CN102226741A

CN102226741A - 评价内燃机的冷却均匀性的模拟试验机

Info

Publication number: CN102226741A
Application number: CN2011100920359A
Authority: CN
Inventors: 刘波; 刘震涛; 俞小莉; 韩松; 夏平; 尹旭; 李�杰; 傅佳宏; 夏琪伟
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2011-04-13
Filing date: 2011-04-13
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2031-04-13
Also published as: CN102226741B

Abstract

本发明公开了一种评价内燃机的冷却均匀性的模拟试验机，包括：内燃机机体、水泵、高温油泵、第一电机、第二电机、冷却水流量计、冷却风扇、散热器、第一节流阀、第二节流阀、冷却水出口温度传感器、冷却水出口压力传感器、导热油锅炉、高温流量计、模拟活塞、测量板等。本发明使用导热油锅炉加热硅油并使其循环通过内燃机气缸来模拟实际内燃机发热，循环冷却液来冷却模拟试验机，该试验装置在发动机缸盖和机体之间设置测量板，便于布置相关传感器测量内燃机冷却水套内部参数。该模拟试验机与实际内燃机相比，结构简单，试验周期短，实现了低成本下高效测量内燃机冷却均匀性的功能。

Description

评价内燃机的冷却均匀性的模拟试验机

技术领域

本发明涉及模拟试验机，尤其涉及一种评价内燃机的冷却均匀性的模拟试验机。

背景技术

内燃机缸盖、机体体是发动机的主要部件，其形式以及内部的冷却水道形状都非常复杂。试验证实，燃气传给冷却液的热量约占燃料总发热量的20%-30%，故柴油机冷却系统对柴油机经济性、可靠性、和排放性能等都有很大影响，对大功率的柴油机来说尤为突出。

冷却不足会导致过热、爆燃、早燃、排放增加、零件磨损加剧等，使发动机的动力性、经济性、可靠性和排放性全面恶化；如果冷却过度，冷却水带走太多的热量，也会使柴油机性能降低，冷起动困难。所以准确地了解冷却系统的冷却效果，有利于合理设计和改进柴油机结构。多缸发动机各缸冷却水的均匀性对冷却效果有着直接的影响，因此通过研究各缸冷却液的流动均匀性来了解冷却系统的冷却效果进而进行结构改进是一个重要而直接的手段。

目前，在冷却液的流动均匀性研究领域，主要研究手段有流体动力学仿真分析、实机试验。

流体动力学仿真分析是随着计算机飞速发展产生的一种计算机分析方法，方便、快捷、可以在试验条件有限的情况下进行计算机模拟分析。不过，其准确性依赖于边界条件是否符合实际情况，而边界条件的确定依靠于试验。

实机试验是最接近实际情况的试验方法，不过由于内燃机气缸内压力较大，温度高,无法在水套内部布置温度和压力传感器，从而无法实现对冷却液的流动均匀性进行定量测量。另外实机实验对内燃机本身改装较多，试验周期长，试验成本高。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种评价内燃机的冷却均匀性的模拟试验机。

为解决现有技术问题，本发明的技术方案是：

评价内燃机的冷却均匀性的模拟试验机包括内燃机冷却水套、内燃机第一气缸、冷却水入口压力传感器、冷却水入口温度传感器、水泵、第一电机、冷却水流量计、冷却风扇、散热器、第一节流阀、水管、冷却水出口温度传感器、冷却水出口压力传感器、第一气缸流量计、第二气缸流量计、第三气缸流量计、第四气缸流量计、第一气缸节流阀、第二气缸节流阀、第三气缸节流阀、第四气缸节流阀、导热油入口温度传感器、高温油泵、第二电机、导热油锅炉、高温流量计、导热油出口温度传感器、第一回油支路、第二回油支路、第三回油支路、第四回油支路、第一模拟活塞、内燃机机体、内燃机缸盖、测量板、第二模拟活塞、第三模拟活塞、第四模拟活塞、进油总管、回油总管、第一进油支管、第二进油支管、第三进油支管、第四进油支管、NI-PXI9211采集卡、NI-PXI9203采集卡、上位机、内燃机第二气缸、内燃机第三气缸和内燃机第四气缸；水泵的进水口、冷却水流量计、散热器、第一节流阀、内燃机冷却水套顺次相连，在内燃机冷却水套与第一节流阀之间的管路内设有冷却水出口温度传感器和冷却水出口压力传感器，在内燃机冷却水套与水泵之间的管路内设有冷却水入口压力传感器、冷却水入口温度传感器；导热油锅炉的进油口经高温流量计与回油总管相连，导热油锅炉的出油口经高温油泵与进油总管相连，回油总管与进油总管之间并联设有个回油支路，其中第一回油支路与内燃机第一气缸的排气口相连，内燃机第一气缸的底部设有第一模拟活塞，第一模拟活塞、第一气缸流量计、第一气缸节流阀、第一进油支管顺次相连，第二回油支路与内燃机第二气缸的排气口相连，内燃机第二气缸的底部设有第二模拟活塞，第二模拟活塞、第二气缸流量计、第二气缸节流阀、第二进油支管顺次相连，第三回油支路与内燃机第三气缸的排气口相连，内燃机第三气缸的底部设有第三模拟活塞，第三模拟活塞、第三气缸流量计、第三气缸节流阀、第三进油支管顺次相连，第四回油支路与内燃机第四气缸的排气口相连，内燃机第四气缸的底部设有第四模拟活塞，第四模拟活塞、第四气缸流量计、第四气缸节流阀、第四进油支管顺次相连，回油总管与高温油泵之间的管路内设有导热油出口温度传感器，进油总管与高温流量计之间的管路内设有导热油出口温度传感器；冷却水入口温度传感器、冷却水出口温度传感器、导热油入口温度传感器和导热油出口温度传感器与NI-PXI9211采集卡相连，冷却水入口压力传感器和冷却水出口压力传感器与NI-PXI9203采集卡相连， NI-PXI9203采集卡和NI-PXI9211采集卡与上位机相连。

所述的内燃机机体与内燃机缸盖之间设有测量板，测量板截面形状与内燃机缸盖端面的相同。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）现有技术由于实机实验时气缸内压力大、温度高，难以在水套内部布置温度和压力传感器；而本发明由于使用加热循环硅油的方法来模拟内燃机发热，温度压力相对较小，且在内燃机缸盖和机体之间布置测量板，易于布置传感器实现对冷却水套内冷却液温度和压力的测量。

（2）现有技术由于实机实验时需要使用结构完整的内燃机，并且直接在内燃机上设置传感器，需要对内燃机进行较多加工，试验周期长，试验成本高；而本发明仅仅需要内燃机的机体缸盖，大大缩短了试验周期，降低了试验成本。

（3）现有技术由于实机实验时需要消耗大量燃油；而本发明使用加热装置来模拟内燃机实际发热情况，仅使用电能，试验更加环保节能，并降低了试验成本。

(4)现有技术只能对冷却装置进行调节，而本发明可以同时对加热装置和冷却装置进行调节，达到热平衡的速度更快，控制自动化程度更高。

附图说明

图1是本发明试验装置的结构示意图；

图2是图1中测量板的俯视图示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细表述。

如图1所示，评价内燃机的冷却均匀性的模拟试验机包括内燃机冷却水套1、内燃机第一气缸2、冷却水入口压力传感器3、冷却水入口温度传感器4、水泵5、第一电机6、冷却水流量计7、冷却风扇8、散热器9、第一节流阀10、水管11、冷却水出口温度传感器12、冷却水出口压力传感器13、第一气缸流量计14、第二气缸流量计15、第三气缸流量计16、第四气缸流量计17、第一气缸节流阀18、第二气缸节流阀19、第三气缸节流阀20、第四气缸节流阀21、导热油入口温度传感器22、高温油泵23、第二电机24、导热油锅炉25、高温流量计26、导热油出口温度传感器27、第一回油支路28、第二回油支路29、第三回油支路30、第四回油支路31、第一模拟活塞32、内燃机机体33、内燃机缸盖34、测量板35、第二模拟活塞36、第三模拟活塞37、第四模拟活塞38、进油总管39、回油总管40、第一进油支管41、第二进油支管42、第三进油支管43、第四进油支管44、NI-PXI9211采集卡45、NI-PXI9203采集卡46、上位机47、内燃机第二气缸48、内燃机第三气缸49和内燃机第四气缸50；水泵5的进水口、冷却水流量计7、散热器9、第一节流阀10、内燃机冷却水套1顺次相连，在内燃机冷却水套1与第一节流阀10之间的管路内设有冷却水出口温度传感器12和冷却水出口压力传感器13，在内燃机冷却水套1与水泵5之间的管路内设有冷却水入口压力传感器3、冷却水入口温度传感器4；导热油锅炉25的进油口经高温流量计26与回油总管40相连，导热油锅炉25的出油口经高温油泵23与进油总管39相连，回油总管40与进油总管39之间并联设有4个回油支路，其中第一回油支路28与内燃机第一气缸2的排气口相连，内燃机第一气缸2的底部设有第一模拟活塞32，第一模拟活塞32、第一气缸流量计14、第一气缸节流阀18、第一进油支管41顺次相连，第二回油支路29与内燃机第二气缸48的排气口相连，内燃机第二气缸48的底部设有第二模拟活塞36，第二模拟活塞36、第二气缸流量计15、第二气缸节流阀19、第二进油支管42顺次相连，第三回油支路30与内燃机第三气缸49的排气口相连，内燃机第三气缸49的底部设有第三模拟活塞37，第三模拟活塞37、第三气缸流量计16、第三气缸节流阀20、第三进油支管43顺次相连，第四回油支路31与内燃机第四气缸50的排气口相连，内燃机第四气缸50的底部设有第四模拟活塞38，第四模拟活塞38、第四气缸流量计17、第四气缸节流阀21、第四进油支管44顺次相连，回油总管40与高温油泵23之间的管路内设有导热油出口温度传感器27，进油总管39与高温流量计26之间的管路内设有导热油出口温度传感器27；冷却水入口温度传感器4、冷却水出口温度传感器12 、导热油入口温度传感器22和导热油出口温度传感器27与NI-PXI9211采集卡45相连，冷却水入口压力传感器3和冷却水出口压力传感器13与NI-PXI9203采集卡46相连， NI-PXI9203采集卡46和NI-PXI9211采集卡45与上位机47相连。

如图2所示，内燃机机体33与内燃机缸盖34之间设有测量板35，测量板35截面形状与内燃机缸盖34端面的相同，可在侧面打孔用于在内燃机冷却水套内布置传感器。

本发明的工作过程如下

本发明开始工作时，需首先打开上位机47、NI-PXI9203采集卡46和NI-PXI9211采集卡45，待确认各传感器均有信号输出后方可开启第一电机6，带动水泵5工作，使冷却液循环。根据冷却水流量计7所采集的信号，调整第一电机6的转速和第一节流阀10的开度，使冷却液流量与模拟工况相同。

同时打开第二电机24和导热油锅炉25，加热硅油并使其循环通过内燃机，根据实验要求调节第一气缸节流阀18、第二气缸节流阀19、第三气缸节流阀20、第四气缸节流阀21，可以模拟内燃机不同气缸数工作时的情况。导热油入口温度传感器22、导热油出口温度传感器27采集硅油进出气缸前后的温度，并通过NI-PXI9211采集卡45传输到上位机47，结合高温流量计26采集的流量信号，上位机47可以计算出加载给模拟试验机的热负荷，并通过调整第二电机24的转速，即调整高温油泵23转速的方法来调整模拟试验机的热负荷；同时根据冷却水入口温度传感器4和冷却水出口温度传感器12采集的冷却液温度信号，调整冷却风扇8的转速来调整冷却回路的散热量，从而实现双回路动态调节，使模拟试验机更快的达到热平衡，达到了同时模拟内燃机实际工况的目的。

对冷却水套内部温度压力参数的测量，可根据需要在测量板35上侧向打孔布置相应传感器，可以实现对内燃机各缸冷却均匀性的全面评价。

Claims

1.一种评价内燃机的冷却均匀性的模拟试验机，其特征在于包括内燃机冷却水套（1）、内燃机第一气缸（2）、冷却水入口压力传感器（3）、冷却水入口温度传感器（4）、水泵（5）、第一电机（6）、冷却水流量计（7）、冷却风扇（8）、散热器（9）、第一节流阀（10）、水管（11）、冷却水出口温度传感器（12）、冷却水出口压力传感器（13）、第一气缸流量计（14）、第二气缸流量计（15）、第三气缸流量计（16）、第四气缸流量计（17）、第一气缸节流阀（18）、第二气缸节流阀（19）、第三气缸节流阀（20）、第四气缸节流阀（21）、导热油入口温度传感器（22）、高温油泵（23）、第二电机（24）、导热油锅炉（25）、高温流量计（26）、导热油出口温度传感器（27）、第一回油支路(28)、第二回油支路(29)、第三回油支路(30)、第四回油支路(31)、第一模拟活塞(32)、内燃机机体(33)、内燃机缸盖(34)、测量板(35)、第二模拟活塞(36)、第三模拟活塞(37)、第四模拟活塞(38)、进油总管(39)、回油总管(40)、第一进油支管(41)、第二进油支管(42)、第三进油支管(43)、第四进油支管(44)、NI-PXI9211采集卡(45)、NI-PXI9203采集卡(46)、上位机(47)、内燃机第二气缸(48)、内燃机第三气缸(49)和内燃机第四气缸(50)；水泵(5)的进水口、冷却水流量计(7)、散热器(9)、第一节流阀(10)、内燃机冷却水套(1)顺次相连，在内燃机冷却水套(1)与第一节流阀(10)之间的管路内设有冷却水出口温度传感器(12)和冷却水出口压力传感器(13)，在内燃机冷却水套(1)与水泵(5)之间的管路内设有冷却水入口压力传感器(3)、冷却水入口温度传感器(4)；导热油锅炉（25）的进油口经高温流量计（26）与回油总管（40）相连，导热油锅炉（25）的出油口经高温油泵(23)与进油总管(39)相连，回油总管（40）与进油总管(39)之间并联设有(4)个回油支路，其中第一回油支路(28)与内燃机第一气缸(2)的排气口相连，内燃机第一气缸(2)的底部设有第一模拟活塞(32)，第一模拟活塞(32)、第一气缸流量计(14)、第一气缸节流阀(18)、第一进油支管(41)顺次相连，第二回油支路(29)与内燃机第二气缸(48)的排气口相连，内燃机第二气缸(48)的底部设有第二模拟活塞(36)，第二模拟活塞(36)、第二气缸流量计(15)、第二气缸节流阀(19)、第二进油支管(42)顺次相连，第三回油支路(30)与内燃机第三气缸(49)的排气口相连，内燃机第三气缸(49)的底部设有第三模拟活塞(37)，第三模拟活塞(37)、第三气缸流量计(16)、第三气缸节流阀(20)、第三进油支管(43)顺次相连，第四回油支路(31)与内燃机第四气缸(50)的排气口相连，内燃机第四气缸(50)的底部设有第四模拟活塞(38)，第四模拟活塞(38)、第四气缸流量计(17)、第四气缸节流阀(21)、第四进油支管(44)顺次相连，回油总管（40）与高温油泵(23)之间的管路内设有导热油出口温度传感器(27)，进油总管(39)与高温流量计（26）之间的管路内设有导热油出口温度传感器(27)；冷却水入口温度传感器（4）、冷却水出口温度传感器(12) 、导热油入口温度传感器（22）和导热油出口温度传感器（27）与NI-PXI9211采集卡（45）相连，冷却水入口压力传感器（3）和冷却水出口压力传感器（13）与NI-PXI9203采集卡（46）相连， NI-PXI9203采集卡（46）和NI-PXI9211采集卡（45）与上位机（47）相连。

2. 根据权利要求1所述的一种评价内燃机的冷却均匀性的模拟试验机，其特征在于所述的内燃机机体（33）与内燃机缸盖（34）之间设有测量板（35），测量板（35）截面形状与内燃机缸盖（34）端面的相同。