CN108375427A - 发动机活塞温度场遥测系统标定试验台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发动机活塞温度场遥测系统标定试验台，包括模拟装置、驱动机构、遥测系统、加热装置和温控装置，模拟装置包括缸套、缸盖和活塞，驱动机构驱动活塞在缸套内上下移动，遥测系统包括热电偶传感器、发射机、感应定子、遥测系统机箱和温度场信号分析系统，加热装置包括非接触式环形加热管和高频加热机，温控装置包括第一红外线探头和温控仪。本发明通过驱动机构代替发动机曲柄连杆机构使活塞上下往复运动，模拟实际相对运动情况，为活塞温度场遥测系统提供相对运动和安装环境，通过高频感应加热装置、红外线温控装置，可模拟实际发动机温度变化范围，从而标定遥测系统的测试精度，并验证其封闭、抗高温等恶劣环境能力。

Description

发动机活塞温度场遥测系统标定试验台

技术领域

本发明涉及发动机测试技术领域，具体涉及一种发动机活塞温度场遥测系统标定试验台。

背景技术

发动机活塞温度场测试是发动机认可试验重要的测试内容之一，高体积功率和高可靠性是发动机开发设计的主要目标之一，对发动机活塞主要运动件温度场测试，是发动机的自主研发中CAD、CAE和CAM的重要环节，也是验证发动机是否达到设计指标要求，评价该零部件在设计工况条件下是否可靠运行的重要依据。同时，在整个发动机研发制造中可减少测试所需资源，缩短研发的周期和人力资源的投入。

活塞温度场测试主要有硬度塞法、易熔合金法、联动传动机构法、薄膜传感器法和无线遥测法等，其中，无限遥测法有着安装简单、信号传输方便和测试实时在线的优势，是活塞温度场重要测试方法，然其在测试过程中存在着其他电磁信号，油雾和高温等外界环境因素，这些因素可能会对遥测系统测试精度产生一定影响，需分析外界对遥测系统的影响因素，同时标定遥测系统的精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，设计和搭建一种发动机活塞温度场遥测系统标定试验台，该试验台可模拟实际发动机活塞温度变化，并控制活塞温度，在相对密闭、油雾和高温等实际测试环境下，标定遥测系统测量活塞温度的精度，验证其抗恶劣环境能力，同时研究确定遥测系统的最优安装工艺，从而较为准确的获取发动机活塞温度场。

本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

一种发动机活塞温度场遥测系统标定试验台，包括：

模拟装置，包括缸套、缸盖和活塞；

驱动机构，包括电机、传动轮和连杆，所述电机安装于试验台上，所述电机驱动所述传动轮旋转，所述连杆的一端与所述传动轮非几何中心的某处连接、另一端与所述活塞连接，所述传动轮旋转带动所述连杆做上下往返运动，从而驱动所述活塞在缸套内上下移动；

遥测系统，包括热电偶传感器、发射机、感应定子、遥测系统机箱和温度场信号分析系统，所述热电偶传感器布置于活塞头，所述发射机安装于活塞群下部，所述感应定子安装于缸套开口处，所述热电偶传感器与发射机连接，所述发射机将采集的温度信号感应发送给感应定子，所述感应定子与所述遥测系统机箱连接，所述遥测系统机箱与所述温度场信号分析系统连接；

加热装置，包括非接触式环形加热管和高频加热机，所述环形加热管安装于所述缸套底部，所述环形加热管与高频加热机连接，所述高频加热机为环形加热管输送热量；

温控装置，包括第一红外线探头和温控仪，所述第一红外线探头安装于所述缸盖上并与所述遥测系统的热电偶传感器相对布置，所述第一红外线探头与所述温控仪连接，所述温控仪与所述高频加热机连接。

上述方案中，还包括油雾发生装置，所述油雾发生装置包括空压机、空气瓶、压力调节阀、雾化器和雾化箱，所述雾化箱与所述缸套的开口对接，所述雾化箱依次接雾化器、压力调节阀、空气瓶和空压机，所述雾化器中装有机油。

上述方案中，所述传动轮和连杆均位于所述雾化箱内，各零件与所述雾化箱的连接处进行密封处理以保证所述雾化箱的密封性。

上述方案中，所述温控装置还包括安装于所述雾化箱下部的第二红外线探头，所述第二红外线探头安装在所述遥测系统发射机的正下方，用于测试发射机所承受高温，所述第二红外线探头与雾化箱的连接处进行密封处理，所述第二红外线探头与所述温控仪连接。

上述方案中，所述驱动机构还包括联轴器、传动轴和传动销，所述传动轮套装于所述传动轴上，所述传动轴通过联轴器与所述电机的输出轴连接，所述连杆通过所述传动销与所述传动轮连接，所述传动轮上设有通孔与所述传动销过盈配合，所述连杆与所述传动销过渡配合。

上述方案中，所述缸套开口朝下，缸套的上部通过固定架支撑固定于试验台上，所述驱动机构位于所述缸套下方，所述缸套顶部内径扩大形成一个扩展槽，用于安装所述环形加热管，所述环形加热管形成的环形内径大于所述活塞的外径。

上述方案中，所述活塞运动的上止点位于所述扩展槽内，并高于所述环形加热管下端30～50mm。

上述方案中，所述活塞头加工有奇数个安装孔，其中一个安装孔位于活塞头顶面中心位置，其余安装孔以中心孔为对称中心呈十字形对称、等间距分布，安装孔内用于安装所述热电偶传感器。

上述方案中，所述第一红外线探头的数量为一个，安装于所述缸盖几何中心处，与安装于所述活塞头中心位置的热电偶传感器相对。

上述方案中，所述感应定子与发射机开始感应的位置与活塞运行下止点之间的竖直距离结合活塞运行速度和遥测系统感应时间确定，且两者之间的水平距离满足所述遥测系统的数据和能量传输实施有效，通过此安装方法，保证遥测系统有足够的感应和传递时间。

本发明的有益效果在于：

(1)通过设计和搭建驱动机构代替发动机曲柄连杆机构使活塞上下往复运动，模拟实际相对运动情况，可为活塞温度场遥测系统提供相对运动和安装环境，通过高频感应加热装置、红外线温控装置，可模拟实际发动机温度变化范围，从而标定遥测系统的测试精度，并验证其封闭、抗高温等恶劣环境能力。

(2)通过油雾发生装置模拟实际发动机的雾化环境，能够验证遥测系统的抗油雾能力。

(3)该试验台的设计和搭建，一次安装后，可在不停机情况下对不同工况发动机温度场进行测量，测试方法方便可靠，测试温度数据同步标定，数据实时有效。

(4)通过搭建发动机活塞温度场遥测系统标定试验台，探索遥测系统安装布置方法和工艺，解决试验测试中存在的问题，有利于掌握发动机活塞温度场试验方法，形成发动机活塞温度场测试能力。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明发动机活塞温度场遥测系统标定试验台的结构示意图。

图中：10、模拟装置；11、缸套；12、缸盖；13、活塞；14、活塞销；20、驱动机构；21、电机；22、传动轴；23、传动轮；24、传动销；25、连杆；26、联轴器；30、遥测系统；31、热电偶传感器；32、发射机；33、感应定子；34、遥测系统机箱；35、温度场信号分析系统；40、加热装置；41、环形加热管；42、高频加热机；50、温控装置；51、第一红外线探头；52、第二红外线探头；53、温控仪；60、油雾发生装置；61、空压机；62、空气瓶；63、压力调节阀；64、雾化器；65、雾化箱。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，为本发明一较佳实施例的发动机活塞温度场遥测系统标定试验台，包括：

模拟装置10，包括缸套11、缸盖12和活塞13。活塞13为本发明试验台的被测对象，其与缸套11、缸盖12共同模拟发动机相对运动状态，缸套11、缸盖12、活塞13尺寸可根据实际发动机进行适当简化、缩小设计制作，保证有相当的强度和刚度。

驱动机构20，包括电机21、传动轮23和刚性连杆25，电机21安装于试验台上，电机21驱动传动轮23旋转，刚性连杆25的一端与传动轮23非几何中心的某处连接、另一端与活塞13连接，传动轮23旋转带动刚性连杆25做上下往返运动，从而驱动活塞13在缸套11内上下移动，可模拟实际发动机运动方式。电机21为整个整个试验台的动力来源，可以设定与实际发动机相当转速，克服整个机械传动系统的惯性力和阻力，使其平稳运行，转速可模拟范围0～6000r/min。

遥测系统30，包括热电偶传感器31、发射机32、感应定子33、遥测系统机箱34和温度场信号分析系统35。热电偶传感器31安装于活塞头，用于实时测量活塞13温度场。发射机32安装于活塞群下部，用于接收和发射温度信号。感应定子33安装于缸套11开口下缘。热电偶传感器31与发射机32连接，活塞13运动到感应定子33的感应范围内，感应定子33将能量感应给发射机32，同时发射机32将采集的温度信号感应发送给感应定子33，通过这种遥测方法测量活塞温度场分布。感应定子33与遥测系统机箱34连接，遥测系统机箱34与温度场信号分析系统35连接。遥测系统机箱34为感应定子33提供电源，同时将温度信号通过以太网传输至温度场信号分析系统35用以分析显示活塞温度场分布情况。安装时，感应定子33与发射机32开始感应的位置与活塞13运行下止点之间的竖直距离应结合活塞13运行速度和遥测系统30感应时间确定，且两者之间的水平距离需满足遥测系统30的数据和能量传输实施有效，通过此安装方法，保证遥测系统30有足够的感应和传递时间。

加热装置40，包括非接触式环形加热管41和高频加热机42，环形加热管41安装于缸套11底部、位于缸套11内，高频加热机42位于缸套11外，环形加热管41与高频加热机42连接，高频加热机42为环形加热管41输送热量。环形加热管41通过位置设定，只对活塞头部区域进行加热，通过感应加热的方式模拟温度梯度分布，并保证活塞裙部温度不会过高，活塞头部加热温度范围为室温至400℃。需要注意的是，保证两根进入缸套11的加热管与缸套11保持密封。

温控装置50，包括第一红外线探头51和温控仪53，缸盖12几何中心钻通孔安装第一红外线探头51，用于探测活塞头部几何中心处温度。第一红外线探头51与温控仪53连接，温控仪53与高频加热机42通过通讯线连接，将测试的温度信号反馈给加热装置40，以控制加热温度。需要注意的是，第一红外线探头51与缸盖12保持密封。

进一步优化，本实施例中，还包括油雾发生装置60，油雾发生装置60包括空压机61、空气瓶62、压力调节阀63、雾化器64和雾化箱65，雾化箱65与缸套11的开口对接，雾化箱65依次接雾化器64、压力调节阀63、空气瓶62和空压机61。空压机61可压缩空气，建立合适高压，为机油提供高压环境；空气瓶62可储存一定量的高压空气，也起到缓冲的作用；压力调节阀63控制管道气路，起到开启、控制和节流高压气体的作用；雾化器64为产生所需油雾装置，其内部装有机油，当达到所需要求时，雾化器64工作，将机油雾化至雾化箱65。雾化油管安装于雾化箱65下部，保证与雾化箱65之间的密封。油雾发生装置60将雾化器64中的机油雾化并引至缸套11内，模拟实际发动机雾化环境，可以验证遥测系统30的抗油雾能力。

进一步优化，本实施例中，温控装置50还包括第二红外线探头52，雾化箱65下部钻通孔安装第二红外线探头52，第二红外线探头52安装在遥测系统30发射机32的正下方，用于测试发射机32所承受高温，注意对第二红外线探头52与雾化箱65的连接处进行密封处理。第二红外线探头52与温控仪53连接，第一红外线探头51和第二红外线探头52均可在活塞13上下运行时实时监测温度。

进一步优化，本实施例中，驱动机构20还包括联轴器26、传动轴22和传动销24，传动轮23套装于传动轴22上，传动轴22通过联轴器26与电机21的输出轴连接，连杆25通过传动销24与传动轮23连接，传动轮23上设有通孔与传动销24过盈配合，连杆25与传动销24过渡配合，连杆25的另一端通过活塞销14与活塞13连接，活塞销14与活塞13过渡配合，这样驱动机构20就可以代替发动机曲柄连杆机构使活塞13上下往复运动，模拟实际相对运动情况，这种机械传动方式结构简单，既可满足实际发动机运动方式，也为遥测系统标定提供运动和测试环境。活塞13上下往复运动的行程为传动销24与传动轴22中心距的两倍，即传动销24距离传动轴22中心的距离为S/2，则活塞13上止点至下止点的距离为S。传动轮23和连杆25均位于雾化箱65内，传动轴22穿过雾化箱65，两者连接处进行密封处理以保证雾化箱65的密封性。

进一步优化，本实施例中，缸套11开口朝下，缸套11的上部通过固定架支撑固定于试验台上，驱动机构20位于缸套11下方，缸套11顶部内径扩大形成一个扩展槽，用于安装环形加热管41，环形加热管41形成的环形内径比活塞13的外径大4mm，保证环形加热管41不被活塞13磨损。本实施例中，活塞13运动的上止点伸入扩展槽内，并高于环形加热管41下端30mm。

进一步优化，本实施例中，活塞头加工有九个安装孔，其中一个安装孔设于活塞头顶面中心，其余八个安装孔以中心孔为对称中心呈十字形对称、等间距分布，安装孔内用于安装热电偶传感器31，安装孔的深度为5mm。

安装遥测系统30时，热电偶传感器31安装之后需要用高温胶封装于安装孔内，并采用耐高温线引出，与活塞群下部的发射机32连接。感应定子33与遥测系统机箱34之间的线需穿过雾化箱65，需注意线与雾化箱65的密封。安装试验台时，保证活塞13运行时活塞顶处于环形加热管41环形圈内，且上止点距离环形加热管41下端30mm，缸套11下部加工孔用于油雾管路的进入，并进行密封处理。

本发明的试验台，通过设置模拟装置10模拟发动机相对运动状态，驱动机构20模拟实际发动机曲柄连杆机构使活塞13上下往复运动，加热装置40可对活塞13局部区域进行加热，红外线温控装置50通过红外线探头测量活塞顶中心温度和活塞裙下部温度，同时将活塞顶中心温度反馈至高频加热机42，形成反馈调节系统，测量活塞裙下部温度用于验证遥测系统30的发射机32的抗高温能力，油雾发生装置60模拟实际发动机曲轴箱油雾环境，遥测系统30装于活塞13和缸套11上，在相对密闭、油雾高温等环境问题下，测量活塞温度场分布，高频感应加热装置40和红外线温控装置50联合使用，可实时标定遥测系统30测量的活塞温度进的测量精度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种发动机活塞温度场遥测系统标定试验台，其特征在于，包括：

模拟装置，包括缸套、缸盖和活塞；

驱动机构，包括电机、传动轮和连杆，所述电机安装于试验台上，所述电机驱动所述传动轮旋转，所述连杆的一端与所述传动轮非几何中心的某处连接、另一端与所述活塞连接，所述传动轮旋转带动所述连杆做上下往返运动，从而驱动所述活塞在缸套内上下移动；

遥测系统，包括热电偶传感器、发射机、感应定子、遥测系统机箱和温度场信号分析系统，所述热电偶传感器布置于活塞头，所述发射机安装于活塞群下部，所述感应定子安装于缸套开口处，所述热电偶传感器与发射机连接，所述发射机将采集的温度信号感应发送给感应定子，所述感应定子与所述遥测系统机箱连接，所述遥测系统机箱与所述温度场信号分析系统连接；

加热装置，包括非接触式环形加热管和高频加热机，所述环形加热管安装于所述缸套底部，所述环形加热管与高频加热机连接，所述高频加热机为环形加热管输送热量；

温控装置，包括第一红外线探头和温控仪，所述第一红外线探头安装于所述缸盖上并与所述遥测系统的热电偶传感器相对布置，所述第一红外线探头与所述温控仪连接，所述温控仪与所述高频加热机连接。

2.根据权利要求1所述的发动机活塞温度场遥测系统标定试验台，其特征在于，还包括油雾发生装置，所述油雾发生装置包括空压机、空气瓶、压力调节阀、雾化器和雾化箱，所述雾化箱与所述缸套的开口对接，所述雾化箱依次接雾化器、压力调节阀、空气瓶和空压机，所述雾化器中装有机油。

3.根据权利要求2所述的发动机活塞温度场遥测系统标定试验台，其特征在于，所述传动轮和连杆均位于所述雾化箱内，各零件与所述雾化箱的连接处进行密封处理以保证所述雾化箱的密封性。

4.根据权利要求2所述的发动机活塞温度场遥测系统标定试验台，其特征在于，所述温控装置还包括安装于所述雾化箱下部的第二红外线探头，所述第二红外线探头安装在所述遥测系统发射机的正下方，用于测试发射机所承受高温，所述第二红外线探头与雾化箱的连接处进行密封处理，所述第二红外线探头与所述温控仪连接。

5.根据权利要求1所述的发动机活塞温度场遥测系统标定试验台，其特征在于，所述驱动机构还包括联轴器、传动轴和传动销，所述传动轮套装于所述传动轴上，所述传动轴通过联轴器与所述电机的输出轴连接，所述连杆通过所述传动销与所述传动轮连接，所述传动轮上设有通孔与所述传动销过盈配合，所述连杆与所述传动销过渡配合。

6.根据权利要求1所述的发动机活塞温度场遥测系统标定试验台，其特征在于，所述缸套开口朝下，缸套的上部通过固定架支撑固定于试验台上，所述驱动机构位于所述缸套下方，所述缸套顶部内径扩大形成一个扩展槽，用于安装所述环形加热管，所述环形加热管形成的环形内径大于所述活塞的外径。

7.根据权利要求6所述的发动机活塞温度场遥测系统标定试验台，其特征在于，所述活塞运动的上止点位于所述扩展槽内，并高于所述环形加热管下端30～50mm。

8.根据权利要求1所述的发动机活塞温度场遥测系统标定试验台，其特征在于，所述活塞头加工有奇数个安装孔，其中一个安装孔位于活塞头顶面中心位置，其余安装孔以中心孔为对称中心呈十字形对称、等间距分布，安装孔内用于安装所述热电偶传感器。

9.根据权利要求8所述的发动机活塞温度场遥测系统标定试验台，其特征在于，所述第一红外线探头的数量为一个，安装于所述缸盖几何中心处，与安装于所述活塞头中心位置的热电偶传感器相对。

10.根据权利要求1所述的发动机活塞温度场遥测系统标定试验台，其特征在于，所述感应定子与发射机开始感应的位置与活塞运行下止点之间的竖直距离结合活塞运行速度和遥测系统感应时间确定，且两者之间的水平距离满足所述遥测系统的数据和能量传输实施有效。