CN104266840B - 重型发动机深度冷热冲击试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种重型发动机深度冷热冲击试验装置，包括发动机，特征是：所述发动机出水口与第二切换阀的第三端口连接，第二切换阀的第二端口与热水箱连接，第二切换阀的第一端口与冷水箱和冷膨胀水箱连接，冷膨胀箱与热膨胀水箱连接，热膨胀水箱与第二切换阀的第二端口连接；所述发动机进水口与第一切换阀的第三端口连接，第一切换阀的第二端口与热水箱连接，第一切换阀的第一端口与三通比例阀的第三端口连接，三通比例阀的第一端口与冷水箱连接，三通比例阀的第二端口与第二切换阀的第一端口连接；所述热水箱分别与热水换热器和蒸汽换热器连接，冷水箱与制冷机组连接。本发明可以提高单位时间的交变次数，在较短时间内验证发动机的可靠性。

Description

重型发动机深度冷热冲击试验装置

技术领域

本发明涉及一种重型发动机在开发试验过程中的测试装备，尤其是一种重型发动机深度冷热冲击试验装置。

背景技术

根据GB/T19055-2003汽车发动机可靠性试验方法，发动机在开发试验过程中需考核发动机的热膨胀和冷收缩情况下的耐久性能，检查发动机在高差异热负荷作用下的性能；重点考核缸盖、缸盖垫片以及活塞、气门等运动件在冷热负荷冲击下的可靠性。

冷热冲击试验规范见表1，表1中，Tp系发动机自行加热至规定出水温度所需的时间，工况1到2，2到3的转换在5s以内完成；工况3到4，4到1的转换在15s以内完成，均匀地改变转速及负荷，每个循环历时6min。

表1 国标冷热冲击试验循环规范

根据GB/T19055-2003规范要求，重型发动机需要进行500小时的热冲击，即5000次试验循环。

根据试验规范的要求，现有技术中国内的这类测试设备基本类同于图1。其原理为：发动机运行热循环工况(工况1)时，发动机3a的出水经过观察孔2a、流量计1a和三通比例阀4a后直接进入发动机3a进水口，由发动机3a自行加热至热循环规范的出水温度，当出水温度达到规范要求后进入工况2，运行15s后，进入工况3，运行15s，这时的发动机3a出水温度会自然上升。之后，进入冷循环工况(工况4)，发动机3a的出水经过观察孔2a、流量计1a和三通比例阀4a后进入换热器5a进行快速冷却，经冷却后的发动机3a冷却液进入发动机3a，快速冷却发动机3a，使发动机3a出水达到规范的要求。

根据GB/T19055-2003国标要求，发动机冷循环温度为34～38℃，热循环温度为105℃，特别是在冷循环工况没有严格按照我国的地理特征进行考核(北方冬天的气温较低)，冷热温差约为71℃，考核的温差不够大。

而且，根据规范要求从冷循环转入热循环时，发动机的出水温度是由发动机自行加热至规定的出水温度值，由于是靠发动机自行加热，所以出水温度是缓慢上升的一个过程，没有体现出冷热的冲击(温度突变)力度。

另外，规范要求一个冷热循环的时间为6min，重型发动机的冷热冲击需考核500小时，总共5000次的冷热循环，试验的时间较长，消耗的能源和费用也较多。

由于GB/T19055-2003国标中对热冲击的温差要求相对较低，冷热冲击的强度也不大，不能充分的考核到发动机的可靠性，而且造成试验的能源和效率的浪费。

为了解决上述问题，我们通过学习对国外重型发动机热冲击试验的先进经验，并结合国标与企业的实际情况，我们也相应的制定了企业标准的重型发动机深度热冲击试验规范，试验规范比国标标准，对发动机的考核更加严格和苛刻，更加真实的模拟了整车的实际运行工况。

规范要求发动机的冷循环出水温度为15℃，热循环的出水温度为105℃，出水温度的冷热温差达90℃，而且为了达到最大的进行冷热冲击强度，要求从15℃升温至105℃和从105℃降温至15℃的时间越快越好，一般不超过120S。在满足考核目的的同时，尽可能的缩短试验时间。规范要求见表2：

表2 重型发动机深度热冲击试验规范

规范要求，冷循环和热循环的实际运行时间根据设备的升温与降温能力和发动机缸盖金属温度的稳定时间最终标定得出，但冷和热循环的最长运行时间不得超出600S。发动机的热冲击考核时间为750次。

由于试验规范和国标试验规范已大不相同，原有的国标热冲击试验设备已不能满足试验规范的要求了，所以需要根据试验规范的要求，设计制造出一套适合重型发动机深度热冲击试验装置，以满足工厂重型发动机可靠性开发试验的需求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种重型发动机深度冷热冲击试验装置，在试验台架上使发动机受到较大的实际交变负荷及热负荷试验，并提高单位时间的交变次数，以期在较短的时间内验证发动机的可靠性。

按照本发明提供的技术方案，一种重型发动机深度冷热冲击试验装置，包括发动机，特征是：所述发动机的出水口与第二切换阀的第三端口连接，第二 切换阀的第二端口与热水箱连接，第二切换阀的第一端口分别与冷水箱和冷膨胀水箱连接，冷膨胀水箱与热膨胀水箱连接，热膨胀水箱分别与第二切换阀的第二端口和热水箱连接；所述发动机的进水口与第一切换阀的第三端口连接，第一切换阀的第二端口与第一循环泵的一端连接，第一循环泵的另一端与热水箱连接，第一切换阀的第一端口与第二循环泵的一端连接，第二循环泵的另一端与三通比例阀的第三端口连接，三通比例阀的第一端口与冷水箱连接，三通比例阀的第二端口分别与冷膨胀水箱和第二切换阀的第一端口连接；所述热水箱分别与热水换热器和蒸汽换热器连接，冷水箱与制冷机组连接。

进一步的，所述发动机的出水口与第二切换阀的第三端口之间连接电磁流量计。

进一步的，所述热水换热器上设有冷却水进口和冷却水出口，冷却水进口安装第一电磁阀，热水换热器的进水口与热水箱的出水口之间通过第五循环泵连接，热水换热器的出水口与热水箱的回水口连接。

进一步的，所述蒸汽换热器上设有蒸汽进口和蒸汽出口，蒸汽进口安装第二电磁阀，蒸汽换热器的进水口与热水箱的出水口之间通过第三循环泵连接，蒸汽换热器的出水口与热水箱的回水口连接。

进一步的，所述制冷机组的进口与冷水箱的出水口之间通过第四循环泵连接，制冷机组的出口与冷水箱的回水口连接。

进一步的，在所述发动机的出水口设置发动机出水温度传感器。

进一步的，所述发动机、冷膨胀水箱和热膨胀水箱位于上层台架上，热水箱、冷水箱、热水换热器、蒸汽换热器和制冷机组位于下层台架。

进一步的，在所述下层台架的顶部设置电器线缆桥架。

进一步的，所述冷膨胀水箱和热膨胀水箱均具有液位显示，在冷膨胀水箱和热膨胀水箱上分别设有放气口，放气口连接放气管道，并在放气管道上安装放气阀。

本发明具有以下有益效果：(1)提升热冲击的试验效率：按照GB/T19055-2003国标中的热冲击试验要示，重型发动机的热冲击试验需进行5000次的热冲击循环，而采用新发明的热冲击试验装置进行试验，一个重型发动机的热冲击试验只需进行750次热冲击循环，试验周期明显缩短，有效的提升了试验效率；(2)节约试验费用：根据缩短的试验循环次数计算，试验周期缩短了约383小时，从而有效节约试验费用；(3)有效的考核到发动机的可靠性：由于新发明的热冲击装置，对发动机的考核更加严格和苛刻，考核的冷热温差也更大(从原温差为71℃改变为90℃)，冷热冲击的温度突变更加剧烈(从原缓慢上升和下降改变为急速突变升温和降温)，能更加充分的考核发动机在开发过程中的可靠性，提高产品寿命。

附图说明

图1为现有技术中发动机冷热冲击测试设备结构示意图。

图2为本发明所述重型发动机深度冷热冲击试验装置的原理图。

图3为本发明所述重型发动机深度冷热冲击试验装置的结构示意图。

图4为图3的C-C视图。

图5为图3的D-D视图。

具体实施方式

下面结合具体附图对本发明作进一步说明。

如图2～图5所示：所述重型发动机深度冷热冲击试验装置包括发动机1、电磁流量计2、热水箱3、冷水箱4、冷膨胀水箱5、热膨胀水箱6、三通比例阀7、热水换热器8、冷却水进口8-1、冷却水出口8-2、蒸汽换热器9、蒸汽进口9-1、蒸汽出口9-2、制冷机组10、第一循环泵11、第二循环泵12、第三循环泵13、第四循环泵14、第五循环泵15、第一电磁阀16、第二电磁阀17、发动机出水温度传感器18、热冲击控制柜19、放气口20、放气阀21、电器线缆桥架22、第一切换阀V1、第二切换阀V2等。

如图2、图3所示，本发明包括发动机1，发动机1的出水口与电磁流量计2的一端连接，电磁流量计2的另一端与第二切换阀V2的第三端口连接，第二切换阀V2的第二端口与热水箱3连接，第二切换阀V2的第一端口分别与冷水箱4和冷膨胀水箱5连接，冷膨胀水箱5与热膨胀水箱6连接，热膨胀水箱6分别与第二切换阀V2的第二端口和热水箱3连接；所述发动机1的进水口与第一切换阀V1的第三端口连接，第一切换阀V1的第二端口与第一循环泵11的一端连接，第一循环泵11的另一端与热水箱3连接，第一切换阀V1的第一端口与第二循环泵12的一端连接，第二循环泵12的另一端与三通比例阀7的第三端口连接，三通比例阀7的第一端口与冷水箱4连接，三通比例阀7的第二端口分别与冷膨胀水箱5和第二切换阀V2的第一端口连接；

如图2、图3所示，所述热水箱3分别与热水换热器8和蒸汽换热器9连接，所述热水换热器8上设有冷却水进口8-1和冷却水出口8-2，冷却水进口8-1安装第一电磁阀16，热水换热器8的进水口与热水箱3的出水口之间通过第五循环泵15连接，热水换热器8的出水口与热水箱3的回水口连接；所述蒸汽换热器9上设有蒸汽进口9-1和蒸汽出口9-2，蒸汽进口9-1安装第二电磁阀17，蒸汽换热器9的进水口与热水箱3的出水口之间通过第三循环泵13连接，蒸汽换热器9的出水口与热水箱3的回水口连接；

如图2、图3所示，所述冷水箱4与制冷机组10连接，制冷机组10的进口与冷水箱4的出水口之间通过第四循环泵14连接，制冷机组10的出口与冷水箱4的回水口连接；所述制冷机组10是冷源，且于发动机1在冷循环时，快速带走发动机1的热量，使之到达冷循环时冷却液出口温度的要求；

如图3所示，在所述发动机1的出水口设置发动机出水温度传感器18；

如图3所示，所述发动机1、冷膨胀水箱5和热膨胀水箱6位于上层台架上，热水箱3、冷水箱4、热水换热器8、蒸汽换热器9和制冷机组10位于下层台架，从而充分利用台架上下两层空间，预留足够的设备维修维护空间；

如图3所示，在所述下层台架的顶部设置电器线缆桥架22，用于放置各电器的线缆；所述电器的线缆均与热冲击控制柜19连接，热冲击控制柜19放置在上层台架上；

如图5所示，所述冷膨胀水箱5和热膨胀水箱6均具有液位显示，在冷膨胀水箱5和热膨胀水箱6上分别设有放气口20，放气口20连接放气管道，并在放气管道上安装放气阀21。

本发明的工作原理为：热循环时，第一切换阀V1打开至第二端口和第三端口相通，冷却液经第一循环泵11快速流进发动机1，第二切换阀V2打开至第二端口和第三端口3相通。这时第一循环泵11就会快速把热水箱3的高温冷却液打至发动机1内，使发动机1出口的冷却液温度快速上升至规范要求的105℃。当发动机1出口的冷却液温度达到规范要求的105℃后，这时就需要恒温控制热水箱3的冷却液温度，当热水箱3的温度高于设定值，那么第五循环泵15和第一电磁阀16打开，通过热水换热器8的冷却使热水箱3温度达到设定值。而当热水箱3温度低于设定值，那么第三循环泵13和第二电磁阀17打开，通过蒸汽换热器9的加热使热水箱3温度达到设定值。最终，使流经发动机1的冷却液出口的温度达到平衡。

冷循环时，第一切换阀V1打开至第一端口和第三端口相通，冷却液经第二循环泵12快速流进发动机1，第二切换阀V2打开至第一端口和第三端口相通。这时由于冷却液的温度没有达到规范要求的15℃，所以三通比例阀7会自动打开到第一端口和第三端口相通。这时第二循环泵12就会快速把冷水箱4的低温冷却液打至发动机1内，使发动机1出口的冷却液温度快速下降至规范要求的15℃。当发动机1出口的冷却液温度达到规范要求的15℃后，这时三通比例阀7会自动调节流经第一端口和第三端口、第二端口的流量，使之冷却液出口的温度达到平衡。

本发明的工作过程：选用一台CA6DM发动机在本发明所述的设备上进行验证试验，试验结果见表3：

表3 新发明的热冲击试验装置试验结果

根据表3，热工况实际运行时间为350s，冷工况的运行时间为150s，一个试验循环的总时间为560s，根据规范要求需进行750次的热冲击试验，即共需进行约117小时的热冲击试验，试验能力已优于试验规范的要求。

工况运行过程中，发动机的冷循环出水温度能稳定控制在15℃，热循环的出水温度能稳定控制在105℃，发动机冷却液进/出口温度随发动机的运行工况，能从15℃快速升温至105℃和105℃快速降温至15℃。冷却液出水温度的冷热温差达到了90℃，最大化的考核到了冷热冲击的效果，并尽可能的缩短试验时间。

本发明的具有以下优点：

1、进行发动机热冲击试验时，冷循环时能把发动机冷却水的出口温度控制在15℃，热循环时能把发动机冷却水的出口温度控制在105℃；

2、能使发动机进行热冲击试验时达到90℃的冷热温差；

3、通过控制冷水箱和热水箱的恒温，最终以达到控制发动机冷却液出口温度的恒温；

4、多用性，这套设备能进行重型发动机的热冲击试验，也能用作重型发动机其他试验时发动机冷却液的恒温控制。

本发明所述的设备解决了如下难点：

1、冷循环工况时要求发动机出水温度为15℃，这时就需要发动机的进水温度控制在10℃左右，而由于冷却循环水的温度随气温而变化(夏天冷却循环水最高约为32℃)，无法把发动机的进水温度控制在10℃左右，这就需要一套冷冻机组来控制发动机的进水，以实现冷循环工况出水温度的控制；

2、热循环工况时要求发动机出水温度为105℃，从冷循环工况转换至热循环工况后发动机的出水温度单靠自身加热，出水温度就会变成缓慢上升的一个过程，达不到有效的冷热冲击，所以为了达到出水温度快速上升并达到规范要求的105℃，本发明提供辅助加热系统，由于工厂有蒸汽管路，使用蒸汽加热更加高效快捷；

3、规范要求的冷热温差为90℃，而为了达到最佳的冷热冲击效果，从15℃升温至105℃和从105℃降温至15℃的时间就需要越快越好，所以需设计出一定容量的冷水箱和和热水箱，而且需要控制二个水箱的温度，以提供工况转换后冷水箱或热水箱的水能快速进入发动机进行冷却或加热，使发动机出水温度快速达到规范要求的值；

4、根据GB/T19055-2003发动机可靠性试验方法中，除需进行热冲击试验外，还需进行其他的可靠性试验，所以一套设备要既能满足热冲击的试验，也要满足其他可靠性试验对发动机出水温度的控制，实现一套设备的多用性；

5、这套系统是一套完整的自动化控制系统，能根据台架系统运行的工况进行冷/热循环的转换，并根据运行的工况温度要求准确的控制冷/热循环的出水温度和冷/热水箱的温度。为了保证系统的可靠、安全运行，本发明在系统中设置发动机出水流量监测，发动机进/出水压力监测，发动机冷却液的膨胀水箱液位监测等。

Claims (5)

1.一种重型发动机深度冷热冲击试验装置，包括发动机（1），所述发动机（1）的出水口与第二切换阀（V2）的第三端口连接，第二切换阀（V2）的第二端口与热水箱（3）连接，第二切换阀（V2）的第一端口分别与冷水箱（4）和冷膨胀水箱（5）连接，冷膨胀水箱（5）与热膨胀水箱（6）连接，热膨胀水箱（6）分别与第二切换阀（V2）的第二端口和热水箱（3）连接；所述发动机（1）的进水口与第一切换阀（V1）的第三端口连接；其特征是：第一切换阀（V1）的第二端口与第一循环泵（11）的一端连接，第一循环泵（11）的另一端与热水箱（3）连接，第一切换阀（V1）的第一端口与第二循环泵（12）的一端连接，第二循环泵（12）的另一端与三通比例阀（7）的第三端口连接，三通比例阀（7）的第一端口与冷水箱（4）连接，三通比例阀（7）的第二端口分别与冷膨胀水箱（5）和第二切换阀（V2）的第一端口连接；所述热水箱（3）分别与热水换热器（8）和蒸汽换热器（9）连接，冷水箱（4）与制冷机组（10）连接；

所述发动机（1）、冷膨胀水箱（5）和热膨胀水箱（6）位于上层台架上，热水箱（3）、冷水箱（4）、热水换热器（8）、蒸汽换热器（9）和制冷机组（10）位于下层台架；

所述发动机（1）的出水口与第二切换阀（V2）的第三端口之间连接电磁流量计（2）；所述热水换热器（8）上设有冷却水进口（8-1）和冷却水出口（8-2），冷却水进口（8-1）安装第一电磁阀（16），热水换热器（8）的进水口与热水箱（3）的出水口之间通过第五循环泵（15）连接，热水换热器（8）的出水口与热水箱（3）的回水口连接；

所述蒸汽换热器（9）上设有蒸汽进口（9-1）和蒸汽出口（9-2），蒸汽进口（9-1）安装第二电磁阀（17），蒸汽换热器（9）的进水口与热水箱（3）的出水口之间通过第三循环泵（13）连接，蒸汽换热器（9）的出水口与热水箱（3）的回水口连接。

2.如权利要求1所述的重型发动机深度冷热冲击试验装置，其特征是：所述制冷机组（10）的进口与冷水箱（4）的出水口之间通过第四循环泵（14）连接，制冷机组（10）的出口与冷水箱（4）的回水口连接。

3.如权利要求1所述的重型发动机深度冷热冲击试验装置，其特征是：在所述发动机（1）的出水口设置发动机出水温度传感器（18）。

4.如权利要求1所述的重型发动机深度冷热冲击试验装置，其特征是：在所述下层台架的顶部设置电器线缆桥架（22）。

5.如权利要求1所述的重型发动机深度冷热冲击试验装置，其特征是：所述冷膨胀水箱（5）和热膨胀水箱（6）均具有液位显示，在冷膨胀水箱（5）和热膨胀水箱（6）上分别设有放气口（20），放气口（20）连接放气管道，并在放气管道上安装放气阀（21）。