CN101793607B - 发动机活塞喷油冷却试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发动机活塞喷油冷却试验装置，包括缸体和活塞，活塞设置于缸体内，活塞通过连杆与曲轴连接，曲轴一端与动力输入装置连接；活塞冷却腔的入口对应设置有喷油装置，活塞冷却腔出口连接一机油收集装置。本发明能够准确获取发动机活塞冷却腔的机油流量。

Description

发动机活塞喷油冷却试验装置

技术领域

本发明涉及一种发动机实验设备，尤其是一种发动机活塞喷油冷却试验装置。

背景技术

活塞是内燃机的关键部件之一，它的工作情况直接关系到内燃机工作的可靠性。活塞工作环境恶劣，不仅承受很大的机械负荷，顶面还受高温燃气周期性加热作用。高温、高负荷、高运动速度、润滑不良和冷却困难等，使其成为发动机中故障较多的零件之一。活塞缸套间的间隙随温度升高而减小，因而必需合理控制活塞温度，防止活塞温度过高而卡死于缸套中。另外，如果活塞的温度超过了活塞材料所能承受的极限，将大大降低活塞材料的强度，严重时还可能会使活塞烧毁。此外，如果活塞侧面温度过高，还会使润滑油发生变质而结胶，致使活塞环卡死。活塞热负荷和热强度问题的解决常常是提高整机技术水平的关键，直接影响内燃机工作可靠性和耐久性。因此活塞冷却成为柴油机设计的一项关键措施，而在高强化发动机上，采用在冷却腔中喷入机油的方式对活塞进行冷却效果较好，也是高强化发动机活塞冷却的最佳方案。

活塞喷油冷却试验是通过模拟活塞喷油冷却过程的机油流动状态，分析活塞冷却腔内机油流场，为活塞温度场的研究奠定基础。目前，发动机活塞喷油冷却实验台都是把活塞固定在活塞的某个行程，然后测量稳定状态下喷入活塞冷却腔内的机油流量。实际上发动机活塞冷却腔内机油是随着活塞的上下运动而发生强烈振荡，如果不考虑活塞运动对冷却腔内机油流动的影响，将很难准确的获取发动机活塞冷却腔的机油流量。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种能够准确获取发动机活塞冷却腔的机油流量，综合考虑的发动机活塞喷油冷却试验装置。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种发动机活塞喷油冷却试验装置，包括缸体和活塞，活塞设置于缸体内，活塞通过连杆与曲轴连接，曲轴一端与动力输入装置连接；活塞冷却腔入口对应设置有喷油装置，活塞冷却腔出口连接一机油收集装置。

所述曲轴的两端通过主轴承固定。

所述动力输入装置包括电动机，电动机输出轴通过衬套与曲轴一端连接，电动机输出轴上设有转速传感器及计数器，电动机与变频器连接，变频器与电源连接。

所述机油收集装置包括金属短管、软管、电磁换向阀和油缸，金属短管一端与活塞冷却腔的出口连接，另一端与软管一端连接，软管另一端与电磁换向阀连接，电磁换向阀的两个出口分别连通到油箱A和油箱B内。

本发明通过电动机带动曲轴按固定的转速旋转，带动活塞的上下运动，模拟发动机在固定转速下活塞上下运动过程。通过变频器控制电动机的转速，从而可以模拟不同转速下活塞的运动过程。

采用真实发动机上安装的喷油装置将冷却机油由活塞冷却腔入口持续喷入，模拟发动机在实际工作时的活塞喷油冷却过程。

为了获取活塞冷却腔内机油流量，在冷却腔出口处连接一金属短管，金属短管外再接一根软管。活塞冷却腔流出的机油首先进入金属短管，再进入软管。另外，活塞在运动过程中，由于软管的柔韧性，活塞的运动状态不受到外接管道的影响。

在软管出口处安装一个电磁换向阀，通过换向阀将机油分别引入两个油箱(A和B)。在电磁阀未通电时，冷却腔流出的机油最终流入油箱A；通电之后，机油最终流入油箱B。

在电动机的轴上安装转速传感器及计数器，用于确定电动机的转动速度及转动次数。

启动试验装置，待机油流动状态稳定后，读取转速传感器及计数器初值。与此同时，给电磁阀通电，将机油引入油箱B。经过一定时间后，计取计数器终值并关闭电磁阀，测量油箱B中的油量，即获取一定循环下流入冷却腔的机油流量。

由于流场的流动参数很难通过实验完全获取，通常只能通过流动计算来获取相关的流动参数。而为了验证流动计算的准确性，通常需要通过实验测量流体的流量，使用实验获取的流量值与流动计算获取的流量值进行对比，如果误差小于一定值，可以认为流动计算是准确的，流动计算获取的其它参数也可认为是较为真实的。目前，国内的实验装置只能获取活塞在静止时刻喷入冷却腔的机油流量(与发动机实际工作情况严重不符)，无法用于验证活塞喷油冷却流场计算的准确性。而本发明可以获取发动机活塞在高速运动时喷入冷却腔的流量，更接近发动机实际的工作状况。因而，本发明获取的流量结果能够验证活塞喷油冷却流场计算的准确性。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是活塞结构结构示意图；

其中，1.缸体，2.活塞，3.连杆，4.软管，5.电磁换向阀，6.油缸A，7.油缸B，8.主轴承，9.曲轴，10.喷油装置，11.衬套，12.计数器，13.转速传感器，14.电动机，15.变频器，16.电源，17.活塞冷却腔入口，18.活塞冷却腔出口，19.冷却腔；20.金属短管，21.喷射的机油流动路线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1、2所示，发动机活塞喷油冷却试验装置，包括缸体1和活塞2，活塞2设置于缸体1内，活塞2通过连杆3与曲轴9连接，曲轴9一端与动力输入装置连接；活塞2内设有冷却腔19，活塞冷却腔入口17对应设置有喷油装置10，活塞冷却腔出口18连接一机油收集装置。

所述曲轴9的两端通过主轴承8固定。

所述动力输入装置包括电动机14，电动机输出轴通过衬套11与曲轴9一端连接，电动机输出轴上设有转速传感器13及计数器12，电动机14与变频器15连接，变频器15与电源16连接。

所述机油收集装置包括金属短管20、软管4、电磁换向阀5和油缸，金属短管20一端与活塞冷却腔出口18连接，另一端与软管4一端连接，软管4另一端与电磁换向阀5连接，电磁换向阀5的两个出口分别连通到油箱A6和油箱B7内。

本发明通过电动机14带动曲轴9按固定的转速旋转，带动活塞2的上下运动，模拟发动机在固定转速下活塞2上下运动过程。通过变频器15控制电动机14的转速，从而可以模拟不同转速下活塞2的运动过程。

采用真实发动机上安装的喷油装置将冷却机油由活塞冷却腔入口17持续喷入，模拟发动机在实际工作时的活塞喷油冷却过程。

为了获取活塞冷却腔内机油流量，在活塞冷却腔出口18处连接一金属短管20，金属短管20外再接一根软管4。活塞冷却腔流出的机油首先进入金属短管20，再进入软管4。另外，活塞2在运动过程中，由于软管4的柔韧性，活塞2的运动状态不受到外接管道的影响。

在软管出口处安装一个电磁换向阀，通过换向阀将机油分别引入两个油箱(A和B)。在电磁阀未通电时，冷却腔流出的机油最终流入油箱A；通电之后，机油最终流入油箱B。

在电动机14的轴上安装转速传感器13及计数器12，用于确定电动机14的转动速度及转动次数。

启动试验装置，待机油流动状态稳定后，读取转速传感器13及计数器12初值。与此同时，给电磁换向阀5通电，将机油引入油箱B7。经过一定时间后，计取计数器12终值并关闭电磁换向阀5，测量油箱B7中的油量，即获取一定循环下流入冷却腔的机油流量。 

Claims (3)

1.一种发动机活塞喷油冷却试验装置，包括缸体和活塞，活塞设置于缸体内，活塞通过连杆与曲轴连接，其特征在于：曲轴一端与动力输入装置连接；活塞冷却腔入口对应设置有喷油装置，活塞冷却腔出口连接一机油收集装置；

所述机油收集装置包括金属短管、软管、电磁换向阀、第一油箱（A）和第二油箱（B），金属短管一端与活塞冷却腔的出口连接，另一端与软管一端连接，软管另一端与电磁换向阀连接，电磁换向阀的两个出口分别连通到第一油箱（A）和第二油箱（B）内。

2.根据权利要求1所述的发动机活塞喷油冷却试验装置，其特征在于：所述曲轴的两端通过主轴承固定。

3.根据权利要求1所述的发动机活塞喷油冷却试验装置，其特征在于：所述动力输入装置包括电动机，电动机输出轴通过衬套与曲轴一端连接，电动机输出轴上设有转速传感器及计数器，电动机与变频器连接，变频器与电源连接。

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