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【本学研究者情报】

〇流体科学研究所　教授　石本淳

【発表のポイント】

• スーパーコンピューターでエンジンピストンピン摺动部における摩耗?焼付き発生部位に関するシミュレーション予测に世界で初めて成功した。
• ピストンピンの弓なり状の変形が、コンロッドエッジにおける机械接触?焼付きの原因であることを特定した。
• ピストンピンとコンロッド双方の弾性変形ならびに非定常流路変化を伴う薄膜キャビテーション^注1润滑を考虑した、3次元混相流体－构造体连成解析手法^注2の开発に成功した。

【概要】

レシプロエンジン（ピストンエンジン）は燃焼による动力を往復运动として取り出し、回転运动に変换することで駆动を行う、自动车や航空机、発电机など多数の用途に使用される动力机械です。燃焼による大きな动力を、駆动系に効率よく伝达することが重要ですが、そのような过酷な稼働条件下では部品に対し高耐久性が求められます。実际に、レシプロエンジンの故障原因として最も多くあげられるのが部品の摩耗?焼付きであり、これは润滑油の油膜が途切れることにより金属部品が接触し、伤が付いたり固着する现象で，动力机械全体の性能を左右します。焼付きが生じると、多くの场合エンジンの始动が不可能になり、エンジン自体を交换する必要があるなど、被害が极めて大きくなる可能性が高い故障となります。特に、ピストンピン－コンロッド间の润滑は、内燃机関において最も厳しい条件下での流体润滑が求められます。しかしながら、流体润滑における摩耗?焼付き発生部位の検証には理论や计算による予测は不可能であると考えられ、长期间にわたる负荷试験を行わざるをえませんでした。

东北大学流体科学研究所の石本淳 教授と本田技研工業株式会社の研究グループは、エンジンピストンピン－コンロッド小端間の相変化を伴う狭あい潤滑油液膜流れに着目し、構造体の弾性変形と流路変化を考慮した混相流体－構造体連成解析手法を新たに開発し、厳しい負荷条件下におけるトライボロジー^注3特性に関するシミュレーション予测法を开発しました（図1）。その结果、摺动部における摩耗?焼付き発生部位のシミュレーション予测に成功するとともに、构成部品の特异な変形挙动が摩耗?焼付きの発生要因であることを発见しました。

本研究手法は自动车用エンジンのみならず流体润滑を用いた全ての摺动部品要素に适用可能であり、输送机械?产业机械の损伤予测や构成要素の安全性指针策定に贡献します。本研究により，摩耗?耐久性试験时间や製造コストが削减され，机械接触を伴う全ての构成要素の最适设计が可能になります。

本研究成果は、2022年8月29日付で米国機械学会の学術誌"ASME Journal of Tribology" On-line版に掲載されました。

【用语解説】

注1.　キャビテーション：
ある温度における液体流れ场中の圧力が饱和蒸気圧以下となった条件で短时间に気泡が生成、また液体圧力が回復すると気泡消灭が生じる物理现象

注2.　连成解析：
２つ以上の物理现象が相互に及ぼす影响を考虑した解析をすることを指します。本研究の场合、主に弾性力学?流体力学?热力学の3つの物理化学现象の相互作用を考虑した解析となっています。

注3.　トライボロジー：
润滑や摩擦?摩耗?焼付きなど相対运动しながら互いに影响し合う2つの表面の间に起こるすべての现象を対象とする科学と技术を指します。

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
东北大学流体科学研究所　
附属未到エネルギー研究センター长
教授　石本　淳
电话　022-217-5271
贰-尘补颈濒　ishimoto*alba.ifs.tohoku.ac.jp
（*を蔼に置き换えてください）

（报道に関すること）
东北大学流体科学研究所
広报戦略室
电话　022-217-5873
贰-尘补颈濒　ifs-koho*grp.tohoku.ac.jp
（*を蔼に置き换えてください）