CN117191407A - 一种用于发动机测试的特殊环境模拟实验舱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于发动机测试的特殊环境模拟实验舱，包括环境舱、压力调节系统、温度调节系统、湿度调节系统以及电控柜。所述环境舱包括环境舱主体、舱门和观察窗。所述环境舱主体整体上形成一个密闭空间，其结构为顶部采用半圆结构、下部采用圆柱形结构。压力调节系统包括真空泵、高压气瓶、电控压力阀和压力表，用于保证舱内压力可按需求进行调节。温度调节系统包括空调、压缩机组、蒸发器机组及温度计，用于实现对舱内温度的准确控制。湿度调节系统包括加湿器、干燥箱、湿度计及控制阀，用于实现对舱内湿度的准确控制。本发明为动力机械在高原低温低压高湿环境背景下的动力性、经济性、排放性、疲劳可靠性的研究提供全环境阈值实验环境。

Description

一种用于发动机测试的特殊环境模拟实验舱

技术领域

本发明涉及一种用于发动机测试的特殊环境模拟实验舱，尤其是一种能够模拟高原高寒高湿特征的环境模拟实验舱。

背景技术

截至目前，在全世界范围内都无法特别有效地解决柴油机在高原环境下性能恶化的问题。动力机械在特殊环境下适应性差、性能恶化是行业内的普遍共识。由于环境温度变化会导致动力机械热管理失效，动力性、经济性、排放性以及寿命都降低，造成资源能源浪费的同时，对局部地区经济的发展、环境保护以及人员的安全都造成严重威胁。

在高海拔低温环境下，动力机械本身就存在冷启动困难的问题，试验和仿真研究都难以开展，对此工况下的工作特性认识非常有限。

因此，开发一种能够模拟高海拔范围、宽温度阈值以及广泛压力区间环境下动力机械性能的特殊实验场所是具有重要意义的。

虽然目前已有一些在不同温度或者不同压力的环境模拟方案，但这些环境模拟系统功能单一，且结构均为矩形，一旦压力减小，舱内外部大气压力对环境舱壁面产生挤压容易导致变形。受到结构强度的限制，模拟环境舱的内部空间小，温度和压力可调范围低，通常模拟高原海拔4000m左右，温度范围0℃，这严重限制了高海拔地区动力机械的研发、应用与推广。

为了推动特殊环境高效清洁高可靠性动力机械的开发，需要探索新的测试手段，采用更能适应全工况的测试技术，系统性揭示特殊环境下动力机械的动力性、经济性、排放性和可靠性，亟需开发一种能实现温度、压力、湿度单独或耦合控制的稳定环境模拟系统。

发明内容

本发明旨在解决现有实验测试技术中存在的上述问题，提供一种用于发动机测试的特殊环境模拟实验舱，该环境模拟实验舱可以模拟海拔0～5500m(压力范围0.5bar～2bar)、温度最低-60℃、相对湿度最大80％的高原高寒高湿气候条件，同时能够克服因内外环境差异大而导致的舱门无法打开的问题。

本发明所采用的技术方案是：

一种用于发动机测试的特殊环境模拟实验舱，包括：环境舱、压力调节系统、温度调节系统、湿度调节系统以及电控柜。所述环境舱包括环境舱主体、舱门和观察窗。所述环境舱主体整体上形成一个密闭空间，其结构为顶部采用半圆结构、下部采用圆柱形结构，此结构对压力的承受能力最强；整个结构框架采用不锈钢材料，外面包裹采用保温隔热材料；所述舱门位于环境舱主体的正面中间偏下位置，舱门的形状为半圆弧，与环境舱圆柱形主体紧密贴合；所述观察窗位于环境舱主体的右侧面中间位置，材质为耐高温高压的硬质玻璃，便于观察实验过程中舱内的情况。

所述压力调节系统包括真空泵、高压气瓶、电控压力阀和压力表，压力调节系统用于保证舱内压力可按需求进行调节。所述真空泵的出气口连接电控压力阀后与高压气瓶的出气口连接电控压力阀后并联接入环境舱主体内，在两个电控压力阀后设置有压力表；所述真空泵、高压气瓶、电控压力阀和压力表均安装在环境舱主体外面的背面支架上；所述高压气瓶带有电动阀门，所述真空泵带有电机，所述高压气瓶的电动阀门及真空泵的电机与电控柜电连接，通过电控柜控制真空泵对环境舱主体的密闭空间抽真空，或者通过电控柜控制高压气瓶对环境舱主体的密闭空间加压。所述压力表用于指示环境舱主体内的压力变化。所述真空泵的出气口连通高压气瓶的充气口，当舱内压力高于设定值，真空泵开始工作，抽取舱内气体，舱内气体流向高压气瓶，减小舱内压力到设定值；如果舱内压力低于设定值，高压气瓶内的气体向舱内充气，给舱内加压。

所述温度调节系统包括空调、压缩机组、蒸发器机组及温度计，用于实现对舱内温度的准确控制；所述空调位于环境舱外面舱门正上方；所述压缩机组和蒸发器机组位于环境舱主体外面的背面支架上；所述温度计位于环境舱内壁上并与电控柜连接。所述空调设置在舱门上方，可用于调节舱门的门口附近的温度压力条件，以防止环境舱内外环境差异大而导致的舱门无法打开的情况。温度调节原理是比较成熟的技术，在此不过多赘述。

所述湿度调节系统包括加湿器、干燥箱、湿度计及控制阀；所述加湿器和干燥箱并列，通过安装了控制阀的管道与环境舱主体内壁的湿度计相连；当环境舱内的湿度高于设定值，则控制阀在加湿器一侧的阀片关闭，在干燥箱一侧的阀片开启，气体通过管路进入干燥箱进行干燥并重新流回环境舱主体，循环往复。当环境舱主体气体湿度达到设定值并稳定，则控制阀在加湿器和干燥箱两侧的阀片都关闭，保持环境舱主体的密闭状态。

所述可视化观察窗具备加热功能，自动除霜，能够用于观察舱内动力机械的实验进行情况。所述电控柜控制舱内的照明设备开关、舱内环境异常警报器。

所述环境舱主体的背面墙壁上安装有支架、进排气口管路、以及底部预留的管路线路通过孔等；背面墙壁外侧的支架分两层，其中上层从左到右依次摆放或安装有压缩机组、真空泵、加湿器；下层从左到右依次摆放或安装有蒸发器机组、高压气瓶、干燥箱、电控柜。

所述环境舱主体的圆弧形棚顶内壁面上中间安装挂壁支架，支架上安装多排多列的蒸发器机组；舱内底板的材质是厚不锈钢板，地板上安装两条滑轨，用于安装和固定待测试发动机。

所述环境舱主体由保温材料制作而成，且预留孔位置在进行全套装置安装后需采用密封材料进行密封。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明能够模拟不同海拔不同压力不同温度不同湿度条件特殊环境下的气候条件，为动力机械在高原低温低压高湿环境背景下的动力性、经济性、排放性、疲劳可靠性的研究提供全环境阈值方案。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本发明的环境模拟实验舱的总体构成示意图。

图2是本发明的主视图。

图3是本发明的后视图。

图4是本发明的右视图。

图5是本发明的系统内部主视图。

图6是本发明的工作原理示意图。

附图标记列表

1-环境舱的主体，2-舱门，3-空调，4-进气口，5-支撑板，6-电控柜，7-加湿器，8-管路，9-真空泵，10-压缩机组，11-排气口，12-高压气瓶，13干燥器，14-观察窗，15-系统照明开关和警报器柜，16-悬挂支架，17-蒸发器机组，18-发动机，19-滑轨，20-电控压力阀，21-压力表，22-温度计，23-湿度计，24-进气阀，25-控制阀。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

参见图1-图6，一种用于发动机测试的特殊环境模拟实验舱，包括：环境舱、压力调节系统、温度调节系统、湿度调节系统以及电控柜6。

所述环境舱包括环境舱主体1、舱门2和观察窗14。所述环境舱主体1整体上形成一个密闭空间，其结构为顶部采用半圆结构、下部采用圆柱形结构，此结构对压力的承受能力最强；整个结构框架采用不锈钢材料，外面包裹采用保温隔热材料；所述舱门2位于环境舱主体1的正面中间偏下位置，舱门的形状为半圆弧，与环境舱圆柱形主体紧密贴合；所述观察窗14位于环境舱主体1的右侧面中间位置，材质为耐高温高压的硬质玻璃，便于观察实验过程中舱内的情况。

所述压力调节系统包括真空泵9、高压气瓶12、电控压力阀20和压力表21，压力调节系统用于保证舱内压力可按需求进行调节。所述真空泵9的出气口连接电控压力阀20后与高压气瓶12的出气口连接电控压力阀20后并联接入环境舱主体1内，在两个电控压力阀20后设置有压力表21；所述真空泵9、高压气瓶12、电控压力阀20和压力表21均安装在环境舱主体1外面的背面支架上；所述高压气瓶12带有电动阀门，所述真空泵9带有电机，所述高压气瓶12的电动阀门及真空泵9的电机与电控柜6连接，通过电控柜6控制真空泵9对环境舱主体1的密闭空间抽真空，或者通过电控柜6控制高压气瓶12对环境舱主体1的密闭空间加压。所述压力表21用于指示环境舱主体1内的压力变化。所述真空泵9的出气口连通高压气瓶12的充气口(图6中未示出)，当舱内压力高于设定值，真空泵9开始工作，抽取舱内气体，舱内气体流向高压气瓶12，减小舱内压力到设定值；如果舱内压力低于设定值，高压气瓶12内的气体向舱内充气，给舱内加压。

所述温度调节系统包括空调3、压缩机组10、蒸发器机组17及温度计22，用于实现对舱内温度的准确控制；所述空调3位于环境舱外面舱门正上方；所述压缩机组10和蒸发器机组17位于环境舱主体外面的背面支架上；所述温度计22位于环境舱内壁上并与电控柜6连接。所述舱门2上安装空调，可用于调节舱门2的门口附近的温度压力条件，以防止环境舱内外环境差异大而导致的舱门2无法打开的情况。温度调节原理是比较成熟的技术，在此不过多赘述。

所述湿度调节系统包括加湿器7、干燥箱13、湿度计23及控制阀25；所述加湿器7和干燥箱13并列，通过安装了控制阀25的管道与环境舱主体1内壁的湿度计23相连；当环境舱内的湿度高于设定值，则控制阀25在加湿器一侧的阀片关闭，在干燥箱一侧的阀片开启，气体通过管路进入干燥箱进行干燥并重新流回环境舱主体1，循环往复。当环境舱主体1气体湿度达到设定值并稳定，则控制阀25在加湿器7和干燥箱13两侧的阀片都关闭，保持环境舱主体1的密闭状态。

所述可视化观察窗14具备加热功能，自动除霜，能够用于观察舱内动力机械的实验进行情况。所述电控柜6控制舱内的照明设备开关、舱内环境异常警报器。

所述环境舱主体1的背面墙壁上安装有支架16、进排气口管路8、以及底部预留的管路线路通过孔等；背面墙壁外侧的支架分两层，其中上层从左到右依次摆放或安装有压缩机组10、真空泵9、加湿器7；下层从左到右依次摆放或安装有蒸发器机组17、高压气瓶12、干燥箱13、电控柜6。

所述环境舱主体1的圆弧形棚顶内壁面上中间安装挂壁支架，支架上安装多排多列的蒸发器机组17；舱内底板的材质是厚不锈钢板，地板上安装两条滑轨19，用于安装和固定待测试发动机18。

所述环境舱主体1由保温材料制作而成，且预留孔位置在进行全套装置安装后需采用密封材料进行密封。

实施例

通过压力调节系统可以对密闭环境舱内的压力进行调节，实现对不同海拔对应的气压条件模拟；通过温度调节系统可以对密闭舱内的温度进行调节，实现对不同环境气温的模拟；通过湿度调节系统可以对密闭舱内的湿度进行调节，实现诸如热带雨林等高温高湿气候的模拟。三个调节系统可以单独工作，也可以同时工作，实现对单一或综合环境的调节控制及模拟。综上所述，本实施例能够模拟热带气候、温带气候、寒带气候，高原气候、盆地气候等，为动力机械在各种环境条件下的动力性、经济性、排放性、疲劳可靠性等性能测试提供一种较为接近实际条件的环境背景。

在一些实施例中，在滑轨上还可以安装测功机、联轴器、排放测试设备等，模拟冷启动过程实验，常规与非常规排放物测试实验。

模拟高原低温环境下柴油机冷起动实验，将发动机、联轴器、测功机、排放测试设备安装和固定在滑轨上，将各设备间的线路和管路连接好。ECU控制器和控制程序计算机通过预留的接口位置将连线接好，在密闭舱外部操作控制计算机，并将密闭舱接线口处密封。通过电控柜设定目标温度为-10℃，气压值为0.81bar(海拔2000m)，湿度30％，按下确认键，让环境舱开始工作，12h后观察舱内环境条件与设定值一致，并保持稳定，开始实验，并记录数据。

操作过程：

(1)设备连接调试，检查发动机内的润滑油和冷却液是否处于设定的目标温度值，检查设备是否能正常运行；

(2)开启实验数据采集系统；

(3)开始发动机启动控制程序，对转速、扭矩、喷油量等冷起动关键参数进行标定，直至发动机怠速稳定，记录冷启动状态和持续时间；

(4)试验结束后，通过计算机程序关闭发动机实验相关设备；

(5)关闭电控柜，停止环境舱内环境的设定与保持。

(6)打开进气阀和舱门，使内外环境条件一致后关闭舱门。

上述实施例仅仅是为了说明本环境模拟实验舱的功能而举的一个案例，而不是对实施方式的限制。对于所述领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或改进。由此所引申出的显而易见的变形仍处于本发明的保护范围之中。

本申请中所描述的表达位置与方向的词，均是以附图为例进行的说明，但根据需要也可以做出改变，所做改变均包含在本申请保护范围内。本申请的附图仅用于示意相对位置关系不代表真实比例。

Claims (10)

1.一种用于发动机测试的特殊环境模拟实验舱，其特征在于，包括环境舱、压力调节系统、温度调节系统、湿度调节系统以及电控柜(6)；

所述环境舱包括环境舱主体(1)、舱门(2)和观察窗(14)；所述环境舱主体(1)整体形成一个密闭空间，所述舱门(2)位于环境舱主体(1)的正面中间偏下位置，所述观察窗(14)位于环境舱主体(1)的右侧面中间位置；

所述压力调节系统包括真空泵(9)、高压气瓶(12)、电控压力阀(20)和压力表(21)，所述真空泵(9)的出气口连接电控压力阀(20)后与高压气瓶(12)的出气口连接电控压力阀(20)后并联接入环境舱主体(1)内，在两个电控压力阀(20)后设置有压力表(21)；所述真空泵(9)、高压气瓶(12)、电控压力阀(20)和压力表(21)均安装在环境舱主体(1)外面的背面支架上；所述高压气瓶(12)带有电控压力阀，所述真空泵(9)带有电机，所述高压气瓶(12)的电控压力阀及真空泵(9)的电机与电控柜(6)电连接，通过电控柜(6)控制真空泵(9)对环境舱主体(1)的密闭空间抽真空，或者通过电控柜(6)控制高压气瓶(12)对环境舱主体(1)的密闭空间加压；

所述温度调节系统包括压缩机组(10)、蒸发器机组(17)及温度计(22)；所述压缩机组(10)和蒸发器机组(17)位于环境舱主体外面的背面支架上；所述温度计(22)位于环境舱内壁上并与电控柜(6)连接；

所述湿度调节系统包括加湿器(7)、干燥箱(13)、湿度计(23)及控制阀(25)；所述加湿器(7)和干燥箱(13)并列，通过安装了控制阀(25)的管道与环境舱主体(1)内壁的湿度计(23)相连；当环境舱内的湿度高于设定值，则控制阀(25)在加湿器一侧的阀片关闭，在干燥箱一侧的阀片开启，气体通过管路进入干燥箱进行干燥并重新流回环境舱主体(1)，循环往复；当环境舱主体(1)气体湿度达到设定值并稳定，则控制阀(25)在加湿器(7)和干燥箱(13)两侧的阀片都关闭，保持环境舱主体(1)的密闭状态；

所述舱门(2)上方还设置有调节舱门(2)的门口附近的温度的空调(3)，用于防止环境舱内外环境差异大而导致的舱门(2)无法打开。

2.根据权利要求1所述的用于发动机测试的特殊环境模拟实验舱，其特征在于：

所述环境舱包括环境舱主体(1)，顶部采用半圆结构、下部采用圆柱形结构；所述舱门(2)形状为半圆弧，与环境舱圆柱形主体紧密贴合；所述观察窗(14)位于环境舱主体(1)的右侧面中间位置。

3.根据权利要求1所述的用于发动机测试的特殊环境模拟实验舱，其特征在于：

所述真空泵(9)的出气口连通高压气瓶(12)的充气口，当舱内压力高于设定值，真空泵(9)开始工作，抽取舱内气体，舱内气体流向高压气瓶(12)，减小舱内压力到设定值；如果舱内压力低于设定值，高压气瓶(12)内的气体向舱内充气，给舱内加压。

4.根据权利要求1所述的用于发动机测试的特殊环境模拟实验舱，其特征在于：

所述观察窗(14)为耐高温高压的硬质玻璃，具备加热功能，能够自动除霜。

5.根据权利要求1所述的用于发动机测试的特殊环境模拟实验舱，其特征在于：

还包括系统照明开关和警报器柜控制舱内的照明设备开关、舱内环境异常警报器。

6.根据权利要求1所述的用于发动机测试的特殊环境模拟实验舱，其特征在于：

所述环境舱主体(1)的背面墙壁上安装有支架(16)、进排气口管路(8)以及底部预留的管路线路通过孔；背面墙壁外侧的支架分两层，其中上层从左到右依次摆放或安装有压缩机组(10)、真空泵(9)、加湿器(7)；下层从左到右依次摆放或安装有蒸发器机组(17)、高压气瓶(12)、干燥箱(13)、电控柜(6)。

7.根据权利要求1所述的用于发动机测试的特殊环境模拟实验舱，其特征在于：

所述环境舱主体(1)的圆弧形棚顶内壁面上中间安装挂壁支架，支架上安装多排多列的蒸发器机组(17)。

8.根据权利要求1所述的用于发动机测试的特殊环境模拟实验舱，其特征在于：

所述环境舱主体(1)舱内底板的材质是厚不锈钢板，地板上安装两条滑轨(19)，用于安装和固定待测试发动机(18)。

9.根据权利要求1-8任一项所述的用于发动机测试的特殊环境模拟实验舱，其特征在于：

所述环境舱主体(1)外面包裹有保温隔热材料，且预留孔位置在进行全套装置安装后采用密封材料进行密封。

10.根据权利要求1-8任一项所述的用于发动机测试的特殊环境模拟实验舱，其特征在于：

所述环境舱主体(1)的框架主体采用不锈钢材料。