[发明专利]一种用于模拟LNG燃料柴油机环境的缸套-活塞环试验平台

说明书

本发明公开了一种用于模拟LNG燃料柴油机环境的缸套‑活塞环试验平台，包括试验平台、样品仓、缸套夹具、活塞环夹具、主连杆、驱动装置、数据监测装置和数据采集装置；样品仓上设有控制其内湿度的压缩空气供给装置；缸套夹具设于样品仓内的试验平台上，缸套夹具底部设有温控装置，活塞环夹具设于样品仓内缸套夹具上方，且通过竖直平移装置安装在主连杆的一端；主连杆中部通过水平方向的滑动副与样品仓侧板相连，并延伸到样品仓外通过传动装置与驱动装置；数据监测装置用于监测活塞环与缸套相对运动过程中的温度、压力、摩擦力及油膜厚度。可以模拟LNG燃料柴油机的高温、高压和干燥环境等真实的摩擦工况。

技术领域

本发明属于发动机领域，涉及一种缸套活塞环往复试验平台，具体涉及一种用于模拟LNG燃料柴油机环境的缸套-活塞环试验平台，可以模拟LNG燃料柴油机的高温、高压和干燥环境。

背景技术

环境问题一直是人类社会面临的重大问题，进入21世纪以来，随着人类对于化石燃料的消耗大大增加，温室气体的排放已经危及到了人类社会安全，环境问题已经逐渐成为制约我国全面可持续发展的一项重要因素。其中由于内燃机的广泛使用，能源短缺与环境污染逐渐成为当今世界所面临的环境问题中的首要问题。《国际能源署2018年全球能源消耗报告》中显示，在全世界一次能源消费占比中，石油能源排在第一位置，占全部一次能源消耗的31%，包括煤炭，天然气在内，传统化石能源总占比达到了80%。同时，自从工业革命以来，由于化石燃料燃烧产生的二氧化碳急剧增加，到2020年，全球每年二氧化碳排放总量已经达到了330亿吨，而在1940年，全球年二氧化碳排放总量仅为50亿吨。如何高效的利用化石能源以及控制尾气排放已经成为刻不容缓的重中之重。

柴油机作为化石能源消耗的动力设备，在汽车、航海领域有着十分广泛的应用。而LNG作为低碳燃料，可以作为取代柴油的新能源。当今船舶市场中，已经有5%的船舶采用LNG作为主要动力来源。对柴油机的研究，除了柴油机的动力性能、耐久性能之外，对于柴油机燃油经济性、排放等方面也开展了相关的研究。柴油机性能的改善，对于解决能源问题与环境问题有着极其重要的意义。缸套-活塞环系统柴油机进行能源转换的核心部件，其性能的好坏直接影响了柴油机热效率的高低。研究显示，在内燃机总的能量损失分布中，由于摩擦磨损导致的能量损失占总能量损失的4%-15%，其中，缸套-活塞环摩擦损失占总摩擦损失的40%-55%，由此可见缸套活塞环摩擦系统的摩擦学性能对于柴油机的动力性，经济性和可靠性有着重要的意义。在柴油机工作过程中燃料燃烧产生的会通过活塞环传递给缸套，在柴油机工作过程中第一道活塞环处润滑油的油膜温度在150℃-190℃之间，与传统柴油机相比，LNG燃点更高，约为650℃。正常工作条件下缸壁的温度为200℃左右，LNG燃料柴油机应用的高温，高压，干燥环境比传统柴油机更加复杂，因此研究LNG燃料柴油机缸套-活塞环的摩擦机理必须考虑到实际的高温高压干燥的工作环境。

根据试验台模拟方法可将对缸套活塞环摩擦学性能的实验研究分为两类，其一是直接在柴油机上进行实验，通过控制实验变量得出结论，该方法完全还原了实际工作过程中缸套活塞环的摩擦条件，但是弊端是柴油机拆装不便，控制实验变量较为麻烦。其二是将缸套活塞环切片，并将其放在特制的夹具上进行摩擦，模拟缸套活塞环在柴油机内部的摩擦过程。此方法实际操作简单，但无法完全还原缸套活塞环在实际摩擦过程中的摩擦工况，尤其是无法考虑到燃料在缸内燃烧所产生的温度和压强对缸套活塞环摩擦的影响。实际工作温度对缸套活塞环之间的油膜厚度影响很大，油膜温度过高会大幅的减少油膜厚度，改变油膜粘度以及缸套活塞环之间的压力，从而影响缸套活塞环间的摩擦磨损，如果不考虑温度，压强，湿度对油膜厚度产生的影响，可能会影响摩擦磨损实验的结果。专利文献（申请号201821322538.4）公开了一种车用柴油机高频往复式摩擦磨损实验机，但其实验机并未涉及温度及压力等因素的控制方法。专利文献（申请号201310134469.X）公开了一种双联活塞-缸套摩擦磨损试验台，其摩擦磨损试验台也未提及温度及压力的控制手段。因此，有必要设计一种能够同时考虑到温度，压强和湿度等因素在内的缸套活塞环往复摩擦试验台，以保证实验方便进行的同时，尽可能的模拟LNG燃料柴油机缸内实际的摩擦条件。

发明内容