFN，式中，f为活塞3裙部与缸套11之间的滑动摩擦力，μ为活塞3裙部与缸套11之间的滑动摩擦系数；由采集分析单元53换算得到摩擦力f与电荷量Q的关系曲线；
步骤2、工况模拟
由燃烧控制单元51通过供油端向缸盖12、缸套11及活塞3限定的空间注入燃油，并通过点火控制端对燃油作点火操作，活塞3沿缸套11作直线往复运动，活塞3裙部表面的耐磨涂层与缸套11之间产生摩擦，压电陶瓷涂层91被挤压受到压力，由压电测试仪81实时采集压电陶瓷涂层91的电荷量Qa数值，信号处理发射器82将电荷量Qa数值通过无线信号接收器83发送至采集分析单元53；
由润滑油控制单元52通过喷油冷却器6向活塞3喷洒润滑油，由润滑油控制单元52通过润滑油加热器71、润滑油冷却器72和温度传感器73调控曲轴箱2内的润滑油处于设定工况温度；
步骤3、摩擦力测量
采集分析单元53根据摩擦力f与电荷量Q的关系曲线，根据实时采集的电荷量Qa数值，得到实时采集的电荷量Qa数值对应的摩擦力fa，fa为活塞3裙部与缸套11之间实时的滑动摩擦力。
至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明发动机运行过程中活塞裙部摩擦力实时测试方法有了清楚的认识。本发明的一种发动机运行过程中活塞裙部摩擦力实时测试方法，可以在发动机运行过程中，准确、高效地测量活塞3裙部与缸套11之间实时的滑动摩擦力，为优化活塞3裙部设计提供设计准则；可以将发动机设定运行在不同的工况下，以在发动机处于不同的工况下测量活塞3裙部与缸套11之间实时的滑动摩擦力。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种发动机运行过程中活塞裙部摩擦力实时测试方法，其特征在于：应用活塞裙部摩擦力实时测试装置，活塞裙部摩擦力实时测试装置包括缸套、缸盖、曲轴箱、活塞、曲柄连杆机构、燃烧控制单元、喷油冷却器、润滑油加热器、润滑油冷却器、温度传感器、润滑油控制单元、压电测试仪、信号处理发射器、无线信号接收器和采集分析单元；
缸套的上端装配缸盖；
缸套的下端装配曲轴箱，曲轴箱内设置曲轴；
活塞滑动连接于缸套内，活塞可沿缸套作直线往复运动；
活塞经曲柄连杆机构连接曲轴；
缸盖上设置有供油端和点火控制端，燃烧控制单元经供油管路连接供油端，燃烧控制单元经信号线缆连接点火控制端；
曲轴箱上设置润滑油加热器、润滑油冷却器、温度传感器和喷油冷却器，润滑油控制单元经信号线缆分别连接润滑油加热器、润滑油冷却器、温度传感器和喷油冷却器；曲轴箱内盛装润滑油，润滑油加热器的加热端、润滑油冷却器的冷却端和温度传感器的感测端均浸入润滑油中，喷油冷却器用于向活塞喷洒润滑油；
活塞裙部的外表面均涂覆有压电陶瓷涂层，压电陶瓷涂层上涂覆有耐磨涂层；
压电陶瓷涂层经信号线缆连接压电测试仪，所述压电测试仪经信号线缆连接信号处理发射器；
采集分析单元经信号线缆连接无线信号接收器，无线信号接收器无线连接信号处理发射器；
所述方法包括如下步骤：
步骤1、关系标定
在活塞裙部的外表面施加若干次压力FN，在每次施加压力FN时由压电测试仪采集压电陶瓷涂层的电荷量Q数值，信号处理发射器将电荷量Q数值通过无线信号接收器发送至采集分析单元，由采集分析单元计算得到压力FN与电荷量Q的关系曲线；
由采集分析单元根据公式f＝μFN，式中，f为活塞裙部与缸套之间的滑动摩擦力，μ为活塞裙部与缸套之间的滑动摩擦系数；换算得到摩擦力f与电荷量Q的关系曲线；
步骤2、工况模拟
由燃烧控制单元通过供油端向缸盖、缸套及活塞限定的空间注入燃油，并通过点火控制端对燃油作点火操作，活塞沿缸套作直线往复运动，活塞裙部表面的耐磨涂层与缸套之间产生摩擦，压电陶瓷涂层被挤压受到压力，由压电测试仪实时采集压电陶瓷涂层的电荷量Qa数值，信号处理发射器将电荷量Qa数值通过无线信号接收器发送至采集分析单元；
由润滑油控制单元通过喷油冷却器向活塞喷洒润滑油，由润滑油控制单元通过润滑油加热器、润滑油冷却器和温度传感器调控曲轴箱内的润滑油处于设定工况温度；
步骤3、摩擦力测量
采集分析单元根据摩擦力f与电荷量Q的关系曲线，根据实时采集的电荷量Qa数值，得到实时采集的电荷量Qa数值对应的摩擦力fa，fa为活塞裙部与缸套之间实时的滑动摩擦力。
2.根据权利要求1所述的一种发动机运行过程中活塞裙部摩擦力实时测试方法，其特征在于：所述耐磨涂层设置为石墨涂层。
3.根据权利要求1所述的一种发动机运行过程中活塞裙部摩擦力实时测试方法，其特征在于：活塞裙部开设线缆孔，压电陶瓷涂层与压电测试仪之间的信号线缆穿过线缆孔引入活塞的内腔。
4.根据权利要求1所述的一种发动机运行过程中活塞裙部摩擦力实时测试方法，其特征在于：所述压电测试仪设置为ZJ-3AN型准静态d33测量仪。
5.根据权利要求1所述的一种发动机运行过程中活塞裙部摩擦力实时测试方法，其特征在于：所述喷油冷却器包括润滑油泵和喷油嘴，润滑油泵的进油端经进油管路连接曲轴箱内的润滑油，润滑油泵的出油端经出油管路连接喷油嘴，所述喷油嘴朝向所述活塞，润滑油控制单元经信号线缆连接润滑油泵。
6.根据权利要求1所述的一种发动机运行过程中活塞裙部摩擦力实时测试方法，其特征在于：燃烧控制单元、润滑油控制单元和采集分析单元分别经信号线缆连接计算机。
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