CN107478431A - 发动机水流试验测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机水流试验测量装置，其包括变频调速电机、发动机水泵、发动机、节温器总成、加热器、第一流量计、暖风、机油冷却器、第二流量计、散热器、压力传感器、温度传感器、PLC加热控制器、变频电机控制器和数据采集系统；所述数据采集系统根据第一流量计所采集的流量信号测量暖风的流量分配，根据所述压力传感器所采集的压力信号得到发动机水泵、发动机、暖风、机油冷却器和散热器的流阻。本发明的发动机水流试验测量装置，无需占用测功机及整车资源，在开发初期仅有冷却系统样件状态下，5个工作日内即可完成发动机冷却系统流量分配及流动阻力测量，提前暴露冷却系统设计问题，降低开发风险。

Description

发动机水流试验测量装置

技术领域

本发明涉及一种发动机水流试验测量装置，属于发动机测试技术领域。

背景技术

随着发动机强化程度的不断提高，其热负荷也随之增加，零件的温度过高，超过其所能承受的限度，零件强度下降，产生裂纹、烧熔等，使发动机无法可靠运转，缩短使用寿命。因此需要良好的冷却系统保证发动机在合理温度范围内工作。发动机水流试验测量装置能够在产品研发初期测量发动机冷却系统各部件流量分配和流动流阻，评价发动机冷却系统参数是否满足设计要求，为CFD性能计算以及整车冷却系统开发提供数据支撑。

目前测量发动机冷却系统流量分配或者流动阻力的试验主要有整车道路热平衡试验、发动机台架热平衡试验和冷却系统零部件试验3种方法。道路热平衡试验一般采用爬长坡和负荷牵引拖车方法进行，需要苛刻的道路和天气条件，并且试验周期约30天，周期长且无法测量冷却系统流量分配。转毂热平衡试验条件虽优于前两者，但其建设成本颇高，同时在整车上亦无法测量冷却系统流量分配。发动机台架热平衡试验虽然可以精确控制发动机转速及负荷，但是难以模拟整车冷却系统布置，无法反映冷却系统整车真实状态。冷却系统零部件试验仅针对单个部件如水泵、散热器、暖风等进行相关性能试验，缺乏整个系统的匹配试验。

综上所述，现有测量方法主要存在试验条件苛刻、试验周期长、试验成本高、实车流量无法测量、台架试验模拟整车空间受限、零部件试验不系统6个方面问题。

发明内容

本发明目的是提供一种发动机水流试验测量装置，其解决了上述技术问题至少之一。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种发动机水流试验测量装置，其包括变频调速电机、发动机水泵、发动机、节温器总成、加热器、第一流量计、暖风、机油冷却器、第二流量计、散热器、压力传感器、温度传感器、PLC加热控制器、变频电机控制器和数据采集系统；

所述变频调速电机与发动机水泵传动连接；所述发动机水泵的出口与发动机的冷却管路的进口连通，所述发动机的冷却管路的出口与节温器总成的入口连通，节温器总成的出口通过第二流量计与散热器的入口连通，散热器的出口通过冷却系统管路与发动机水泵的入口连通；

所述发动机的冷却管路的出口还通过加热器和第一流量计连接于暖风的入口，所述暖风的出口与与机油冷却器的入口连通，机油冷却器的出口与发动机水泵的入口连通；

所述温度传感器设置于所述发动机的冷却管路的出口，并信号连接于所述PLC加热控制器，所述PLC加热控制器连接于所述加热器，用于控制所述加热器的启停和加热功率；所述的变频电机控制器连接于变频调速电机，用于控制所述变频调速电机的转速；

所述的压力传感器的数量为8个，分别安装于发动机的冷却管路的入口的管路上，发动机的冷却管路的出口的管路上，节温器总成的出口管路上，散热器和第二流量计之间的管路上，冷却系统管路上，发动机水泵的进口的管路上，第一流量计和暖风之间的管路上，以及暖风和机油冷却器之间的管路上；

所述第一流量计连接于数据采集系统，所述压力传感器连接于所述数据采集系统，并根据第一流量计所采集的流量信号测量暖风的流量分配，根据所述压力传感器所采集的压力信号得到发动机水泵、发动机、暖风、机油冷却器和散热器的流阻。

可选的，所述发动机水流试验测量装置还包括膨胀水箱，所述膨胀水箱与冷却系统管路连通，用于加注防冻液，并记录加注量。

可选的，所述发动机水流试验测量装置还包括移动式升降试验台，所述移动式升降试验台包括移动把手、数据采集系统固定柜、压力传感器阵列柜、变频和温度控制柜、可拆卸式透明防护板、T型槽铸铁底板、储物柜、弹性固定支撑和升降式移动轮；

所述T型槽铸铁底板的下部安装有弹性固定支撑，并且还安装有升降式移动轮；所述移动把手的一端固定于T型槽铸铁底板上，通过升降式移动轮和移动把手配合将T型槽铸铁底板移动至合适的位置；

所述发动机、散热器和暖风在T型槽铸铁底板上按照实车的三维空间坐标进行布置；

所述透明防护板可拆卸式地装配在T型槽铸铁底板的侧面；

在所述T型槽铸铁底板的下方可设置储物柜，而且在所述T型槽铸铁底板上还可以设置数据采集系统固定柜、压力传感器阵列柜以及变频和温度控制柜，其中，所述数据采集系统固定柜用于放置所述数据采集系统，所述压力传感器阵列柜用于放置所述压力传感器，所述变频和温度控制柜用于放置所述PLC加热控制器和变频电机控制器。

本发明具有如下有益效果：本发明的发动机水流试验测量装置，无需占用测功机及整车资源，在开发初期仅有冷却系统样件状态下，5个工作日内即可完成发动机冷却系统流量分配及流动阻力测量，提前暴露冷却系统设计问题，降低开发风险。

附图说明

图1为本发明的发动机水流试验测量装置的结构示意图；

图2为本发明的发动机水流试验测量装置的移动式升降试验台的结构示意图；

图中标记示意为：1-变频调速电机；2-传动机构；3-发动机水泵；4-发动机；5-节温器总成；6-加热器；7-第一流量计；8-暖风；9-机油冷却器；10-第二流量计；11-散热器；12-冷却系统管路；13-膨胀水箱；14-压力传感器；15-温度传感器；16-温度信号线；17-PLC加热控制器；18-变频电机信号线；19-变频电机控制器；20-流量信号线；21-压力信号线；22-数据采集系统；23-移动把手；24-数据采集系统固定柜；25-压力传感器阵列柜；26-变频和温度控制柜；27-透明防护板；28-T型槽铸铁底板；29-储物柜；30-弹性固定支撑；31-升降式移动轮。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。

实施例1

本实施例提供了一种发动机水流试验测量装置，其包括变频调速电机1、传动机构2、发动机水泵3、发动机4、节温器总成5、加热器6、第一流量计7、暖风8、机油冷却器9、第二流量计10、散热器11、冷却系统管路12、膨胀水箱13、压力传感器14、温度传感器15、温度信号线16、PLC加热控制器17、变频电机信号线18、变频电机控制器19、流量信号线20、压力信号线21和数据采集系统22。

所述发动机水泵、发动机和散热器等通过管路参照实车三维空间坐标位置布置与连接。

所述变频调速电机1通过传动机构2与发动机水泵3传动连接，以通过所述变频调速电机1带动发动机水泵3转动，使防冻液在冷却系统中强制循环。所述发动机水泵的出口与发动机4的冷却管路的进口连通，所述发动机4的冷却管路的出口与节温器总成5的入口连通，节温器总成5的出口通过第二流量计10与散热器11的入口连通，散热器11的出口通过冷却系统管路12与发动机水泵3的入口连通。

所述发动机4的冷却管路的出口还通过加热器6和第一流量计7连接于暖风8的入口，即所述加热器6安装在发动机冷却系统小循环中，用于加热整个系统中的防冻液，所述暖风8的出口与与机油冷却器9的入口连通，机油冷却器9的出口与发动机水泵3的入口连通。

所述的压力传感器14的数量为8个，分别安装于发动机4的冷却管路的入口的管路上，发动机4的冷却管路的出口的管路上，节温器总成5的出口管路上，散热器11和第二流量计10之间的管路上，冷却系统管路上，发动机水泵的进口的管路上，第一流量计7和暖风8之间的管路上，以及暖风8和机油冷却器9之间的管路上；也就是说，每一个冷却系统部件前后均布置有压力传感器，用于测量这些冷却系统部件的流阻。

所述温度传感器设置于所述发动机的冷却管路的出口，并通过温度信号线连接于所述PLC加热控制器17，此时，在PLC加热控制器17上设定试验温度，待温度传感器15反馈温度达到设定温度后，通过变频电机控制器19控制发动机水泵3以试验转速工况运转。

所述PLC加热控制器17连接于所述加热器，以控制所述加热器的启停和加热功率(通过PID方式，精确控制加热温度)，所述的变频电机控制器19通过变频电机信号线18连接于变频调速电机1，以控制所述变频调速电机1的转速。

所述第一流量计7和第二流量计10均通过流量信号线20连接于数据采集系统22，以通过第一流量计7测量暖风8的流量分配，也就是说，通过第一流量计7和第二流量计10能够测量暖风8和散热器11的流量分配。

所述压力传感器14通过压力信号线21连接于所述数据采集系统22，以将其检测的压力信号传输至数据采集系统22，并且数据采集系统22实时记录试验过程中流量和压力数据，根据所述压力传感器14所采集的压力信号得到发动机水泵3、发动机4、暖风8、机油冷却器9和散热器11的流阻。

所述膨胀水箱13与冷却系统管路12连通，用于加注防冻液，并记录加注量，通过变频电机控制器19调节发动机水泵3转速，使防冻液在发动机内强制循环，至系统无气体排出，观察并记录各管路排气及流动有无异常。

进一步的，所述发动机水流试验测量装置还包括移动式升降试验台，所述移动式升降试验台包括移动把手23、数据采集系统固定柜24、压力传感器阵列柜25、变频和温度控制柜26、可拆卸式透明防护板27、T型槽铸铁底板28、储物柜29、弹性固定支撑30和升降式移动轮31。

所述T型槽铸铁底板28的下部安装有弹性固定支撑，并且还安装有升降式移动轮31，所述升降式移动轮31可升降，并能够实现移动式升降试验台的自由移动，所述移动把手的一端固定于T型槽铸铁底板28上，通过升降式移动轮31和移动把手23配合将T型槽铸铁底板28移动至合适的位置，采用激光灯进行发动机水泵3皮带轮和变频电机1皮带轮对中，调整发动机4位置，使多楔皮带松紧适中，利用地脚螺栓将发动机4固定在T型槽铸铁底板28上。

所述发动机4、散热器11和暖风8等冷却系统部件按照实车的三维空间坐标进行布置，并将可拆卸式透明防护板27装配在T型槽铸铁底板28的侧面，试验人员可以通过透明防护板27直接观察T型槽铸铁底板28上的部件的全部状况，同时可以拆卸，在试验准备阶段有利于拓宽操作空间。

本实施例中，在所述T型槽铸铁底板28的下方可设置储物柜29，而且在所述T型槽铸铁底板28上还可以设置数据采集系统固定柜24、压力传感器阵列柜25以及变频和温度控制柜26，其中，所述数据采集系统固定柜24用于放置数据采集系统22，所述压力传感器阵列柜25用于放置压力传感器，所述变频和温度控制柜26用于放置PLC加热控制器17和变频电机控制器19。

本发明目的是克服背景技术中发动机水流试验方法存在的试验条件苛刻、整车无法测量流量、转毂台架建设成本高、试验周期长、测功机台架无法模拟整车等缺陷，本发明的发动机水流试验测量装置适用于汽油、柴油、天然气、混合动力等各种发动机，能够在试验室内直接、精确、高效的测量发动机冷却系统性能，而不需要使用整车、整机点火，也无需苛刻的试验环境，试验结果能直观的展示在计算机界面上，并且实现对各种数据的自动采集和分析功能。

本实施例的移动式升降试验台的台面采用T型槽铸铁底板，适用于安装不同型号的发动机，由自适应空气弹簧支撑，震动频率小于3Hz；操作台(数据采集系统固定柜24、压力传感器阵列柜25以及变频和温度控制柜26)设计在试验工作台正前方，利用操作台对试验人员形成安全防护；可拆卸式透明防护板布置在试验台侧面，避开电机旋转面，更加安全。

所述的变频调速电机1，转速控制精度为±5r/min；电机带轮为φ350mm直径的六楔皮带轮。

每试验工况流量、温度、压力等信号稳定后，数据采集系统22开始记录第一流量计7、压力传感器14等各位置数据，按照以上所述步骤，完成所有试验工况的发动机水流试验流量分配及流动阻力测量工作。

发动机水流试验完成后，依据采集的各流量、压力、温度传感器数据，分析发动机水泵、散热器、暖风等部件在整个冷却系统中的匹配度，综合评价发动机冷却系统各部件的流量分配和流动阻力是否满足设计要求，在发动机开发初期为冷却系统开发提供数据支撑，同时前馈CFD性能计算，修正计算模型，提高计算精度。

以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种发动机水流试验测量装置，其特征在于，包括变频调速电机、发动机水泵、发动机、节温器总成、加热器、第一流量计、暖风、机油冷却器、第二流量计、散热器、压力传感器、温度传感器、PLC加热控制器、变频电机控制器和数据采集系统；

所述变频调速电机与发动机水泵传动连接；所述发动机水泵的出口与发动机的冷却管路的进口连通，所述发动机的冷却管路的出口与节温器总成的入口连通，节温器总成的出口通过第二流量计与散热器的入口连通，散热器的出口通过冷却系统管路与发动机水泵的入口连通；

所述发动机的冷却管路的出口还通过加热器和第一流量计连接于暖风的入口，所述暖风的出口与与机油冷却器的入口连通，机油冷却器的出口与发动机水泵的入口连通；

所述温度传感器设置于所述发动机的冷却管路的出口，并信号连接于所述PLC加热控制器，所述PLC加热控制器连接于所述加热器，用于控制所述加热器的启停和加热功率；所述的变频电机控制器连接于变频调速电机，用于控制所述变频调速电机的转速；

所述的压力传感器的数量为8个，分别安装于发动机的冷却管路的入口的管路上，发动机的冷却管路的出口的管路上，节温器总成的出口管路上，散热器和第二流量计之间的管路上，冷却系统管路上，发动机水泵的进口的管路上，第一流量计和暖风之间的管路上，以及暖风和机油冷却器之间的管路上；

所述第一流量计连接于数据采集系统，所述压力传感器连接于所述数据采集系统，并根据第一流量计所采集的流量信号测量暖风的流量分配，根据所述压力传感器所采集的压力信号得到发动机水泵、发动机、暖风、机油冷却器和散热器的流阻。

2.根据权利要求1所述的发动机水流试验测量装置，其特征在于，还包括膨胀水箱，所述膨胀水箱与冷却系统管路连通，用于加注防冻液，并记录加注量。

3.根据权利要求1或2所述的发动机水流试验测量装置，其特征在于，还包括移动式升降试验台，所述移动式升降试验台包括移动把手、数据采集系统固定柜、压力传感器阵列柜、变频和温度控制柜、可拆卸式透明防护板、T型槽铸铁底板、储物柜、弹性固定支撑和升降式移动轮；

所述T型槽铸铁底板的下部安装有弹性固定支撑，并且还安装有升降式移动轮；所述移动把手的一端固定于T型槽铸铁底板上，通过升降式移动轮和移动把手配合将T型槽铸铁底板移动至合适的位置；

所述发动机、散热器和暖风在T型槽铸铁底板上按照实车的三维空间坐标进行布置；

所述透明防护板可拆卸式地装配在T型槽铸铁底板的侧面；

在所述T型槽铸铁底板的下方可设置储物柜，而且在所述T型槽铸铁底板上还可以设置数据采集系统固定柜、压力传感器阵列柜以及变频和温度控制柜，其中，所述数据采集系统固定柜用于放置所述数据采集系统，所述压力传感器阵列柜用于放置所述压力传感器，所述变频和温度控制柜用于放置所述PLC加热控制器和变频电机控制器。