汽油發(fā)動機活塞和活塞襯套外文翻譯

1、 汽油發(fā)動機活塞和活塞襯套的摩擦學調查 peter m lee ietsi, school of mechanical engineering, university of leeds, leeds. ls2 9jt摘要 汽車行業(yè)在壓力下走向更高的效率，所有的政府立法和社會輿論要求從小發(fā)動機獲得更多的功率和低的對環(huán)境的影響。隨著換油周期的增加然而排放法規(guī)限制磨損保護的使用和添加抗氧化劑包含的元素，例如磷和硫。為了滿足這些需求和挑戰(zhàn)而增加了了解潤滑劑的降解的聯(lián)系，它的運輸和停留時間和活塞組件摩擦學效應是必須的。 寫作本文的目的就是進一步發(fā)展了解降解潤滑劑對活塞組件摩擦學的作用，油環(huán)和活塞的裝配環(huán)

2、境對于這一部分潤滑和摩擦的保護是最有挑戰(zhàn)的部分之一。這個是通過廣泛的實驗方案，利用發(fā)動機的研究，測試儀的測試和化學還有流變潤滑劑樣品的分析得出來的?！娟P鍵詞】：發(fā)動機摩擦學，活塞總成，油樣。引言 人們普遍接受常規(guī)動力汽車將主宰未來可預見的汽車市場和潤滑油的替代，比如燃料的電池和氫能，將呈現一個緩慢的滲透進入這個市場【1】。即使預計原油的使用在上升，目前世界已探明的原油至少有夠40年使用的儲備，12年儲備將保持不變到2001年，由于新油田的發(fā)現和使用的增加，提取這些儲備技術的發(fā)展【2】，因此傳統(tǒng)的油在表面上將繼續(xù)主宰既是潤滑油又是潤滑油一段很長的時間，小的內燃機潤滑的改變。然而，在地表一下多少的

3、改變。 汽車行業(yè)現在被迫走向更大的利益（資源利用率），政府立法和社會輿論要求提高發(fā)動機的功率和降低對環(huán)境的影響相結合，原始設備制造商正穩(wěn)步增加換油周期要求油能承受發(fā)動機內較長時間的退化過程。 與此同時，作為潤滑劑的制造商承諾降低磷含量的挑戰(zhàn)，車身設計正在變更，以減少阻力，提高潤滑油效率，這些設計的變更造成較少的空氣進入發(fā)動機艙，因此進一步提高潤滑油的工作溫度，這反過來增加在環(huán)部的熱降解率。發(fā)動機內潤滑油的工作條件也成為越來越苛刻的要求在繼續(xù)開發(fā)更高功率密度的發(fā)動機，這次結果在較高的溫度。發(fā)動機潤換系統(tǒng)的布置在設計人員在使用較低燃燒溫度的egr的要求將持續(xù)增加，噴射分析以獲得均質燃燒，渦輪增壓充

4、電，改變壓縮比在現在還不發(fā)達或者說還未發(fā)現的技術。 在發(fā)動機活塞組件和襯套之間的機械損失占發(fā)動機工作狀況下的40%到60%，機械損失的高低直接關系到活塞組件和襯套之間的摩擦互動，因此有必要理解減少這些損失。然而很難闡明本部分的信息，因為它是封閉的，高壓的和化學腐蝕的性質。 活塞環(huán)和襯套所處的工作環(huán)境是潤滑油在此地區(qū)變熱退化，然后流回到油底殼和新鮮油進行混合，這已經被許多研究人員驗證過了，這個是yatsutomi3首次提出的。因此在油環(huán)和在襯套地區(qū)的油底殼的油是不同的，所以這種油的樣品需要在這一摩擦地區(qū)作用加以闡釋。 這項研究的目的就是要看看降解石油在活塞環(huán)頂部如何影響活塞套件的摩擦性能，這是通

5、過一項新的更全面的化學，流體學和根據發(fā)動機負荷范圍從發(fā)動機的環(huán)套件中提取的油的摩擦學評估。實驗 為了研究油在活塞裙部（trz)噴射對摩擦性能的影響，這就要求從此地區(qū)提取油的樣品系統(tǒng)是必要的，對于從活塞裙部（trz)像收集了油（25ml）比較大的樣本在不同的負荷，延長發(fā)動機運行時間（40),然后采集樣本。伴隨著新鮮的和油底殼內的油受到一系列的測試包過穿plint te -77往復式測試儀，pcs小型牽引機（mtm)，高頻往復鉆機（hffr), tribometers和測試粘度，燃料和羧基含量和電場質譜（fims)。單缸ricardo水冷發(fā)動機被用于此項研究，詳情見附錄?；钊共浚╰rz)samp

6、e方法 trz系統(tǒng)采樣背后的理論是，在燃燒開始時期，發(fā)動機室和大氣壓力之間創(chuàng)造在活塞環(huán)背部的氣體流，并通過活塞環(huán)背部的孔返回到燃燒室，這種氣體流包含潤滑油混合氣，這是樣品瓶在活塞頂部作為一個濃縮的油樣代表收集。 活塞至發(fā)動機外管由兩部分組成，大端加入。上半部分是允許向內移動的不銹鋼套筒，固定段蓋螺栓，圖1。從曲軸到發(fā)動機外的管路比較復雜，由于曲柄不斷變化，以解決發(fā)動機退出點缸套的關系。佛洛特和海伍德的方法是【4】使缸套圍繞單一軸向約束，有效的轉變?yōu)橐粋€螺旋彈簧。這阻止它顛簸失控，因此打破連接和夾緊點。去掉所有鋒利的邊緣，在該缸套開始接觸和調整松緊度和管的長度，組裝簡單可靠，價格便宜，圖2系統(tǒng)的

7、開發(fā)。 從我們在里茲大學和可牌大學和德蒙福特大學【5，6】的工作經驗顯示進行采樣系統(tǒng)的最小截面必須在活塞，以防止堵塞缸套，出于這個原因的活塞的孔的直徑尺寸小于缸套的內徑。采樣油集 測試選擇潤滑油為可牌喜力超級15w40。這是一個完全制定的第一組具有基礎性能，添加劑規(guī)格較低的潤滑油，因此更容易比高規(guī)格的容易退化。這項工作選三種不同的發(fā)動機參數如表1所示。6個油樣類型進行采樣，在表2中定義。 在每一天的開始，當發(fā)動機冷啟動“第15分鐘trz樣品收集。這收集所有的運行數據為首次啟動發(fā)動機時，它已在第15分鐘熄滅，它運行，因此在此期間，沒有負載差異。一旦第15分鐘的樣品已收集，曲柄塊加熱器打開，以幫助

8、發(fā)動機達到工作溫度。在一小時啟動時，發(fā)動機加熱參數需要設置加熱器模塊關閉，trz標本采集運行（8小時）的其余部分，樣品采集停止之前關閉以確保沒有多余的燃料和燃料產物樣品采集誤差。化學分析 選擇化學分析的范圍是根據調查樣本的揮發(fā)物水品的企望，顯示任何改變分子量和退化的水平發(fā)生了。具體方法的選擇受到整體方案合作者可牌全球解決方案，潤英和紐約大學化學系的影響。場電離質譜法（fims) 場電離質譜法是一個非常珍貴的技術分析復雜混合物，尤其是化石燃料。汽化的油樣通過一個非常強大的電場分子，并導致他們以更大的磁場強度區(qū)域，最終導致他們電離。然后可以質譜這些電離了的分子，使用傳統(tǒng)的磁機構和四連桿機構技術。f

9、ims提供了一個合理的精確的分子剖面，分子的剖面并不復雜的大小，形狀，官能基，也不是受氫的約束。氣象色譜（gc)氣象分析（gc)本質上是一種分離方法依賴于樣品沸點差異的組成部分，惰性氣體（he or)攜帶樣品作為溶質通過分離柱進入探測器。該探測器是一個加熱元件和通過檢測熱氣流的元素檢測氣體。如氦和氮具有高導熱性和任何氣體的溶質輕減少導電元素的升溫，使電阻變化。這種電阻變化轉換為繪制電壓和世間的函數，即色譜圖。這種方法特別適合這項工作，因為它可以進行低至ml，具有檢測限低微微克或菲克的范圍。一標記被添加劑的輪滑油樣本，然后分析使用zebron zb5系列。配有火焰離子化檢測器（fid)的作用是用

10、來分析樣品潤滑油中揮發(fā)物的數量?；鹧骐x子化檢測器最常用的gc檢測器，它從最低線性響應約100皮克，幾乎100%的檢測量。fid能響應任何帶灘的分子，fid的響應是非常穩(wěn)定的，從目前來講，最不容易使樣品污染。傅立葉變換紅外光譜（ftir)紅外光譜用于鑒定羧基在碳氫化合物氧化【7】形成的產物，這些都被認定為確定油樣氧化程度的一個良好指標，因為他們代表烴類基礎油的降解水平【8-11】。因此紅外光譜，酮，羧酸和醛類，因為他們是由氧氣形成，并形成碳-氧雙鍵的化學反映。對于這些雙鍵化合物，紅外光譜技術，使用的原則是每個不同的分子具有獨特的檢測頻率，震動能量【12】。紅外光譜定量達到高峰的比較面積是已知的標

11、準解決方案。流變分析使用一個bholin cv120hr流變儀在測量在40到60的油樣動態(tài)粘度，根據5年的測量記錄測量板100微米的差距和40毫米的使用直徑。摩擦學測試三種類型的摩擦學測試分別代表了不同的幾何接觸。這些測試包括使用小型的牽引機（mtm)，plint高速短沖程的摩擦鉆機（te77）和高頻率的往復rigg(hfrr)。這些初步測試的目的在于探討trz樣品如何影響牽引力系數的比較使用新舊油底殼油。由于油可用少量的這些測試做了一些修改，mtm和te77。在本節(jié)描述的摩擦學測試在100為四個小時，油樣進行了測試。選擇100做測試是因為在活塞裙部和襯套摩擦溫度在水冷發(fā)動機1500rpm50

12、%，33%和75%負荷時是98和101。小型牽引機（mtm) 一臺小型的牽引機（mtm，pcs儀器，倫敦，英國）被用來測試潤滑劑樣品的混合滾動/滾動接觸的特征屬性，圖3a。這是由于機器的能力以不同的速度旋轉磁盤和球。所有的摩擦測量都固定在接觸壓力1gpa一下，在80時進行第一次50%srr運行，然后返回到100。所有的測試在100以下進行，連續(xù)時間段5min,10min,15min，在每個測試磁盤和球的轉速使用軟件調整，使其平均速度改變，從3.5m/s，以0m/s，記錄32個平等的步驟和牽引力系數。這個測試是重復的，在每個油樣里，有一套磁盤和球用于該油樣。磁盤和球樣品由aisi52100軸承鋼

13、制造，擁有0.01微米ra。硬度729739 bhn和688722bhd。球的直徑為19mm（英寸），并在磁盤上的軌道半徑2021mm。要調查以不同的速度潤滑劑行為差異，摩擦系數和平均流速從50%srr獲得，在mtm的牽引力系數（df/dn)是衡量速度的一個函數的意思。 為了減少對石油量的測試，為測試提供了一個馬蹄形的適配器，該適配器由不銹鋼鑄造，使mtm的油樣在適配器內，圖4。這個機構減少了對油的用量，從32ml到5ml，同時允許溫度計接觸油樣。hrff hfrr（pcs儀器，倫敦，英國）是一個磁盤球式測試儀為摩擦學潤滑油樣品特征工作，簡單的滑動，圖3b。在這個測試中，一個直徑為6mm的球放

14、在一個直徑10mm的磁盤上，20hz的磁盤（代表發(fā)動機轉速1200rpm)，1mm的行程長度，一個400g負載放在球上給一個最大1gpa的接觸壓力。球和磁盤是由規(guī)格為aisi 52100軸承制作的，ra分別為0.05m和0.02m，硬度為675740bhn。測試開始時溫度為40，在20的基礎上提升到140，每個溫度運行5min，然后停下來讓油從20上升，油限制在1min才開始運行平衡。hrff測試3ml油不到，正因為如此，沒必要改變此設備，以便節(jié)省潤滑油。plint高速短行程摩擦測試儀（te77）te77（鳳凰摩擦學有限公司，英國newbury)是一個針板測試儀表征摩擦的潤滑劑樣品在純滾動，圖

15、3c。在此設置了一個平坦的直徑5mm的引腳完成0.05m ra，面對活塞環(huán)，對0.04m ra與地面的夾角是45，以代表缸套表面的光潔度，圖5。針和板樣品來自hydra引擎由14級灰鑄鐵鑄造，硬度為230300bhn。行程為5mm，頻率為25hz（即在發(fā)動機1500rpm）和引腳測試前加載5kg，給人一種接觸壓力為2.6mpa區(qū)域。這種最大接觸壓力最大標稱剛剛經歷燃燒后的hydra引擎環(huán)徑最大壓力發(fā)動機最大負荷的50%。te77油槽進行了修改，以便其內部能力大大低于標準油底殼。這使得2ml潤滑劑樣品放置在油底殼，并在測試期間覆蓋測試樣品至少15ml。結果與討論化學成績 對于化學分析這一結果顯示

16、和這一部分的討論由于篇幅限制和全部結果的總結。fims圖6fims顯示樣本碳原子總數相對質量，這是一個非周期性的烷烴（大小范圍在ca.1440之間）在樣品里，代表著基礎液。烷基苯（約615ca。）是目前在trz樣本和揮發(fā)物的代表。這些揮發(fā)物由于缸壁的燃燒過程淬火產生，代表著煙塵前產物和較大的燃料揮發(fā)物。大多數分子質量較輕的潤滑油揮發(fā)物保持在氣體狀態(tài)當trz樣品凝結在缸壁當抽氣系統(tǒng)結束。烷基苯隨著發(fā)動機負荷的增加而逐步增加，這種問題被認同因為考慮到隨著負荷的增加潤滑油的增加。第15分鐘樣品的揮發(fā)物和50%負荷樣品的揮發(fā)物量是相似的。這些都可能造成較冷缸壁啟動發(fā)動機增加潤滑油，使用高電平點火。gc

17、圖7給出了氣相色譜發(fā)界定的六個潤滑油樣品揮發(fā)物含量，并現實動蕩增加發(fā)動機負荷fims的分析，如圖6觀察到的內容。第15分鐘采樣顯示最高水平利用這種揮發(fā)物分析方法，這可能是由于不同的分析技術，揮發(fā)物檢測范圍更廣，和從冰箱去掉的樣品及其環(huán)境所處條件有關。trz樣品數量有限，意味著它是不可能重復fims和氣相色譜法分析，進一步調查，新鮮的揮發(fā)物為0%，顯然是預期效果。ftir圖4.15顯示了6個油樣在紅外光譜測定樣品中的羧基濃度。在trz樣品中羧基濃度的增加隨著發(fā)動機負荷的增加，含量顯著高于油底殼的油和新鮮的油。這將是預期的，因為這些trz樣品更進一步退化返回到油底殼導致大多數油底殼的油退化。流變結

18、果 圖9顯示在40和100油樣的動態(tài)粘度，在一般情況下可以看出，揮發(fā)水平，圖7，在trz樣品中對潤滑油的粘度有一個直接的影響，較高的揮發(fā)性較低的粘度，當把新鮮的油和油底殼的油做比較時，哪個揮發(fā)物含量最低，這點尤為重要，和trz樣本時。33%的負荷，trz樣品不適合這種模式，與預期的結果的50%和75%相比具有較低粘度，這有可能是動力學變化，trz采樣系統(tǒng)或者高水平非周期性烷烴碳數在1526的范圍的現象，fims予以確定。圖6.。又由于trz樣品油可用數量是不能重復的，新鮮的油和油底殼的油的重復表明，最大誤差0.3%。摩擦學結果mtm圖10和圖11顯示油樣的牽引系數，滑移速度100，50%滑動率

19、，應該指出，右圖10和11發(fā)動機組件的速度是很容易操作的。雖然活塞環(huán)和缸套之間接觸發(fā)生的非常快，只有一瞬間，代表著整體周期一個很小的比率。結果如圖10在100第一個被讀的數據和在圖11顯示的是在100第五個被讀的數據，滾動滑動接觸一個小時。新鮮的油和40小時油底殼的油牽引力系數的值在減小，那些油來自第一次到第五次運行和trz的油聚集在第五次運行。油底殼的油牽引力系數在第一次運行明顯比trz樣品高，而在第五次運行又低。這些現象可能是由于膜表面形成的影響，表面相互作用。值得注意的是，有不同的形狀曲線，trz曲線升降速度慢，但新鮮的油和油底殼的油牽引力系數在第一次時持續(xù)上升，這種效果不是很明顯，在第

20、五次運行顯示膜的進一步影響。在典型發(fā)動機轉速在3m/s以上的油和差別不大的trz樣品之間，他們基本上是相同的，被認為是重復性0.01牽引力系數。這重復性的結果被發(fā)現重復新鮮的油和油底殼的油。hfrr圖12顯示了在100得到的重復性摩擦值為0.01摩擦系數，重復新鮮的油和油底殼的油實驗獲得。在這個實驗中新鮮的油和油底殼的油返回低摩擦系數比在mtm和te77中的測試值。這些很有可能是由于測試程序和不同的接觸幾何結果接近0.14曾被預計發(fā)動機油。由于這個接觸測試是在磁盤上的球在接觸1gpa壓力下滑動邊際之間的聯(lián)系結果的。這樣的摩擦值更依賴于油粘度形成的表面薄膜。負載值在33%，50%和75%的trz

21、樣品摩擦值遵循相同的模式，較高的摩擦值較高的負荷。這是在te77純滑動接觸中獲得的相反的結果。第一個15分鐘trz樣品在33%75%負荷之間在te77,fims和流變結果，可能會在這些章節(jié)討論同意結果。te77圖13顯示了使用te77獲得摩擦系數值，在每個油的測試開始對應的揮發(fā)物含量較高的油幅度在減少，圖7顯示摩擦系數減少揮發(fā)物含量低于揮發(fā)物含量較高的油，這是由于在測試過程中揮發(fā)物的蒸發(fā)。揮發(fā)物含量少的樣品需要較長的時間達到一個恒定的摩擦系數，各級摩擦力系數具有較高的摩擦系數較低的負荷的發(fā)動機相同的趨勢。一個直徑5mm的引腳在一個盤上上，在一個低于2.6mpa壓力下純滑動接觸將導致主要的彈性潤

22、滑當偶爾混合潤滑油，由于這個原因，摩擦系數的值將主要造成潤滑劑的效果，因此，較高的粘度的樣品往往具有較高的摩擦系數值。結論 一個可靠的從trz樣品中的采樣方法已經開發(fā)用于和應用于來自于活塞環(huán)頂部區(qū)域比較大數量（25ml）的油，第一時間操作。 油樣的全方位化學，流變和摩擦分析。已經觀察到頂環(huán)區(qū)的樣品和新鮮的油和油底殼的油明顯差異。頂環(huán)區(qū)油樣之間的相關性，與發(fā)動機的負荷，在取樣的時候也被觀察到。 結果清楚的表明，在活塞環(huán)區(qū)域的潤滑油和在油底殼的油不同。承認我和感謝英國利茲大學的教授馬丁和理查德chittenden在紐約大學化學系的工作，感謝他們在這方面的討論，以及馬克思坦克化學分析的幫助，我也要感

23、謝全球殼牌潤滑油解決方案，為提供資助工作。參考1. kennedy, s. challenges for the additives industry in the 21st century. in additives 2005, optimisingautomotive power trains. 2005. dublin: rsc.2. bp, bp statistical review of world energy in june 2001. 2001, beyond petroleum, uk.3. yatsutomi, s., y. maeda, and t. maeda, kin

24、etic approach to engine oil: 1 - analysis of lubricanttransport and degradation in engine system. ind. eng. chem. prod. res. dev., 1981. 20: p. 530.4. frottier, v. and j.b. heywood, measurement of gasoline absorbtion into engine lubricating oil. sae961229, 1996.5. burnett, p.j., b. bull, and r.j. we

25、tton, characterisation of the ring pack lubrication and itsenvironment. i mech e part j: journal of engineering tribology, 1995. 209(2): p. 109-118.6. saville, s.b., et al., a study of lubricant condition in the piston ring zone of single-cylinder dieselengines under typical operating conditions. sae 881586, 1988.7. emanuel, n.m., e.t. denisov, and k. maizus z, liquid phase oxidation of hydrocarbons. 1997, newyork: plenum press.8. coates, j.p. and l. setti, infrared spectroscopy as a