CN112628010A - 一种单缸柴油机缸套温度场控制装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种单缸柴油机缸套温度场控制装置与方法，所述温度场控制装置包括：套设于缸套上部的环形冷却套本体；所述冷却套本体上部开设冷却腔，所述冷却腔通过焊接于外侧的铝板形成密闭结构；所述冷却腔设置进水口和出水口；所述冷却腔内部充满冷却介质；所述冷却套本体下部设置力传感器，所述冷却套本体外侧由上至下均匀布置六个温度传感器；所述缸套中下部外壁均匀喷涂有保温涂层。本发明主要利用单缸机缸套温度场控制的装置进行单缸柴油机缸套的部位不同程度温度控制。

Description

一种单缸柴油机缸套温度场控制装置与方法

技术领域

本发明涉及柴油机技术领域，具体而言，尤其涉及一种单缸柴油机缸套温度场控制装置与方法。

背景技术

近年来，柴油机的强化指标不断提高，缸套及其活塞环组摩擦副受到的机械载荷和热负荷随之不断增加，对柴油机缸套进行合理温度场控制十分必要。传统的柴油机缸套冷却采用整体式的无差别的风冷或水冷结构。实际上，从内燃机摩擦学角度考虑，缸套-活塞环组摩擦副在行程不同位置处于不同的润滑状态，上止点附近位置为混合润滑甚至边界润滑状态，行程中段及下止点附近位置为流体润滑状态。因此，期望在上止点附近位置控制较低温度，使得润滑油粘度更高，成膜能力更强，减少微凸体接触摩擦；而在行程中段及下止点附近位置，控制较高温度，使得润滑油粘度维持较低状态，从而减少流体剪切摩擦，在整个工作循环内降低摩擦功，提高柴油机热效率。目前已有的冷却结构与方法无法满足上述使用要求。

发明内容

根据上述提出现有技术存在的问题，而提供一种单缸柴油机缸套温度场控制装置与方法。本发明主要利用单缸机缸套温度场控制的装置进行单缸柴油机缸套的部位不同程度温度控制。

本发明采用的技术手段如下：

一种单缸柴油机缸套温度场控制装置，包括：套设于缸套上部的环形冷却套本体；所述冷却套本体上部开设冷却腔，所述冷却腔通过焊接于外侧的铝板形成密闭结构；所述冷却腔设置进水口和出水口；所述冷却腔内部充满冷却介质；所述冷却套本体下部设置力传感器，所述冷却套本体外侧由上至下均匀布置六个温度传感器；所述缸套中下部外壁均匀喷涂有保温涂层。

进一步地，所述冷却套本体采用过盈配合的方式套设于所述缸套外侧，且所述冷却套本体的中心线与所述缸套的中心线重合。

进一步地，所述冷却套本体侧面设置限位顶丝。

进一步地，所述保温涂层为0.5mm的氧化锆。

进一步地，所述冷却腔采用机加工与焊接工艺成型。

进一步地，所述冷却腔用于冷却所述缸套上止点附近位置，所述保温涂层用于对所述缸套中下部止点附近位置进行保温，且下层保温面积为上层冷却面积的两倍。

进一步地，所述冷却套本体下部设置安装槽，所述安装槽分为上下两部分，所述力传感器为拉压传感器，所述拉压传感器设置于下部安装槽，所述拉压传感器下端螺柱连接于单缸柴油机，上端螺柱伸入上部安装槽，并通过螺帽与所述冷却套本体固定连接。

本发明还提供了一种通过上述单缸柴油机缸套温度场控制装置进行缸套温度场控制的方法，包括以下步骤：

(1)将所述冷却套本体与所述缸套过盈配合压装为一体结构，安装于单缸柴油机上；

(2)将单缸柴油机启动后低速低负载运行五分钟以上，由恒温水柜通过所述进水口向所述冷却腔内通入冷却介质进行冷却，同时通过所述力传感器在线监测单缸柴油机的缸套-活塞环组摩擦力变化状态并通过所述温度传感器监测温度；

(3)通过对设置于所述恒温水柜与所述进水口之间的离心泵和球阀进行调速和开度控制进而控制所述冷却介质的流量，通过所述恒温水柜控制冷却介质的温度；

(4)由不同温度及不同流量的所述冷却介质分别流入所述冷却套本体，实现对单缸柴油机缸套上部不同程度的冷却，配合所述缸套外壁喷涂的所述保温涂层对所述缸套轴向温度场进行控制，从而实现通过所述单缸柴油机缸套温度场控制装置来改变所述缸套内壁温度，进而改变所述缸套内壁润滑油粘度。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的单缸柴油机缸套温度场控制装置与方法，利用单缸机缸套温度场控制的装置进行单缸柴油机缸套的部位不同程度温度控制，相比传统的风冷翅片和水冷套，单缸柴油机缸套温度场控制的装置可针对缸套不同位置进行分区域，分强度的温度控制，在缸套上止点附近位置控制较低温度，使缸套与活塞环组间润滑油膜更厚，减少微凸体接触摩擦，控制摩擦磨损；在缸套中段及下止点附近位置控制更高温度，使润滑油粘度降低，减少流体剪切摩擦。

2、本发明提供的单缸柴油机缸套温度场控制装置与方法，可使冷却强度适中，不会因过度冷却导致传热损失增加，降低整机效率，也不会因冷却不足，无法降低整机热负荷，导致零件的失效及损坏，甚至引发柴油机故障。

3、本发明提供的单缸柴油机缸套温度场控制装置与方法，可明显降低柴油机全行程的摩擦功耗，增加输出功率和热效率，提高柴油机的燃油经济性、可靠性与寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所述单缸柴油机缸套温度场控制装置的结构示意图。

图2是本发明所述单缸柴油机缸套温度场控制装置的正视图。

图3是本发明所述单缸柴油机缸套温度场控制装置的侧视图。

图4为本发明所述冷却套与所述缸套的组合示意图。

图中：1、冷却套本体；2、进水口；3、限位顶丝；4、力传感器；5、温度传感器；6、出水口；7、冷却腔；8、保温涂层；9、安装槽。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例1

如图1-4所示，本发明提供了一种单缸柴油机缸套温度场控制装置，包括：套设于缸套上部的环形冷却套本体1；所述冷却套本体1上部开设冷却腔7，所述冷却腔7通过焊接于外侧的铝板形成密闭结构；所述冷却腔7设置进水口2和出水口6；所述冷却腔7内部充满冷却介质；在所述冷却腔7内部的冷却介质通过所述进水口2和所述出水口6进行循环并将热量带走，通过充入不同温度的所述冷却介质并在所述冷却腔7内部循环，实现对所述缸套10的轴向温度场控制；

所述冷却套本体1下部设置力传感器4，所述冷却套本体1外侧由上至下均匀布置六个温度传感器5；所述缸套10中下部外壁均匀喷涂有保温涂层，用于减少所述缸套10中下部的散热。。

进一步地，所述冷却套本体1采用过盈配合的方式套设于所述缸套10外侧，且所述冷却套本体1的中心线与所述缸套10的中心线重合。

进一步地，所述冷却套本体1侧面设置限位顶丝3，所述缸套10有锥度，与所述冷却套本体1压装，能够通过所述限位顶丝3保证所述缸套与所述冷却套本体不分离。

进一步地，所述保温涂层8为0.5mm的氧化锆。

进一步地，所述冷却腔7采用机加工与焊接工艺成型。

进一步地，所述冷却腔7用于冷却所述缸套10上止点附近位置，所述保温涂层8用于对所述缸套10中下部止点附近位置进行保温，且下层保温面积为上层冷却面积的两倍，所述下层保温面积是指所述保温涂层8的面积，所述上层冷却面积是指所述冷却腔7对所述缸套10进行冷却的面积。

进一步地，所述冷却套本体1下部设置安装槽9，所述安装槽9分为上下两部分，所述力传感器4为拉压传感器，所述拉压传感器设置于下部安装槽，所述拉压传感器下端螺柱连接于单缸柴油机，单缸柴油机的活塞在做往复运动时，所述缸套10受到摩擦力，产生轴向的运动趋势，进而带动所述拉压传感器，能够实时测得摩擦力变化，所述拉压传感器上端螺柱伸入上部安装槽，并通过螺帽与所述冷却套本体1固定连接。

本发明还提供了一种通过上述单缸柴油机缸套温度场控制装置进行缸套温度场控制的方法，包括以下步骤：

(1)将所述冷却套本体1与所述缸套10过盈配合压装为一体结构，安装于单缸柴油机上；

(2)将单缸柴油机启动后低速低负载运行五分钟以上(视环境温度调整)，由恒温水柜通过所述进水口2向所述冷却腔7内通入冷却介质进行冷却，同时通过所述力传感器4在线监测单缸柴油机的缸套-活塞环组摩擦力变化状态并通过labview采集数据，还可以通过所述温度传感器5监测温度；

(3)通过对设置于所述恒温水柜与所述进水口2之间的离心泵和球阀进行调速和开度控制进而控制所述冷却介质的流量，通过所述恒温水柜控制冷却介质的温度；

(4)由不同温度及不同流量的所述冷却介质分别流入所述冷却套本体1，实现对单缸柴油机缸套上部不同程度的冷却，配合所述缸套外壁喷涂的所述保温涂层8对所述缸套10轴向温度场进行控制，从而实现通过所述单缸柴油机缸套温度场控制装置来改变所述缸套10内壁温度，进而改变所述缸套10内壁润滑油粘度。

采用本发明所述的单缸柴油机缸套温度场控制方法，可明显改善缸套-活塞环组的摩擦润滑状态。与传统整体水冷方法相比，通过对上止点附近温度控制，使得润滑油粘度更大，成膜能力更强，减少摩擦副之间的微凸体接触，上止点附近摩擦力降低；通过对行程中段及下止点附近温度的控制，使得润滑油粘度减小，降低流体剪切摩擦力，行程中段摩擦力降低。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (8)

1.一种单缸柴油机缸套温度场控制装置，其特征在于，包括：套设于缸套上部的环形冷却套本体；所述冷却套本体上部开设冷却腔，所述冷却腔通过焊接于外侧的铝板形成密闭结构；所述冷却腔设置进水口和出水口；所述冷却腔内部充满冷却介质；所述冷却套本体下部设置力传感器，所述冷却套本体外侧由上至下均匀布置六个温度传感器；所述缸套中下部外壁均匀喷涂有保温涂层。

2.根据权利要求1所述的单缸柴油机缸套温度场控制装置，其特征在于，所述冷却套本体采用过盈配合的方式套设于所述缸套外侧，且所述冷却套本体的中心线与所述缸套的中心线重合。

3.根据权利要求1所述的单缸柴油机缸套温度场控制装置，其特征在于，所述冷却套本体侧面设置限位顶丝。

4.根据权利要求1所述的单缸柴油机缸套温度场控制装置，其特征在于，所述保温涂层为0.5mm的氧化锆。

5.根据权利要求1所述的单缸柴油机缸套温度场控制装置，其特征在于，所述冷却腔采用机加工与焊接工艺成型。

6.根据权利要求1所述的单缸柴油机缸套温度场控制装置，其特征在于，所述冷却腔用于冷却所述缸套上止点附近位置，所述保温涂层用于对所述缸套中下部止点附近位置进行保温，且下层保温面积为上层冷却面积的两倍。

7.根据权利要求1所述的单缸柴油机缸套温度场控制装置，其特征在于，所述冷却套本体下部设置安装槽，所述安装槽分为上下两部分，所述力传感器为拉压传感器，所述拉压传感器设置于下部安装槽，所述拉压传感器下端螺柱连接于单缸柴油机，上端螺柱伸入上部安装槽，并通过螺帽与所述冷却套本体固定连接。

8.一种通过权利要求1所述的单缸柴油机缸套温度场控制装置进行缸套温度场控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将所述冷却套本体与所述缸套过盈配合压装为一体结构，安装于单缸柴油机上；

(2)将单缸柴油机启动后低速低负载运行五分钟以上，由恒温水柜通过所述进水口向所述冷却腔内通入冷却介质进行冷却，同时通过所述力传感器在线监测单缸柴油机的缸套-活塞环组摩擦力变化状态并通过所述温度传感器监测温度；

(3)通过对设置于所述恒温水柜与所述进水口之间的离心泵和球阀进行调速和开度控制进而控制所述冷却介质的流量，通过所述恒温水柜控制冷却介质的温度；

(4)由不同温度及不同流量的所述冷却介质分别流入所述冷却套本体，实现对单缸柴油机缸套上部不同程度的冷却，配合所述缸套外壁喷涂的所述保温涂层对所述缸套轴向温度场进行控制，从而实现通过所述单缸柴油机缸套温度场控制装置来改变所述缸套内壁温度，进而改变所述缸套内壁润滑油粘度。

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