活塞环和缸套之间相互作用的摩擦学评估是了解发动机摩擦学的关键一步。这种测试有助于汽车制造商在排放、燃油效率、安全性和耐久性方面符合严格的规范。
传统上，这种类型的试验是针对特定的发动机开发的，从一个试验和另一个试验获得的结果是不可比较的。然而，机械测试技术已经发展到可以通过高速往复运动对气缸套和活塞环的摩擦性能进行标准测试的阶段。
这可以帮助全世界的润滑油制造商、材料科学家和汽车工程师开发具有成本效益的润滑油欧洲杯足球竞彩和优越的发动机部件。
引擎摩擦学
对内燃机中各种机械部件的摩擦磨损研究正在迅速增长，这是对汽车工业中燃油效率、排放、安全性和通用汽车耐久性日益严格的要求的直接响应。
特别是，发动机摩擦学研究在过去10年中已经看到了令人难以置信的变化，活塞组件，阀门系元件和内轴承接受了相当大的关注，因为它们是汽车发动机中的关键摩擦部件。
其中，活塞组件的摩擦最大，占标准发动机总摩擦损失的近45%。1如果减少这样的摩擦损失，发动机的制动热效率可以大大提高。
为了提高发动机的性能，研究了活塞环与缸套相互作用时的摩擦学特性。与发动机轴承不同，汽缸套和活塞环的机制需要在一个工作周期内的服务速度变化很大。
活塞环的速度在行程的两端-下止点(下止点)和上止点(上止点)的短时间内有效为零。这种情况下，润滑剂几乎没有机会进入接触。因此，边界润滑机制在下止点和上止点更为相关。
然而，在速度最高的中程，流体膜润滑或流体动力条件盛行。在靠近死点处存在低速时，弹流润滑条件和挤油膜润滑将在发动机摩擦学中发挥更大的作用。从本质上讲，发动机摩擦学包含了润滑的所有领域。
对活塞环组件进行摩擦学测试本质上是复杂的。例如，浮动衬垫已经用于研究活塞环摩擦特性2，但这种面向应用程序的测试夹具需要为每种类型的引擎单独设计。
这些独特的测试设备不仅昂贵，而且不能容纳标准的测试样本。此外，从这种专门设计的测试方法获得的数据的应用范围有限。因此，这些数据不具有普遍适用性，不能有效地在不同测试之间进行比较。
现在，该技术已开发出标准测试3.可以在气缸套和活塞环上进行。大多数先进的机械测试人员可以配置这些测试，他们也有能力比较结果从一个测试到另一个。
除了有助于改进发动机部件，这种对比测试还可以用于开发具有成本效益的发动机润滑油，并对这些润滑油进行质量控制。对于本文所描述的比较研究，aUMT Tribolab™（Bruker Nano Facess，San Jose，California）用于进行高速往复测试。这些是通过根据ASTM G181文件检查和记录活塞环的摩托环的摩擦学特性来执行这些方法3.，使用不同的测试参数组合，如频率、负载和润滑条件下的行程。
执行活塞环测试
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为了测量摩擦力(Fx)，活塞环在正常负载(Fz)下进行往复运动测试。该UMT TriboLab具有伺服控制的正常负载，并可以测量和记录一些测试参数，如Fz, Fx，和行程位置(lvdt)作为时间的函数。
图1描绘了在往复试验期间在四个连续循环中的时间内摩擦，FX和摩擦系数（COF）的代表性曲线图。为了获得该数据，在频率为10Hz的频率下，用200n的正常负载进行活塞环测试。
lvdt图显示测试是在25毫米的行程长度上进行的。在某种程度上，Fx图模拟了一个方波，这是由于在每半个周期中BDC和TDC位置的运动方向变化造成的。在中程时，由于润滑条件的变化，COF降低，而在死点处，由于边界润滑机制的普遍存在，Fx最高。
COF自动计算为FX至FZ的绝对值的比率。死亡中心的静态COF约为0.11，而平均COF为约0.06。
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图1所示。摩擦力（FX），行程位置（LVDT）和摩擦系数（COF）的曲线图作为在润滑条件下具有200n的正常载荷的气缸衬套段上的活塞环的时间的函数。
在发动机试验中，在增加和减少负载循环期间的标准负载曲线3.如图2所示。使用高速往复驱动器，在步进载荷轮廓以10Hz的频率下在25mm的行程长度的频率之后进行测试。
从每一个恒定负荷步骤中，收集负荷增加和减少周期的COF数据(表1)。随着正常负荷的增加，COF数据呈现增加的趋势。这种摩擦行为是由于在高负荷下，润滑制度向混合或边界区域的变化，在那里COF可能更高。
从表1可以看出，在减小和增加负载周期之间的相同恒定负载步骤中，COF中存在一些偏移。如ASTM标准的推荐，COF中的这种偏移可能是由于活塞环前的载流不足。3.
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图2。发动机试验的正常负荷曲线(Fz)作为时间的函数。
表1。在增加和减少加载周期中，不同负载下的COF值
| 加载 |
咖啡 |
| Fz N |
| 20. |
40 |
60. |
80 |
One hundred. |
120 |
140 |
160 |
180. |
200 |
| 增加 |
0.053 |
0.056 |
0.055 |
0.055 |
0.058 |
0.060 |
0.063 |
0.065 |
0.069 |
0.071 |
| 减少 |
0.055 |
0.059 |
0.061 |
0.062 |
0.064 |
0.065 |
0.066 |
0.069 |
0.071 |
0.071 |
为了确定比较表面粗糙度参数，Bruker Contouggt®利用光学轮廓仪对发动机试验前后的活塞环段表面形貌进行了评价。试验前后活塞环表面的代表性形貌如图3和图4所示。
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图3。发动机测试前的活塞环表面形貌图，由Bruker ContourGT干涉仪获得。
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图4。使用Bruker Contougt干涉仪进行发动机测试后活塞环的表面拓扑表。
表面参数，包括均方根高度(S问)，算术平均高度(S一个)、最小谷深(Sv)、最大峰谷高度(Sz)和最大峰高(Sp)，用干涉轮廓仪获得(表2)。
结果表明，参数S一个,年代p,年代问,年代v和sz在测试后减少了。这可能是由于在活塞环实际发动机测试之前的初始磨合步骤，这可能通过减少表面的粗糙性使原始表面更光滑。
这种表面粗糙高度的降低也可以归因于死点处的边界润滑条件，在死点处活塞环的粗糙直接与缸套部分接触。
表2。发动机试验前后活塞环表面参数
| 表面 |
表面参数，μm |
| 年代一个 |
年代问 |
年代p |
年代v |
年代z= |年代p- sv| |
| 在测试之前 |
0.205 |
0.249 |
0.821 |
-1.176 |
1.997 |
| 测试后 |
0.123 |
0.157 |
0.746 |
-0.688 |
1.434 |
往复测试结果可以在不同的汽缸衬里，活塞环和润滑剂材料中进行比较。欧洲杯足球竞彩这些研究可用于评估圆柱衬垫和活塞环段的摩擦学特性，跨越发动机类型。
它们还可以用于开发和测试发动机部件的新材料，并帮助开发更经济有效的润滑剂。欧洲杯足球竞彩
结论
发动机摩擦学在内燃机的各种机器元件的研究，开发和质量控制中起着关键作用。随着活塞组件是发动机摩擦损失的最大因素，汽缸衬里和活塞环部件在润滑剂存在下的摩擦学评估被认为是提高汽车能效的最有益的活动。
Bruker的城市轨道交通TriboLab测试系统可以进行这样的摩擦学评估，以帮助润滑剂制造商、材料科学家和汽车工程师实现他们的排放、燃料效率和耐久性目标。欧洲杯足球竞彩
关于UMT Triceolab.
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Bruker的UMT TriboLab系统是建立在该公司历史悠久的通用机械测试(UMT)平台上，以及其对速度、负载和定位的精确控制。TriboLab具有模块化设计，确保了灵活性，以实现大范围的冲程长度、速度、力和温度测试能力。
通常在几分钟内重新配置UMT Tribeolab几乎任何摩擦学测试。由于集成的“智能”硬件和软件接口，如Triboid™和Triboscript™，该仪器是多功能的，用户友好且高度高效的。
TriboID自动检测连接到主系统所需的大量组件，并对其进行配置以实现正常运行。TriboScript提供了一个安全的、增强的脚本接口，可以方便地编译已经创建的测试块的测试序列。配备了实时控制和数据分析软件，TriboLab系统确保了最高的精度和重复性。
参考文献
1.Dowson, D.，活塞组件:背景和润滑分析，摩擦学系列第26卷:发动机摩擦学，Taylor C. M.(编辑)，(Elsevier科学出版社BV，阿姆斯特丹，1993)213。欧洲杯线上买球
2.21.王志强，王志强，王志强，往复发动机活塞环摩擦特性的研究，润滑与密封，21 (1)(1993)欧洲杯线上买球
3. ASTM G181-11，在润滑条件下，ASTM International，West Conshocken，Pa，2011，Www.astm.org，在润滑条件下进行活塞环和气缸衬里材料的标准试验欧洲杯足球竞彩方法。
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这些信息来源于布鲁克纳米表面公司提供的材料。欧洲杯足球竞彩
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