CN108613813A - 一种发动机性能试验设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机性能试验设备，该设备包括左支架和右支架、油箱、供油泵、供油泵电机、供油喷嘴、点火装置、电子节流圈、电子控制器、点火开关、节流圈开度传感器、油门传感器、曲轴角度传感器、凸轮传感器和油压传感器，在左支架和右支架之间设置有加固梁和支撑梁，该支撑梁包括左竖梁、水平梁和右竖梁，左竖梁与左支架之间铰接，右竖梁与右支架之间铰接，水平梁连接在左竖梁和右竖梁之间；该水平梁上设置有平梁，水平梁和平梁上设置有安装板，安装板的上表面用于安装发动机；所述的左支架上设置有动力装置，该动力装置用于带动支撑梁相对于左支架和右支架旋转。

Description

一种发动机性能试验设备

技术领域

本发明涉及发动机性能测试技术领域，具体涉及一种发动机性能试验设备。

背景技术

发动机试验是指利用专门的试验和测试设备检验发动机的性能、可靠性和耐久性的试验。发动机的工作条件非常苛刻，处于高温、高压和高速转动的工作状态，为了提升发动机的性能、可靠性以及寿命等，要充分掌握发动机在不同工况下的温度、压力、腐蚀、间隙以及应力等情况。

发动机是一种集流体力学、热力学、结构强度、机械传动、计算机与电子技术、光学技术、材料、自动控制、故障诊断、噪声控制和红外隐身等多学科于一身的复杂系统，对温度、压力、应力、间隙和腐蚀等工作条件要求苛刻，对质量、可靠性、寿命等要求极高。发动机试验测试技术是一门综合性、多学科技术，涉及到力学、几何量、热学、电磁学、时频、声学、光学等专业领域；测试参数包括温度、压力、转速、空气流量、燃油流量、推力、扭矩、轴向力、功率、振动、位移、间隙、角度、气流速度与方向、面积、电流、电压、组分浓度、湿度、滑油品质、进排气颗粒、红外辐射、噪声等；应用技术包括结构设计、气动热力分析、信号传感、信号处理、信号传输、数据采集处理、数据分析、数据存储技术等。

随着发动机性能的不断升级和对于可靠性、安全性和经济性越来越高的要求，测试系统必须具备准确度高、灵敏度高、通道多、小型化、量程广、抗恶劣环境、非接触、动态响应好、智能化等特性，才能适应发动机研制和使用要求。发动机试验测试结果必须符合设计要求的准确度，才能为发动机研制提供扎实有力的支持。

发动机可靠性试验的目的是为了让产品在投产前把所有可能出现的问题都暴露出来，加以解决。如何让发动机产品更快、更明显地暴露问题是可靠性试验的追求目标。现有技术中发动机可靠性试验的方法包括交变负荷试验方法、冷热冲击试验方法和深度冷热冲击试验方法。

交变负荷试验方法一般采用“矩形”或“锯齿形”循环试验方法，这两种试验方法兼顾模拟实际使用工况和模拟零件故障形式，能达到加速强化试验的目的，而且可以根据不同发动机的不同要求，或按照特殊考核的要求，灵活设计不同的具体试验规范。其主要特点是所需的试验时间长，采用中高转速，增加了负荷产生的应力交变频率及温度，提高了质量惯性所产生的应力及频率，主要考核发动机在大扭矩和高转速条件下工作的情况，如曲柄连杆机构、挺杆、摇臂等运动件抗疲劳强度的能力，同时也考核了发动机各个零部件的可靠性，如活塞、水泵等。在油门全闭状态到105％油门状态之间的变化，主要用于考核加速变速频率，考核曲轴由零负荷加载至全负荷的承受能力，在试验中，发动机始终处于非稳定工况。零件受到额外的冲击力，润滑表面油膜容易破裂。对零件的强度和耐磨性是严峻的考验。

冷热冲击试验方法中冷却液温度变化范围为34～110℃。由于在冷热冲击工况下，发动机各种零部件受热状态突变，按照热胀冷缩的规律，会降低连接件所形成的压强，破坏密封件(如气缸垫被打穿)，压紧件之间相对滑移，扯破密封垫(如排气歧管垫片)。零件内部受热不均匀，热应力交变而开裂(如活塞，缸套等)。改变了运动件间的间隙，可能产生擦伤、刮伤。改变了压配件之间过盈的状态，可能产生松脱等。因此，冷热冲击试验方法被广泛地用于考核设计过程中的发动机。

深度冷热冲击试验方法是对发动机进行极热极冷条件下的深度冷热冲击试验考核和研究。其冷却液温度控制范围为-30～120℃，响应时间为120s；润滑油温度控制范围为-20～140℃，响应时间为600s。主要考核和研究发动机各种密封垫片尤其是气缸垫片在极端条件下的密封和可靠性，也可以考核和研究发动机各个主要零部件在极度冷热变化情况下的机械强度和可靠性。该试验方法也常用于设计过程中发动机结构和强度的验证。如果这些运动件的设计尺寸过大，就容易出现擦伤、拉缸等现象，导致发动机功率下降，甚至发动机活塞爆裂等现象。如若设计尺寸过小，就会出现漏气量过大，严重时出现烧机油等现象。因此，冷热冲击试验方法，也是检验发动机零部件设计是否合理的一种有效手段。

但是现有技术中的发动机性能试验设备通常只是在静态工况下测试发动机的性能，无法准确模拟实际工况。发动机的实际运行工况往往涉及各种高频率的颠簸甚至旋转，振动碰撞都不可避免，与静态工况存在很大的差异，只在静态工况下测试无法得出发动机的实际性能。另外，现有技术中的发动机性能试验设备无法根据节流圈开度、曲轴传感器和凸轮传感器的信号控制燃油流量。

发明内容

为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种发动机性能试验设备，能够准确模拟实际工况，能够带动发动机前后晃动，模拟实际工况中的高频率颠簸、旋转、振动、碰撞，从而得出发动机的实际性能。

为实现上述目的，本发明所述的发动机性能试验设备包括左支架和右支架、油箱、供油泵、供油泵电机、供油喷嘴、点火装置、电子节流圈、电子控制器、点火开关、节流圈开度传感器、油门传感器、曲轴角度传感器、凸轮传感器和油压传感器，在左支架和右支架之间设置有加固梁和支撑梁，该支撑梁包括左竖梁、水平梁和右竖梁，左竖梁与左支架之间铰接，右竖梁与右支架之间铰接，水平梁连接在左竖梁和右竖梁之间；该水平梁上设置有平梁，水平梁和平梁上设置有安装板，安装板的上表面用于安装发动机；所述的左支架上设置有动力装置，该动力装置用于带动支撑梁相对于左支架和右支架旋转；所述的供油泵的入口与油箱连接，供油泵的出口通过供油管与供油喷嘴连接，供油喷嘴伸入发动机内；点火装置设置在供油喷嘴的喷油口处；油压传感器设置在供油喷嘴所在的供油管道上；节流圈开度传感器设置在电子节流圈上；节流圈开度传感器、油门传感器、曲轴角度传感器、凸轮传感器和油压传感器均与电子控制器的输入端连接，电子控制器的输出端与发动机、供油泵电机、供油喷嘴和点火装置分别电连接，电子控制器的电源接口通过点火开关与电源连接；所述的电子控制器根据节流圈开度传感器、油门传感器、曲轴角度传感器、凸轮传感器和油压传感器的输入信号计算发动机的控制参数。

所述的加固梁位于支撑梁的下方。

所述的平梁与支撑梁的水平梁互相垂直。

所述的发动机与油箱之间通过回油管连通。

所述的发动机的控制参数包括燃油流量、发动机转数、发动机水温以及输入发动机的空气流量。

所述的左支架为三角形支架，左支架的顶部设置有左转板，左转板的中心位置设置有左转轴，左竖梁与左支架和左转板之间通过左转轴铰接。

所述的左支架的侧面设置有水平的横梁，所述的动力装置设置在该横梁上；动力装置包括动力电机、齿轮箱、齿条和齿轮，齿轮箱包括中空部和设置在中空部一侧的齿轮室，齿条设置在中空部内并能在中空部内部上下运动；齿轮设置在齿轮室内并且齿轮与齿轮啮合，齿轮连接在动力电机的输出轴上；齿条的顶端与左转板铰接。

所述的右支架为三角形支架，右支架的顶部设置有右转板，右转板的中心位置设置有右转轴，右竖梁与右支架和右转板之间通过右转轴铰接。

所述的左支架的侧面还设置有限位开关，左转板的侧面设置有左倾斜面，左倾斜面的位置与限位开关的位置对应，当动力装置带动左转板旋转到极限角度的时候，左倾斜面接触限位开关；所述的右支架的侧面还设置有制动器，右转板的侧面设置有右倾斜面，右倾斜面的位置与制动器的位置对应，当左倾斜面接触限位开关的时候，右倾斜面接触制动器，制动器与动力电机电连接，当右倾斜面接触制动器的时候，制动器切断动力电机的电源。

所述的安装板的上表面上设置有四个固定柱，四个固定柱分别设置在安装板的四个角上，用于将发动机固定在安装板的上表面上。

本发明具有如下优点：本发明所述的发动机性能试验设备与现有技术相比，能够准确模拟实际工况，能够带动发动机前后晃动，模拟实际工况中的高频率颠簸、旋转、振动、碰撞，从而得出发动机的实际性能，在有限时间内充分暴露发动机的故障，为改进设计提供充分依据，提高发动机安全性和可靠性，并按设计要求初步给出合理的额定值和使用限制，比如允许的超温、转子瞬时超转、喘振次数等，从而满足发动机研制不断向高可靠性、长寿命方向发展的要求；还能够根据节流圈开度、曲轴传感器和凸轮传感器的信号控制燃油流量。

附图说明

图1是本发明所述发动机性能试验设备的左视图。

图2是本发明所述发动机性能试验设备的右视图。

图3是所述发动机性能试验设备的控制系统示意图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1至图3所示，本发明所述的发动机性能试验设备包括左支架112和右支架113、油箱2、供油泵4、供油泵电机5、供油喷嘴6、点火装置7、电子节流圈8、电子控制器10、点火开关11、节流圈开度传感器12、油门传感器13、曲轴角度传感器14、凸轮传感器15和油压传感器16，在左支架和右支架之间设置有加固梁114和支撑梁130，该支撑梁包括左竖梁、水平梁和右竖梁，左竖梁与左支架之间铰接，右竖梁与右支架之间铰接，水平梁连接在左竖梁和右竖梁之间；该水平梁上设置有平梁131，水平梁和平梁上设置有安装板150，安装板的上表面用于安装发动机101；所述的左支架上设置有动力装置，该动力装置用于带动支撑梁相对于左支架和右支架旋转；所述的供油泵的入口与油箱连接，供油泵的出口通过供油管与供油喷嘴连接，供油喷嘴伸入发动机内；点火装置设置在供油喷嘴的喷油口处；油压传感器设置在供油喷嘴所在的供油管道上；节流圈开度传感器12设置在电子节流圈8上；节流圈开度传感器、油门传感器、曲轴角度传感器、凸轮传感器和油压传感器均与电子控制器的输入端连接，电子控制器的输出端与发动机、供油泵电机、供油喷嘴和点火装置分别电连接，电子控制器的电源接口通过点火开关与电源连接；所述的电子控制器根据节流圈开度传感器、油门传感器、曲轴角度传感器、凸轮传感器和油压传感器的输入信号计算发动机的控制参数。

所述的加固梁位于支撑梁的下方。

所述的平梁与支撑梁的水平梁互相垂直。

所述的发动机与油箱之间通过回油管17连通。

所述的发动机的控制参数包括燃油流量、发动机转数、发动机水温以及输入发动机的空气流量。

所述的左支架112为三角形支架，左支架的顶部设置有左转板122，左转板的中心位置设置有左转轴123，左竖梁与左支架和左转板之间通过左转轴铰接。

所述的左支架的侧面设置有水平的横梁111，所述的动力装置设置在该横梁上；动力装置包括动力电机、齿轮箱181、齿条184和齿轮186，齿轮箱包括中空部182和设置在中空部一侧的齿轮室183，齿条设置在中空部内并能在中空部内部上下运动；齿轮设置在齿轮室内并且齿轮与齿轮啮合，齿轮连接在动力电机的输出轴上；齿条的顶端与左转板铰接。

所述的右支架113为三角形支架，右支架的顶部设置有右转板126，右转板的中心位置设置有右转轴127，右竖梁与右支架和右转板之间通过右转轴铰接。

所述的左支架的侧面还设置有限位开关115，左转板的侧面设置有左倾斜面124，左倾斜面的位置与限位开关的位置对应，当动力装置带动左转板旋转到极限角度的时候，左倾斜面接触限位开关；所述的右支架的侧面还设置有制动器116，右转板的侧面设置有右倾斜面128，右倾斜面的位置与制动器的位置对应，当左倾斜面接触限位开关的时候，右倾斜面接触制动器，制动器与动力电机电连接，当右倾斜面接触制动器的时候，制动器切断动力电机的电源。

所述的安装板的上表面上设置有四个固定柱151，四个固定柱分别设置在安装板的四个角上，用于将发动机固定在安装板的上表面上。

本发明所述的发动机性能试验设备中，动力装置用于带动支撑梁相对于左支架和右支架旋转，由于动力装置采用的是齿轮齿条的啮合结构，当启动的时候会造成冲击，能够模拟真实路况颠簸的效果。限位开关和制动器能够防止发动机旋转角度过大，避免侧翻。试验过程中，发动机旋转角度解码就是根据曲轴传感器和凸轮传感器的信号来判定每个缸在一个发动机完整周期中的相对于其死点的角度位置。电子控制器根据节流圈开度传感器、油门传感器、曲轴角度传感器、凸轮传感器和油压传感器的输入信号计算发动机的控制参数，在各种条件下测试发动机的性能。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种发动机性能试验设备，其特征在于，所述发动机性能试验设备包括左支架和右支架、油箱、供油泵、供油泵电机、供油喷嘴、点火装置、电子节流圈、电子控制器、点火开关、节流圈开度传感器、油门传感器、曲轴角度传感器、凸轮传感器和油压传感器，在左支架和右支架之间设置有加固梁和支撑梁，该支撑梁包括左竖梁、水平梁和右竖梁，左竖梁与左支架之间铰接，右竖梁与右支架之间铰接，水平梁连接在左竖梁和右竖梁之间；该水平梁上设置有平梁，水平梁和平梁上设置有安装板，安装板的上表面用于安装发动机；所述的左支架上设置有动力装置，该动力装置用于带动支撑梁相对于左支架和右支架旋转；所述的供油泵的入口与油箱连接，供油泵的出口通过供油管与供油喷嘴连接，供油喷嘴伸入发动机内；点火装置设置在供油喷嘴的喷油口处；油压传感器设置在供油喷嘴所在的供油管道上；节流圈开度传感器设置在电子节流圈上；节流圈开度传感器、油门传感器、曲轴角度传感器、凸轮传感器和油压传感器均与电子控制器的输入端连接，电子控制器的输出端与发动机、供油泵电机、供油喷嘴和点火装置分别电连接，电子控制器的电源接口通过点火开关与电源连接；所述的电子控制器根据节流圈开度传感器、油门传感器、曲轴角度传感器、凸轮传感器和油压传感器的输入信号计算发动机的控制参数。

2.如权利要求1所述的发动机性能试验设备，其特征在于，所述的加固梁位于支撑梁的下方。

3.如权利要求1所述的发动机性能试验设备，其特征在于，所述的平梁与支撑梁的水平梁互相垂直。

4.如权利要求1所述的发动机性能试验设备，其特征在于，所述的发动机与油箱之间通过回油管连通。

5.如权利要求1所述的发动机性能试验设备，其特征在于，所述的发动机的控制参数包括燃油流量、发动机转数、发动机水温以及输入发动机的空气流量。

6.如权利要求1所述的发动机性能试验设备，其特征在于，所述的左支架为三角形支架，左支架的顶部设置有左转板，左转板的中心位置设置有左转轴，左竖梁与左支架和左转板之间通过左转轴铰接。

7.如权利要求6所述的发动机性能试验设备，其特征在于，所述的左支架的侧面设置有水平的横梁，所述的动力装置设置在该横梁上；动力装置包括动力电机、齿轮箱、齿条和齿轮，齿轮箱包括中空部和设置在中空部一侧的齿轮室，齿条设置在中空部内并能在中空部内部上下运动；齿轮设置在齿轮室内并且齿轮与齿轮啮合，齿轮连接在动力电机的输出轴上；齿条的顶端与左转板铰接。

8.如权利要求7所述的发动机性能试验设备，其特征在于，所述的右支架为三角形支架，右支架的顶部设置有右转板，右转板的中心位置设置有右转轴，右竖梁与右支架和右转板之间通过右转轴铰接。

9.如权利要求8所述的发动机性能试验设备，其特征在于，所述的左支架的侧面还设置有限位开关，左转板的侧面设置有左倾斜面，左倾斜面的位置与限位开关的位置对应，当动力装置带动左转板旋转到极限角度的时候，左倾斜面接触限位开关；所述的右支架的侧面还设置有制动器，右转板的侧面设置有右倾斜面，右倾斜面的位置与制动器的位置对应，当左倾斜面接触限位开关的时候，右倾斜面接触制动器，制动器与动力电机电连接，当右倾斜面接触制动器的时候，制动器切断动力电机的电源。

10.如权利要求1所述的发动机性能试验设备，其特征在于，所述的安装板的上表面上设置有四个固定柱，四个固定柱分别设置在安装板的四个角上，用于将发动机固定在安装板的上表面上。