CN112798240A - 一种模拟真实工况的活塞冷却喷嘴试验测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种模拟真实工况的活塞冷却喷嘴试验测试装置，包括三相异步电动机、调速机构、曲轴、曲轴支撑、连杆、气缸套、冷却喷嘴、冷却喷嘴支撑架、油管、机油加温装置、液压泵站、油液收集器和油池，本发明具有以下优势：能够模拟发动机真实工况下活塞做往复直线运动时冷却油腔进油孔的实时位置变化，进而能够模拟发动机真实工况下活塞冷却喷嘴油束喷入到活塞冷却油腔进油孔的具体位置。可收集在发动机各转速下通过活塞冷却油腔的油液，进而能够测得冷却喷嘴在发动机各工况下为活塞冷却油腔提供的真实油量。能够为不同转速、缸径下的发动机活塞冷却喷嘴提供性能测试试验平台，为活塞冷却喷嘴结构设计提供试验支撑。

Description

一种模拟真实工况的活塞冷却喷嘴试验测试装置

技术领域

本发明涉及试验测试技术领域，尤其是涉及一种模拟真实工况的活塞冷却喷嘴试验测试装置。

背景技术

活塞冷却喷嘴是实现发动机活塞冷却的重要零部件，由于活塞是发动机燃烧室的直接组成部件，活塞头部的温度很高，为保证其工作性能和寿命，需对活塞头部进行冷却，降低其热负荷。冷却的原理是在活塞内设置冷却油腔和进、回油口，在发动机缸体上安装的冷却喷嘴，向活塞进油口内喷射发动机机油，通过冷却油腔的冷却来降低活塞的热负荷，改善燃烧性能并提高活塞寿命。

由于冷却喷嘴安装在发动机内部，其喷油状态难以观测，进入到活塞冷却油腔的机油流量亦难以测量，所以通常用部件试验的方法测试其流量数据从而评估冷却喷嘴的性能。现有的试验测试装置，多为静态测量，通过液压站为冷却喷嘴供油，直接测量冷却喷嘴喷出油束的流量，或观测油束通过活塞冷却油腔进油孔(通常试验中将活塞简化为板件结构并于其上相对位置钻孔以代替真实活塞冷却油腔进油孔)的对中准确度。然而，这种测量办法并未考虑活塞做往复运动对冷却喷嘴喷出油束通过活塞冷却油腔进油孔的影响，且在冷却喷嘴喷出的油束与活塞往复直线运动轨迹不平行时，该影响更为明显。所以这种流量测试结果与真实的发动机工况下通过活塞冷却油腔的流量并不相同。并且现有的试验测试装置大多是专用设备，即只针对单一型号发动机冷却喷嘴的性能测试，无通用性测试能力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种模拟真实工况的活塞冷却喷嘴试验测试装置，能够解决上述问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种模拟真实工况的活塞冷却喷嘴试验测试装置，包括三相异步电动机、调速机构、曲轴、曲轴支撑、连杆、气缸套、冷却喷嘴、冷却喷嘴支撑架、油管、机油加温装置、液压泵站、油液收集器和油池，所述曲轴支撑、冷却喷嘴支撑架、机油加温装置、液压泵站和油液收集器均安装在油池内，三相异步电动机的输出端连接调速机构，曲轴键连接于调速机构的输出端，调速机构的一端可转动支撑于曲轴支撑上，连杆通过螺栓装配到曲轴上，气缸套内设有活塞和气缸套导流槽，活塞内设有活塞冷却油腔，活塞冷却油腔上端为活塞进油口，活塞冷却油腔下端连通气缸套导流槽，气缸套导流槽位于气缸套内的下端，活塞通过活塞销与连杆装配，使活塞在气缸套内部进行往复直线运动，气缸套通过支架固定在油池上；

油管和冷却喷嘴均固定在冷却喷嘴支撑架上，冷却喷嘴连通于油管上端，油管连接机油加温装置和液压泵站，液压泵站通过机油加温装置和油管为冷却喷嘴提供油压可变、油温恒定的机油，冷却喷嘴正对着气缸套上端的活塞进油口，冷却喷嘴与活塞进油口之间留有一段间距；

油液收集器正对气缸套下端，油液收集器收集经活塞冷却油腔流出的油液。

进一步，所述气缸套与活塞之间留有空隙，气缸套的侧壁设有气缸套出油口，空隙连通于气缸套出油口，经气缸套出油口流出气缸套外部的油液进入油池中，不进入油液收集器中。

进一步，所述罩壳通过螺栓可拆卸固定到油池上。

进一步，所述曲轴支撑、冷却喷嘴支撑架、液压泵站和油液收集器均通过螺栓固定在油池上。

进一步，所述油管通过螺栓固定到冷却喷嘴支撑架上。

进一步，所述气缸套内壁均布有活塞导轨，活塞沿着活塞导轨进行往复直线运动。

进一步，所述气缸套和活塞之间设有组合密封圈，组合密封圈位于气缸套出油口下方。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

(1)能够模拟发动机真实工况下活塞做往复直线运动时冷却油腔进油孔的实时位置变化，进而能够模拟发动机真实工况下活塞冷却喷嘴油束喷入到活塞冷却油腔进油孔的具体位置。

(2)可收集在发动机各转速下通过活塞冷却油腔的油液，进而能够测得冷却喷嘴在发动机各工况下为活塞冷却油腔提供的真实油量。

(3)能够为不同转速、缸径下的发动机活塞冷却喷嘴提供性能测试试验平台，为活塞冷却喷嘴结构设计提供试验支撑。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中的主视示意图；

图3为气缸套的立体结构示意图；

附图标记说明：

1-三相异步电动机；2-调速机构；3-曲轴；4-曲轴支撑；5-连杆；6-活塞销；7-组合密封圈；8-活塞；9-气缸套；10-冷却喷嘴；11-冷却喷嘴支撑架；12-油管；13-机油加温装置；14-液压泵站；15-油液收集器；16-油池；17-罩壳；18-活塞进油口；19-活塞冷却油腔；20-气缸套导流槽；21-活塞导轨；22-空隙；23-气缸套出油口。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为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，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1-3所示，一种模拟真实工况的活塞冷却喷嘴试验测试装置，包括三相异步电动机1、调速机构2、曲轴3、曲轴支撑4、连杆5、气缸套9、冷却喷嘴10、冷却喷嘴支撑架11、油管12、机油加温装置13、液压泵站14、油液收集器15和油池16，所述曲轴支撑4、冷却喷嘴支撑架11、机油加温装置13、液压泵站14和油液收集器15均安装在油池16内，三相异步电动机1的输出端连接调速机构2，曲轴3键连接于调速机构2的输出端，三相异步电动机1和调速机构2为曲柄连杆机构提供动力。

调速机构2的一端可转动支撑于曲轴支撑4上，连杆5通过螺栓装配到曲轴3上，气缸套9内设有活塞8和气缸套导流槽20，活塞8内设有活塞冷却油腔19，活塞冷却油腔19上端为活塞进油口18，活塞冷却油腔19下端连通气缸套导流槽20，气缸套导流槽20位于气缸套9内的下端，活塞8通过活塞销6与连杆5装配，使活塞8在气缸套9内部进行往复直线运动，气缸套9通过支架固定在油池16上，支架在图中未画出，不属于保护内容。

油管12和冷却喷嘴10均固定在冷却喷嘴支撑架11上，冷却喷嘴10连通于油管12上端，所述油管12通过螺栓固定到冷却喷嘴支撑架11上。油管12连接机油加温装置13和液压泵站14，液压泵站14通过机油加温装置13和油管12为冷却喷嘴10提供油压可变、油温恒定的机油，冷却喷嘴10正对着气缸套9上端的活塞进油口18，冷却喷嘴10与活塞进油口18之间留有一段间距；

油液收集器15正对气缸套9下端，油液收集器15收集经活塞冷却油腔19流出的油液。设定某一特定时长，测量收集到得油液，得到活塞冷却油腔内机油流量的真实数据，即为发动机真实工况下活塞冷却油腔的流量；待上述零部件装配完成之后，通过螺栓将罩壳17固定到油池16上，起到防止机油飞溅和形成封闭安全试验环境的作用。

所述气缸套9与活塞8之间留有空隙22，气缸套9的侧壁设有气缸套出油口23，空隙22连通于气缸套出油口23，经气缸套出油口23流出气缸套9外部的油液进入油池16中，不进入油液收集器15中。

所述曲轴支撑4、冷却喷嘴支撑架11、液压泵站14和油液收集器15均通过螺栓固定在油池16上。

所述气缸套9内壁均布有活塞导轨21，活塞8沿着活塞导轨21进行往复直线运动。

所述气缸套9和活塞8之间设有组合密封圈7，组合密封圈7位于气缸套出油口23下方。

工作过程：三相异步电动机1通过调速机构2为曲柄连杆机构提供转速可变的动力，以模拟发动机真实工况的曲轴各转速下的活塞运动；冷却喷嘴10固定在冷却喷嘴支撑架11上，由液压泵站14经机油加温装置13为其提供温度恒定、油压可变的发动机机油，以模拟真实工况下发动机冷却喷嘴的喷油状态。冷却喷嘴10喷射出的油束，部分进入活塞进油口18中，流经活塞冷却油腔19，最终经气缸套导流槽20作用流入油液收集器15中，用于对单位时间内冷却喷嘴喷入活塞冷却油腔进油口机油流量的测试；冷却喷嘴10喷射出油束中未进入活塞进油口18的部分，通过气缸套与活塞间的空隙22，经气缸套出油口23流出气缸套9外部进入油池16中，不进入油液收集器15中。该试验测试装置中冷却喷嘴10为待测试件，选用真实发动机冷却喷嘴，曲轴3、连杆5、活塞8、气缸套9等均为可替换件，冷却喷嘴支撑架11和油液收集器15等位置均可调，以适应不同发动机的曲柄连杆、气缸套及冷却喷嘴结构。

该活塞冷却喷嘴试验测试装置中活塞基本尺寸、连杆长度、曲轴偏心距和缸套基本尺寸等均按照真实发动机相应零部件设计，针对活塞8和气缸套9为适应试验需要做结构调整。活塞8和气缸套9均为两段式设计，按照直径不同分为大直径段和小直径段，在小直径段，活塞8和气缸套9紧密贴合，并设置组合密封圈7，以保证冷却喷嘴10喷射出油束中未进入活塞进油口18的部分，不会沿着气缸套9内壁流入油液收集器15中，带来测量误差；大直径段，通过气缸套上活塞导轨21对活塞8进行导向实现往复直线运动，由于气缸套与活塞间空隙的存在，除气缸套上活塞导轨处气缸套9与活塞8直接接触，其它位置处气缸套9与活塞8间均有较大空隙，保证冷却喷嘴10喷射出油束中未进入活塞进油口18的部分，不会堆积到活塞顶平面进入活塞进油口18，这一部分油液沿着气缸套内壁与活塞间的空隙22处，流向气缸套9下部，经气缸套出油口23流出气缸套外部落入油池16中，并可经液压泵站回收，以循环利用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种模拟真实工况的活塞冷却喷嘴试验测试装置，其特征在于：包括三相异步电动机(1)、调速机构(2)、曲轴(3)、曲轴支撑(4)、连杆(5)、气缸套(9)、冷却喷嘴(10)、冷却喷嘴支撑架(11)、油管(12)、机油加温装置(13)、液压泵站(14)、油液收集器(15)和油池(16)，所述曲轴支撑(4)、冷却喷嘴支撑架(11)、机油加温装置(13)、液压泵站(14)和油液收集器(15)均安装在油池(16)内，三相异步电动机(1)的输出端连接调速机构(2)，曲轴(3)键连接于调速机构(2)的输出端，调速机构(2)的一端可转动支撑于曲轴支撑(4)上，连杆(5)通过螺栓装配到曲轴(3)上，气缸套(9)内设有活塞(8)和气缸套导流槽(20)，活塞(8)内设有活塞冷却油腔(19)，活塞冷却油腔(19)上端为活塞进油口(18)，活塞冷却油腔(19)下端连通气缸套导流槽(20)，气缸套导流槽(20)位于气缸套(9)内的下端，活塞(8)通过活塞销(6)与连杆(5)装配，使活塞(8)在气缸套(9)内部进行往复直线运动，气缸套(9)通过支架固定在油池(16)上；

油管(12)和冷却喷嘴(10)均固定在冷却喷嘴支撑架(11)上，冷却喷嘴(10)连通于油管(12)上端，油管(12)连接机油加温装置(13)和液压泵站(14)，液压泵站(14)通过机油加温装置(13)和油管(12)为冷却喷嘴(10)提供油压可变、油温恒定的机油，冷却喷嘴(10)正对着气缸套(9)上端的活塞进油口(18)，冷却喷嘴(10)与活塞进油口(18)之间留有一段间距；

油液收集器(15)正对气缸套(9)下端，油液收集器(15)收集经活塞冷却油腔(19)流出的油液。

2.根据权利要求1所述的模拟真实工况的活塞冷却喷嘴试验测试装置，其特征在于：所述气缸套(9)与活塞(8)之间留有空隙(22)，气缸套(9)的侧壁设有气缸套出油口(23)，空隙(22)连通于气缸套出油口(23)，经气缸套出油口(23)流出气缸套(9)外部的油液进入油池(16)中，不进入油液收集器(15)中。

3.根据权利要求2所述的模拟真实工况的活塞冷却喷嘴试验测试装置，其特征在于：所述罩壳(17)通过螺栓可拆卸固定到油池(16)上。

4.根据权利要求1所述的模拟真实工况的活塞冷却喷嘴试验测试装置，其特征在于：所述曲轴支撑(4)、冷却喷嘴支撑架(11)、液压泵站(14)和油液收集器(15)均通过螺栓固定在油池(16)上。

5.根据权利要求1所述的模拟真实工况的活塞冷却喷嘴试验测试装置，其特征在于：所述油管(12)通过螺栓固定到冷却喷嘴支撑架(11)上。

6.根据权利要求1所述的模拟真实工况的活塞冷却喷嘴试验测试装置，其特征在于：所述气缸套(9)内壁均布有活塞导轨(21)，活塞(8)沿着活塞导轨(21)进行往复直线运动。

7.根据权利要求1所述的模拟真实工况的活塞冷却喷嘴试验测试装置，其特征在于：所述气缸套(9)和活塞(8)之间设有组合密封圈(7)，组合密封圈(7)位于气缸套出油口(23)下方。

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