CN113236398A - 一种活塞润滑可视化观测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种活塞润滑可视化观测方法，涉及发动机活塞技术领域。该活塞润滑可视化观测方法，应用活塞润滑可视化观测装置，活塞润滑可视化观测装置包括可视化缸套、缸盖、曲轴箱、活塞组件、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、发射接收单元和采集分析单元；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、荧光观测及分析。本发明的活塞润滑可视化观测方法，可以准确、高效地测量发动机运行过程中活塞与缸套内壁之间润滑油膜的连续性、空穴分布及油膜厚度等状态数据，进而为活塞优化设计提供参考。

Description

一种活塞润滑可视化观测方法
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活塞润滑可视化观测方法。
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。活塞在气缸内作直线往复运动，活塞承受缸套内壁给予的侧向力。在发动机运行过程中，活塞与缸套内壁之间形成润滑油膜。受载荷及高温的影响，活塞发生变形，活塞与缸套内壁间隙过小或过大均不利于形成良好的润滑油膜，容易发生敲缸、拉缸等现象，而润滑油膜的厚度与分布等直接影响活塞运行的可靠性。因此观察发动机运行过程中活塞与缸套内壁之间润滑油膜的状态对研究活塞运行具有极其重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种活塞润滑可视化观测方法，以测量发动机运行过程中活塞与缸套内壁之间润滑油膜的状态数据。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术解决方案如下：
一种活塞润滑可视化观测方法，应用活塞润滑可视化观测装置，活塞润滑可视化观测装置包括可视化缸套、缸盖、曲轴箱、活塞组件、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、发射接收单元和采集分析单元；
可视化缸套的上端装配缸盖；
可视化缸套的下端装配曲轴箱，曲轴箱内设置曲轴；
可视化缸套包括缸套本体，缸套本体的侧面设置由透明材料制成的窗口；
活塞组件滑动连接于缸套本体内，活塞组件可沿缸套本体作直线往复运动；
活塞组件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组件喷洒润滑油；
所述润滑油中添加有荧光染料，活塞组件沿缸套本体作直线往复运动时，活塞组件与缸套本体及窗口内壁之间留有润滑油膜；
所述发射接收单元包括激光发射器和高速摄像机，所述激光发射器朝向窗口发射激光，激光穿过窗口射向润滑油膜，激光激发润滑油膜上的荧光染料，经润滑油膜反射的荧光光线射向高速摄像机；
采集分析单元经信号线缆连接激光发射器和高速摄像机；
所述方法包括如下步骤：
步骤1、关系标定
标定润滑油膜的连续性、空穴分布及油膜厚度与荧光光线强度的定量关系；
步骤2、工况模拟
由燃烧控制单元通过供油端向缸盖、可视化缸套及活塞组件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，活塞组件沿缸套本体作直线往复运动，活塞组件与缸套本体及窗口内壁之间形成润滑油膜；
由润滑油控制单元通过喷油冷却器向活塞组件喷洒润滑油，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、荧光观测及分析
由采集分析单元触发激光发射器朝向窗口发射激光，激光穿过窗口射向润滑油膜，激光激发润滑油膜上的荧光染料，经润滑油膜反射的荧光光线射向高速摄像机，高速摄像机拍摄润滑油膜的图像；
由采集分析单元接收高速摄像机拍摄润滑油膜的图像，从图像提取荧光光线强度，根据润滑油膜的连续性、空穴分布及油膜厚度与荧光光线强度的定量关系，确定润滑油膜的连续性、空穴分布及油膜厚度。
优选的，高速摄像机设置为两个，两个高速摄像机布置于窗口的非同侧位置。
优选的，激光发射器与窗口之间设置有扩束镜。
优选的，窗口与高速摄像机之间设置有滤波片。
优选的，所述激光发射器朝向窗口发射的激光垂直于窗口。
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组件，润滑油控制单元经信号线缆连接润滑油泵。
优选的，所述透明材料设置为石英材料。
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：
本发明的活塞润滑可视化观测方法，可以准确、高效地测量发动机运行过程中活塞与缸套内壁之间润滑油膜的连续性、空穴分布及油膜厚度等状态数据，进而为活塞优化设计提供参考。
附图说明
图1为本发明实施例活塞润滑可视化观测方法的流程图；
图2为本发明实施例活塞润滑可视化观测装置的结构示意图，其中，发射接收单元绕横向轴线旋转90°处于俯视图状态，以便于展示发射接收单元的布置结构；
图3为本发明实施例活塞润滑可视化观测装置中可视化缸套及发射接收单元的俯视图；
图4为本发明实施例活塞润滑可视化观测装置中可视化缸套的透视图。
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，提供一种活塞润滑可视化观测方法，请参考图1至图4所示。
一种活塞润滑可视化观测方法，应用活塞润滑可视化观测装置，活塞润滑可视化观测装置包括可视化缸套1、缸盖2、曲轴箱3、活塞组件4、曲柄连杆机构5、燃烧控制单元61、喷油冷却器7、润滑油加热器81、润滑油冷却器82、温度传感器83、润滑油控制单元62、发射接收单元9和采集分析单元63等。
可视化缸套1的上端装配缸盖2。
可视化缸套1的下端装配曲轴箱3，曲轴箱3内设置曲轴31，曲轴31的输出端连接负载。
可视化缸套1包括缸套本体11，缸套本体11的侧面设置由透明材料制成的窗口12，其中，本实施例中的透明材料优选为石英材料。采用石英材料，一方面可以使激光发射器91发射的激光穿过窗口12，另一方面确保可视化缸套1(缸套本体11、窗口12)整体的强度。
活塞组件4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。活塞组件4滑动连接于缸套本体11内，活塞组件4可沿缸套本体11作直线往复运动。
活塞组件4通过活塞销连接曲柄连杆机构5的一端，曲柄连杆机构5的另一端连接曲轴31。
缸盖2上设置有供油端和点火控制端，燃烧控制单元61经供油管路连接供油端，燃烧控制单元61经信号线缆连接点火控制端。燃烧控制单元61通过供油端向缸盖2、可视化缸套1及活塞组件4限定的空间(燃烧室)内注入燃油，燃烧控制单元61通过点火控制端对燃油作点火操作。
曲轴箱3上设置润滑油加热器81、润滑油冷却器82、温度传感器83和喷油冷却器7，润滑油控制单元62经信号线缆分别连接润滑油加热器81、润滑油冷却器82、温度传感器83和喷油冷却器7。曲轴箱3内盛装润滑油，润滑油加热器81的加热端、润滑油冷却器82的冷却端和温度传感器83的感测端均浸入润滑油中。润滑油加热器81用于加热曲轴箱3内的润滑油，润滑油冷却器82用于对曲轴箱3内的润滑油降温，温度传感器83用于实时监测曲轴箱3内润滑油的温度。由润滑油控制单元62通过润滑油加热器81、润滑油冷却器82、温度传感器83，调控曲轴箱3内的润滑油处于设定工况温度。
由润滑油控制单元62触发喷油冷却器7向活塞组件4喷洒润滑油，实现对活塞组件4降温。具体的，上述喷油冷却器7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3内的润滑油，润滑油泵的出油端经出油管路连接喷油嘴，喷油嘴朝向活塞组件4。润滑油控制单元62经信号线缆连接润滑油泵。
润滑油中添加有荧光染料，活塞组件4沿缸套本体11作直线往复运动时，活塞组件4与缸套本体11及窗口12内壁之间留有润滑油膜。
发射接收单元9包括激光发射器91和高速摄像机92。激光发射器91朝向窗口12发射激光，激光发射器91朝向窗口12发射的激光垂直于窗口12。激光穿过窗口12射向润滑油膜，激光激发润滑油膜上的荧光染料，经润滑油膜反射的荧光光线射向高速摄像机92。其中，高速摄像机92设置为两个，两个高速摄像机92布置于窗口12的非同侧位置，比如，一个高速摄像机92布置于窗口12的左侧，另一个高速摄像机92布置于窗口12的右侧；或者，一个高速摄像机92布置于窗口12的上侧，另一个高速摄像机92布置于窗口12的下侧。如此，通过上述两个高速摄像机92可以拍摄润滑油膜的三维状态图像。激光发射器91与窗口12之间设置有扩束镜93，以使激光发射器91发射的激光分散覆盖窗口12。窗口12与高速摄像机92之间设置有滤波片94，由滤波片94过滤杂散光。
采集分析单元63经信号线缆连接激光发射器91和高速摄像机92。采集分析单元63用于触发激光发射器91发射激光，并分析高速摄像机92拍摄润滑油膜的图像，从图像提取荧光光线强度，根据润滑油膜的连续性、空穴分布及油膜厚度与荧光光线强度的定量关系，以确定润滑油膜的连续性、空穴分布及油膜厚度等状态数据。
燃烧控制单元61、润滑油控制单元62和采集分析单元63分别经信号线缆连接计算机64，其中，采集分析单元63可以集成于计算机64，由计算机64实现采集分析单元63的功能。
本实施例的活塞润滑可视化观测方法包括如下步骤：
步骤1、关系标定
标定润滑油膜的连续性、空穴分布及油膜厚度与荧光光线强度的定量关系；
步骤2、工况模拟
由燃烧控制单元61通过供油端向缸盖2、可视化缸套1及活塞组件4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，活塞组件4沿缸套本体11作直线往复运动，活塞组件4与缸套本体11及窗口12内壁之间形成润滑油膜；
由润滑油控制单元62通过喷油冷却器7向活塞组件4喷洒润滑油，由润滑油控制单元62通过润滑油加热器81、润滑油冷却器82和温度传感器83调控曲轴箱3内的润滑油处于设定工况温度；
步骤3、荧光观测及分析
由采集分析单元63触发激光发射器91朝向窗口12发射激光，激光穿过窗口12射向润滑油膜，激光激发润滑油膜上的荧光染料，经润滑油膜反射的荧光光线射向高速摄像机92，高速摄像机92拍摄润滑油膜的图像；
由采集分析单元63接收高速摄像机92拍摄润滑油膜的图像，从图像提取荧光光线强度，根据润滑油膜的连续性、空穴分布及油膜厚度与荧光光线强度的定量关系，确定润滑油膜的连续性、空穴分布及油膜厚度。
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活塞润滑可视化观测方法有了清楚的认识。本发明的活塞润滑可视化观测方法，可以准确、高效地测量发动机运行过程中活塞与缸套内壁之间润滑油膜的连续性、空穴分布及油膜厚度等状态数据，进而为活塞优化设计提供参考。
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 (8)

1.一种活塞润滑可视化观测方法，其特征在于：应用活塞润滑可视化观测装置，活塞润滑可视化观测装置包括可视化缸套、缸盖、曲轴箱、活塞组件、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、发射接收单元和采集分析单元；
可视化缸套的上端装配缸盖；
可视化缸套的下端装配曲轴箱，曲轴箱内设置曲轴；
可视化缸套包括缸套本体，缸套本体的侧面设置由透明材料制成的窗口；
活塞组件滑动连接于缸套本体内，活塞组件可沿缸套本体作直线往复运动；
活塞组件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组件喷洒润滑油；
所述润滑油中添加有荧光染料，活塞组件沿缸套本体作直线往复运动时，活塞组件与缸套本体及窗口内壁之间留有润滑油膜；
所述发射接收单元包括激光发射器和高速摄像机，所述激光发射器朝向窗口发射激光，激光穿过窗口射向润滑油膜，激光激发润滑油膜上的荧光染料，经润滑油膜反射的荧光光线射向高速摄像机；
采集分析单元经信号线缆连接激光发射器和高速摄像机；
所述方法包括如下步骤：
步骤1、关系标定
标定润滑油膜的连续性、空穴分布及油膜厚度与荧光光线强度的定量关系；
步骤2、工况模拟
由燃烧控制单元通过供油端向缸盖、可视化缸套及活塞组件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，活塞组件沿缸套本体作直线往复运动，活塞组件与缸套本体及窗口内壁之间形成润滑油膜；
由润滑油控制单元通过喷油冷却器向活塞组件喷洒润滑油，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、荧光观测及分析
由采集分析单元触发激光发射器朝向窗口发射激光，激光穿过窗口射向润滑油膜，激光激发润滑油膜上的荧光染料，经润滑油膜反射的荧光光线射向高速摄像机，高速摄像机拍摄润滑油膜的图像；
由采集分析单元接收高速摄像机拍摄润滑油膜的图像，从图像提取荧光光线强度，根据润滑油膜的连续性、空穴分布及油膜厚度与荧光光线强度的定量关系，确定润滑油膜的连续性、空穴分布及油膜厚度。
2.根据权利要求1所述的一种活塞润滑可视化观测方法，其特征在于：高速摄像机设置为两个，两个高速摄像机布置于窗口的非同侧位置。
3.根据权利要求1或2所述的一种活塞润滑可视化观测方法，其特征在于：激光发射器与窗口之间设置有扩束镜。
4.根据权利要求3所述的一种活塞润滑可视化观测方法，其特征在于：窗口与高速摄像机之间设置有滤波片。
5.根据权利要求1所述的一种活塞润滑可视化观测方法，其特征在于：所述激光发射器朝向窗口发射的激光垂直于窗口。
6.根据权利要求1所述的一种活塞润滑可视化观测方法，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组件，润滑油控制单元经信号线缆连接润滑油泵。
7.根据权利要求1所述的一种活塞润滑可视化观测方法，其特征在于：所述透明材料设置为石英材料。
8.根据权利要求1所述的一种活塞润滑可视化观测方法，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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