CN114608831B - 一种应用于柴油发动机活塞内温度场测定的实验台装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种应用于柴油发动机活塞内温度场测定的实验台装置，包括台架、大手轮、滚珠丝杠直线运动模块、提升板、活塞座，大手轮安装在台架的顶端，大手轮底端与滚珠丝杠直线运动模块的齿轮相啮合，滚珠丝杠直线运动模块的底部连接提升板，提升板与活塞座固连，活塞座里安装测试活塞。本发明采用模块化设计，不仅可以实现快速安装，也可以扩展其他功能模块，有利于该结构的功能扩展。本发明活塞的安装以及活塞位置的调整采用手动控制，通过人工调节手轮盘来调整测试活塞的位置以及喷射混合燃气的角度，因此可对同缸径的不同活塞进行实验，极大地降低了人员操作带来的安装误差以及安全风险。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种发动机实验台装置，具体地说是发动机活塞实验台。
背景技术
对于车用柴油发动机，提高其功率密度一直是其主要的研究方向，为进一步提高柴油发动机的功率密度，以满足大功率输出的需求，柴油机工作过程中最高爆发压力和最高燃烧温度必然会提高，这也会加剧活塞的热负荷与机械负荷。
活塞的损坏主要由热负荷超过限制参数裂纹等疲劳坏，所以准确检测活塞的温度场进而分析其热负荷的大小是发动机强化过程中必须解决的问题。对于这一超高的燃烧温度进行准确检测一直是内燃机设计领域的一大难题，在对发动机的实机上进行测试容易受到干扰，从而无法得到准确的温度值；除此之外，在发动机外部对活塞进行的热力学测试，将无法准确模拟燃烧室内复杂的燃烧过程。除此之外，在发动机外部对活塞进行的热力学测试，将无法准确模拟燃烧室内复杂的燃烧过程。因此，为了得到活塞燃烧过程中准确的温度变化，就需要对实机测量的数值进行标定，而标定数据需要通过实验台进行试验测定来获得。
在发动机活塞的设计过程中，对温度场的分析和热应力的计算不可或缺，活塞的性能一定程度上决定发动机强化的上限。因此，通过实验手段，精准模拟和测量发动机工作过程中活塞的热力学特性对发动机活塞的设计有着极大的指导意义。
发明内容
本发明的目的在于提供可对活塞温度场仿真数据进行标定，进而为活塞设计提供参考和指导的一种应用于柴油发动机活塞内温度场测定的实验台装置。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种应用于柴油发动机活塞内温度场测定的实验台装置，其特征是：包括台架、大手轮、滚珠丝杠直线运动模块、提升板、活塞座，大手轮安装在台架的顶端，大手轮底端与滚珠丝杠直线运动模块的齿轮相啮合，滚珠丝杠直线运动模块的底部连接提升板，提升板与活塞座固连，活塞座里安装测试活塞。
本发明还可以包括：
1、还包括燃料喷嘴，燃料喷嘴的喷射出口面向测试活塞。
2、还包括小手轮、合页，合页连接燃料喷嘴，小手轮连接合页，小手轮转动带动合页并最终调整燃料喷嘴的喷射角度。
3、滚珠丝杠直线运动模块采用阻燃性材料。
本发明的优势在于：
1、本发明采用乙炔与氧气加热活塞的方式，通过电控节流阀等控制机构，可以在较大的范围内实现温度的稳定调节，可适应多工况的实验研究。
2、本发明采用模块化设计，不仅可以实现快速安装，也可以扩展其他功能模块，有利于该结构的功能扩展。
3、本发明活塞的安装以及活塞位置的调整采用手动控制，通过人工调节手轮盘来调整测试活塞的位置以及喷射混合燃气的角度，因此可对同缸径的不同活塞进行实验，极大地降低了人员操作带来的安装误差以及安全风险。
4、本发明零件采用标准化设计，极大降低了零件数量，方便设备的组装和维护。
附图说明
图1为本发明的三维结构示意图；
图2为本发明的正视图；
图3为本发明的侧视图；
图4为本发明的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1-4，本发明一种应用于柴油发动机活塞内温度场测定的实验台装置，主要包括主从动齿轮1、滚珠丝杠2、合页3、直线运动模块4、小手轮5、活塞座6、测试活塞7、大手轮8、模块连接件9。
测试活塞升降系统主从动齿轮1以及滚珠丝杠2组成，通过手动控制调节大手轮9来控制活塞高度与燃烧室空间，使之与实机相符合。为了防止高温燃气对传动的破坏，滚珠丝杠2及其零部件均采用阻燃性材料制造。
燃烧室活塞座6、测试活塞7组成。燃烧室结构中，将乙炔火焰加热活塞后的高温废气直接排放到外部空间，防止实验台会因为持续高温出现故障。
通过人工手动控制小手轮5，可调整合页3的位置，调整喷射角度，使之与实机相匹配，燃烧室的部分零件可通过台架上的直线运动模块4对位置进行调整。
测试活塞7安装在活塞座6上，活塞座6可装入或取出燃烧室。
台架采用钢方管焊接而成。各部分之间用模块连接件9进行连接，连接表面采用磨削加工保证表面平整，以防止由于焊接变形导致运动阻力过大。
实验台顶部安装有人工控制的手轮，来控制测试活塞升降。
实验台可以兼容基于微型涡喷发动机开发的活塞温度场测定方案。
为了便于调整活塞观察燃烧效果，以及便于测试设备的安装，燃烧室的部分零件可通过台架上的直线运动模块4对位置进行调整，其结构如图2、3、4所示。
台架采用钢方管焊接而成，各部分之间用模块连接件9实现连接，连接件表面采用磨削加工保证表面平整。
若采用涡喷构型，上部空间仅需要进行简单的变化，插入涡轮喷气模组即可完成。
燃烧室活塞座6、测试活塞7组成。燃烧室结构中，将乙炔火焰加热活塞后的高温废气直接排放到外部空间，防止实验台会因为持续高温出现故障。为了防止高温燃气对传动的破坏，滚珠丝杠2及其零部件均采用阻燃性材料制造。
喷嘴采取偏置布置的目的是使得燃烧室内产生一点的涡流，有利于火焰的扩散和温度的均匀。安装喷嘴的孔在喷嘴角度确定后，需要用防火防爆泥加以密封，防止火焰窜出燃烧室。
考虑到实验过程中，需要反复装夹活塞，安装到实验台中的测试活塞需要与冷却油路的油管，热电偶的导线连接，故布线布管也应该计入考虑。为了满足以上需求，在台架上设计滚珠丝杠直线运动模组用以对活塞的推入与拔出。
提升板与两个滚珠丝杠直线运动模块连接，并通过螺栓与活塞支撑管连接在一起，活塞放置在活塞支撑管上部，油路与导线通过活塞支撑管的内部空间与外界连接。当提升板向下运动的时候，活塞从燃烧室内部拔出，操作人员只需要拆除活塞与活塞支撑管的连接螺钉即可完成活塞的更换。
上层用于安装试验台的电控系统，下层安装实验过程中所需的其他测试设备。下层的空间可用于对试验台功能进行扩展，实验人员可以在此处安装其他测试设备获得试验台原始数据采集系统中无法获得的其他实验参数。
手动控制模块主要分为上下两层，其中，上层用于安装试验台的电控系统，下层安装实验过程中所需的其他测试设备。下层的空间还可以用于对试验台功能进行扩展，实验人员可以在此处安装其他测试设备获得试验台原始数据采集系统中无法获得的其他实验参数。
台架采用钢方管焊接而成，各部分之间有用于保证连接精度的连接板，连接表面采用磨削加工保证表面平整。这是因为直线运动机构的存在，对装配的精度要求较高，但若采用整体焊接，将无法保证支撑直线运动模块方管的直线度，使得运动阻力加大。
若采用涡喷构型，上部空间仅需要进行简单的变化，插入涡轮喷气模组即可完成。喷嘴采取偏置布置的目的是使得燃烧室内产生一点的涡流，有利于火焰的扩散和温度的均匀。安装喷嘴的孔在喷嘴角度确定后，需要用防火防爆泥加以密封，防止火焰窜出燃烧室。
过手动控制调节大手轮来控制齿轮机构传动来调整活塞高度与燃烧室空间，使之与实机相符合。并且通过人工手动控制小手轮，可调整合页的角度位置，从而确定调整喷射角度，使之与实机相匹配，燃烧室的部分零件可通过台架上的直线运动模块对位置进行调整。便于调整活塞观察燃烧效果，以及便于测试设备的安装，最终依靠实验台装置进行柴油发动机活塞温度场的测定。
Claims (2)
1.一种应用于柴油发动机活塞内温度场测定的实验台装置，其特征是：包括台架、大手轮、滚珠丝杠直线运动模块、提升板、活塞座、燃料喷嘴、小手轮、合页，大手轮安装在台架的顶端，大手轮底端与滚珠丝杠直线运动模块的齿轮相啮合，滚珠丝杠直线运动模块的底部连接提升板，提升板与活塞座固连，活塞座里安装测试活塞；
燃料喷嘴的喷射出口面向测试活塞；
合页连接燃料喷嘴，小手轮连接合页，小手轮转动带动合页并最终调整燃料喷嘴的喷射角度。
2.根据权利要求1所述的一种应用于柴油发动机活塞内温度场测定的实验台装置，其特征是：滚珠丝杠直线运动模块采用阻燃性材料。
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