CN117329015A - 一种适用于光学发动机温控和润滑的缸套系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于光学发动机温控和润滑的缸套系统,包括温控缸套系统、润滑缸套系统、可视化活塞系统和电控系统组成。温控缸套系统包括温控缸套本体和温控水箱;温控缸套本体由两个相互嵌套的套筒组成,两套筒间的空间为内嵌式冷却水道,利用内嵌式冷却水道、温控水箱和缸套之间的相对移动来控制缸套温度,保证缸套温度分布更加均匀,同时可恒温和变温控制缸套温度;并控制活塞每隔两次往复运动后于缸套和活塞之间进行一次润滑油周向喷射,解决光学发动机易出现的拉缸故障。润滑油喷淋量与缸套冷却水温成正比,润滑缸套系统提供较多的润滑油时可暂存可视化活塞之中,润滑缸套系统提供较少的润滑油时可视化活塞可补充润滑油。
Description
技术领域
本发明涉及用于内燃机燃烧光学诊断系统,尤其涉及一种适用于光学发动机温控和润滑的缸套系统。
背景技术
光学发动机是一种在缸套或活塞上改造出光学窗口,通过高速摄像机采集光学信号的发动机试验装置。典型结构为全透明、部分透明或不透明缸套,活塞顶部装有透明石英玻璃,加长型鲍迪奇式中间镂空活塞,镂空部分安装反射镜,高速摄像机采集缸内光学信号。光学发动机主要研究缸内喷雾、混合气形成、燃烧火焰结构和污染物生成演变情况。由于光学发动机是在不破坏缸内工作过程条件下获得真实信息,因此得到大量应用。
光学发动机气缸盖和曲轴箱之间通过立柱连接,立柱与缸套之间紧密贴合,并无额外空间安装其它设备,导致光学发动机存在一些问题。(1)光学发动机缸套一般采用风冷或局部水冷的方式,风冷的形式冷却效果较差,难以将缸套维持在恒定温度;局部水冷的方式导致缸套温度梯度大,易对实验结果产生不利影响。(2)气缸盖与曲轴箱之间的鲍迪奇式活塞暴露于空气之中,缸套与活塞环之间并无润滑油,时间过久会导致缸套与活塞环磨损严重,易造成拉缸故障。(3)由于光学发动机缸套与活塞之间润滑效果与热力学发动机差异较大,导致光学发动机实验结果与热力学发动机实际效果有所差异。(4)为减小缸套和活塞环之间的磨损,需定时拆装缸套进行手动涂抹润滑脂,但手动涂抹润滑脂量难以把握,易造成润滑脂涂抹厚度不均的问题,且多次涂抹润滑脂需频繁的拆装气缸盖和缸套,程序较为繁琐和复杂。
发明内容
针对上述现有技术,本发明提供一种适用于光学发动机温控和润滑的缸套系统,可实现恒温和变温控制,提高缸套温度分布的均匀性,并自主可控提供润滑油,保证缸套与活塞环之间润滑油分布更加均匀,避免出现拉缸故障,减小光学发动机实验值与热力学发动机真实值之间的差异。
为了解决上述技术问题,本发明提出的一种适用于光学发动机温控和润滑的缸套系统,包括温控缸套系统、润滑缸套系统、可视化活塞系统和电控系统组成;
所述温控缸套系统包括温控缸套本体、温控水箱和两个动力电机;所述温控缸套本体由两个相互嵌套的套筒组成,两套筒间的空间由沿周向布置的多个连接筋划分为十个大小相同的水槽,按照周向上相邻的五个水槽串联,将十个水槽分为两组,同一组中的相邻水槽的串联口的位置按照上、下间隔交错布置,每组水槽分别具有一个进水口和一个出水口,所述进水口和出水口均贯通所述温控缸套本体的外筒壁、并通过水管连接至温控水箱;所述温控水箱内设有高压水泵;所述高压水泵将温控介质水从两个进水口压入至两套筒间的两组水槽,温控介质水流经两组水槽向所述润滑缸套系统传热或吸热,然后从出水口流回温控水箱;所述两个动力电机对称地安装于所述温控缸套本体的下方,所述动力电机通过齿轮传动机构带动所述温控缸套本体旋转;
所述润滑缸套系统包括润滑缸套本体、两个润滑油喷射器和润滑油泵;所述润滑油喷射器与所述润滑油泵之间通过油管连接,所述润滑缸套本体的下部实体内设有一环形油槽,沿所述环形油槽的周向均布有20个通向所述润滑缸套本体内部的喷油孔,所述喷油孔的喷射方向与所述润滑缸套本体的径向倾斜;两个润滑油喷射器均分别通过润滑油管路与所述环形油槽连通;
所述温控缸套本体套于所述润滑缸套本体的上部、且为间隙配合;所述动力电机通过齿轮传动机构带动所述温控缸套本体绕润滑缸套本体周向往复旋转;所述润滑缸套本体的下部外径与所述温控缸套本体的外径相同;
所述可视化活塞系统包括可视化活塞本体和石英玻璃窗,所述可视化活塞本体外的上部自上而下的设有两道气环和一道槽孔式油环;所述可视化活塞本体上、且位于所述槽孔式油环的内侧设有一环形储油槽,所述槽孔式油环设有与所述环形储油槽贯通的连通孔;
润滑油经过所述润滑油泵加压后泵入所述润滑油喷射器后进入环形油槽,而后再通过喷油孔喷于润滑缸套本体与所述槽孔式油环之间;
所述电控系统包括温控水箱的水温传感器、发动机转速传感器和ECU单元,所述水温传感器、发动机转速传感器、动力电机、高压水泵、润滑油泵和润滑油喷射器均与所述ECU单元相联。
进一步讲,本发明所述的适用于光学发动机温控和润滑的缸套系统,其中:
所述进水口位于所述温控缸套本体的顶端,所述出水口位于所述温控缸套本体的底端。
所述齿轮传动机构包括固定在所述温控缸套本体底部的环形外齿圈,所述动力电机的输出端设有与所述环形外齿圈啮合的齿轮。
所述两道气环和一道槽孔式油环的岔口交替布置。
所述石英玻璃窗布置在所述可视化活塞本体上位于活塞头部的一端。
所述ECU单元根据所述水温传感器实时监测到的水温,判断实际水温与目标水温的差距控制所述温控水箱对冷却介质水进行加热或制冷处理;所述ECU单元根据所述温控水箱水温传感器提供的水温信息计算润滑油粘度,进而控制所述润滑油泵和润滑油喷射器来调节润滑油的喷射量;所述ECU单元根据所述发动机转速传感器提供的转速信息控制所述润滑油喷射器的喷射频率,并按照活塞每隔两次往复运动后于缸套和活塞之间进行一次润滑油周向喷射;所述ECU单元同时控制所述动力电机以固定的频率正反旋转。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
(1)本发明中,温控缸套系统的温控缸套本体外接大功率温控水箱,采用温控介质水可有效的对润滑缸套本体吸热或传热,精密控制润滑缸套内壁面温度,误差范围为±0.5℃,消除了同一组实验中温度波动对实验结果的影响。
(2)温控缸套本体与润滑缸套本体之间的相对运动、多个温控水槽、“N”型的水槽流向和高压水泵提供的高速水流可实现润滑缸套本体内壁面更均匀的温度分布,消除了缸套内壁面温度不均对实验结果的影响。
(3)本发明中,润滑缸套系统中设计的润滑油喷射器、多个倾斜喷油孔、槽孔式油环和活塞储油槽可有效模拟热力学发动机缸套和活塞之间的润滑油布置情况,保证光学发动机运行条件更加接近热力学发动机,提高实验结果可信度。
(4)润滑缸套系统减缓了缸套和活塞环之间的磨损,延长了缸套和活塞环的使用寿命,提高燃烧室气密性,避免出现拉缸现象。
(5)润滑缸套系统替换了手动涂抹润滑脂操作,使润滑油涂抹更加均匀,润滑油量更加合适,减少了气缸盖和缸套的拆装次数,简化实验程序。
附图说明
图1是本发明所述缸套系统的整体结构示意图;
图2是图1中所示温控缸套系统的剖视图;
图3是图2所示温控缸套系统A-A剖面示意图;
图4是图2所示温控缸套系统B-B剖面示意图;
图5是图2中所示温控缸套本体沿周向的剖面展开示意图;
图6是图1中所示润滑缸套系统的剖视图;
图7是图6所示润滑缸套系统C-C剖面示意图;
图8是图6所示润滑缸套系统D-D剖面示意图;
图9是图1中所示可视化活塞系统的局部结构剖视图;
图10是图9中所示可视化活塞本体的I部局部结构放大图。
图中:
1-温控缸套本体 2-润滑缸套本体 3-可视化活塞本体 4-进水口
5-水槽 6-出水口 7-环形外齿圈 8-动力电机
9-连接筋 10-环形油槽 11-喷油孔 12-润滑油管路
13-润滑油喷射器 14-气环 15-槽孔式油环 16-连通孔
17-环形储油槽 18-石英玻璃窗 19-水管 20-温控水箱
21-油管 22-润滑油泵 23-ECU单元
具体实施方式
本发明提供的一种适用于光学发动机温控和润滑的缸套系统的设计思路是:该缸套系统包括温控缸套系统、润滑缸套系统、可视化活塞系统和电控系统组成;其中的温控缸套系统包括温控缸套本体和温控水箱,温控缸套本体由两个相互嵌套的套筒组成,两套筒间的空间为内嵌式冷却水道,利用内嵌冷却水道、大功率温控水箱和缸套之间的相对移动来控制缸套温度,保证缸套温度分布更加均匀,同时可恒温和变温控制缸套温度。同时,本发明中通过ECU单元控制与活塞相连的电机及其相关的传感器,控制本发明缸套的润滑油喷淋,活塞每隔两次往复运动后于缸套和活塞之间进行一次润滑油周向喷射,解决光学发动机易出现的拉缸故障,贴合热力学发动机缸套与活塞之间的润滑环境。此外,缸套冷却水温与润滑油量存在一定的关联性,因为润滑油具有温度升高黏度下降的特性,所以缸套冷却水温较高时润滑油喷淋量较多,缸套冷却水温较低时润滑油喷淋量较少。润滑缸套与可视化活塞也具有一定的联系,润滑缸套系统提供较多的润滑油时可暂存可视化活塞之中,润滑缸套系统提供较少的润滑油时可视化活塞可补充润滑油。
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明,但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
本发明提出的一种适用于光学发动机温控和润滑的缸套系统,包括温控缸套系统、润滑缸套系统、可视化活塞系统和电控系统组成。
各部分的具体结构及其相互之间的关系如下:
图1是本发明温控和润滑缸套装配示意图其中,润滑缸套系统套在可视化活塞系统外部,温控缸套系统套于润滑缸套系统上部,三者之间密切配合。电控系统负责控制水温和润滑油的喷淋。
图2示出了本发明中的温控缸套系统的剖视图;图3和图4分别示出了图2所示温控缸套系统A-A和B-B剖面示意图;图5示出了温控缸套本体沿周向的剖面展开示意图;所述温控缸套系统包括温控缸套本体1、水槽5、温控水箱20和两个动力电机8。所述温控缸套本体1由两个相互嵌套的套筒组成,两套筒间的空间由沿周向均匀布置的多个连接筋9划分为十个大小相同的水槽5,按照周向上相邻的五个水槽串联,将十个水槽分为两组,同一组中的相邻水槽5的串联口的位置按照上、下间隔交错布置,本发明中,连接筋9上下交替布置缺口,除了将温控缸套本体1内外套筒连接起来之外,还可改变水槽5中温控介质的流向,降低温控缸套主体1壁面温度梯度。每组水槽分别具有一个进水口4和一个出水口6,水槽5的布置可有效实现温控介质对温控缸套本体1的传热和吸热,所述进水口4位于所述温控缸套本体1的顶端,冷却介质水从进水口4流入水槽5,所述出水口6位于所述温控缸套本体1的底端;所述进水口4和出水口6均贯通所述温控缸套本体1的外筒壁、并通过水管19连接至温控水箱20;所述温控水箱20内设有高压水泵;所述高压水泵将温控介质水从两个进水口4压入至两套筒间的两组水槽,温控介质水流经两组水槽向所述润滑缸套系统传热或吸热,然后从出水口6流回温控水箱20;所述两个动力电机8对称地安装于所述温控缸套本体1的下方,所述动力电机8通过齿轮传动机构带动所述温控缸套本体1旋转;所述齿轮传动机构包括固定在所述温控缸套本体1底部的环形外齿圈7,所述动力电机8的输出端设有与所述环形外齿圈7啮合的齿轮。所述温控缸套本体1套于所述润滑缸套本体2的上部、且为间隙配合;所述动力电机8通过齿轮传动机构带动所述温控缸套本体1绕润滑缸套本体2周向往复旋转;所述润滑缸套本体2的下部外径与所述温控缸套本体1的外径相同;动力电机8以固定频率正反旋转,驱动温控缸套本体1绕润滑缸套本体2小幅度周向往复旋转,保证温控缸套本体1对润滑缸套本体2有效的吸热与传热,并实现润滑缸套本体2内壁面温度均匀。两个进水口4和两个出水口6分别位于温控缸套本体1底部和顶部。温控缸套本体1内部具有十个大小相同的水槽5,分为两组,每组各五个,每五个水槽5之间为N字型周向布置并互相连通。冷却介质水从进水口4流入,经过水槽5吸热或传热后从出水口6流出。
图6是本发明中润滑缸套系统的剖视图,图7和图8分别是图6中所示润滑缸套系统C-C和D-D剖面示意图。所述润滑缸套系统包括润滑缸套本体2、两个润滑油喷射器13和润滑油泵22;两个润滑油喷射器13位于润滑缸套本体2底部两侧,负责提供润滑油。所述润滑油喷射器13与所述润滑油泵22之间通过油管21连接,所述润滑缸套本体2的下部实体内设有一环形油槽10,所述的环形油槽10上沿所述环形油槽17的周向均布有20个通向所述润滑缸套本体2内部的喷油孔11,来自环形油槽10的润滑油经过喷油孔11喷入缸套与活塞间,本发明中,所述喷油孔11的喷射方向与所述润滑缸套本体2的径向倾斜,此种设计可在少量喷油孔11数下实现较大润滑油喷射面积。此外,喷油孔11为扩口形,喷油孔11与环形油槽10连接处孔径极小,此种设计可保证环形油槽10内压力梯度较小,实现润滑油的恒压供给,保证各喷油孔11的喷油量基本相同。两个润滑油喷射器13均分别通过润滑油管路12与所述环形油槽10连通,润滑油管路12轴向布置于润滑缸套本体2内部的中心位置,负责将润滑油喷射器13提供的润滑油输送至环形油槽10,通过环形油槽10两侧的轴向润滑油管路12输送润滑油。润滑缸套本体2与润滑油喷射器13间通过润滑油喷射器13头部橡胶环实现两者之间的密封。
图9示出了本发明中可视化活塞系统的局部结构剖视图,图10示出了图9中的I部局部结构放大图。本发明中的可视化活塞系统包括可视化活塞本体3和石英玻璃窗18,所述可视化活塞本体3外的上部自上而下的设有两道气环14和一道槽孔式油环15,所述两道气环14和一道槽孔式油环15的岔口交替布置。所述可视化活塞本体3上、且位于所述槽孔式油环15的内侧设有一环形储油槽17,所述槽孔式油环15设有与所述环形储油槽17贯通的连通孔16;润滑油经过所述润滑油泵22加压后泵入所述润滑油喷射器13后进入环形油槽10,而后再通过喷油孔11喷于润滑缸套本体2与所述槽孔式油环15之间;所述石英玻璃窗18布置在所述可视化活塞本体3上位于活塞头部的一端。当润滑油供给量较多时,缸套与活塞间润滑油经过槽孔式油环15上槽孔和油环连通孔16进入环形储油槽17内暂存,当润滑油供给量较少时,环形储油槽17内润滑油经过油环连通孔16和槽孔式油环15上槽孔进入缸套与活塞之间进行润滑,此种设计可自动对缸套间润滑油进行有效的存油和供油。
所述电控系统包括温控水箱的水温传感器、发动机转速传感器和ECU单元,所述水温传感器、发动机转速传感器、动力电机8、高压水泵、润滑油泵22和润滑油喷射器13均与所述ECU单元相联。所述ECU单元的控制功能包括:根据所述水温传感器实时监测到的水温,判断实际水温与目标水温的差距控制所述温控水箱20对冷却介质水进行加热或制冷处理;根据所述温控水箱水温传感器提供的水温信息计算润滑油粘度,进而控制所述润滑油泵22和润滑油喷射器13来调节润滑油的喷射量;根据所述发动机转速传感器提供的转速信息控制所述润滑油喷射器13的喷射频率,并按照活塞每隔两次往复运动后于缸套和活塞之间进行一次润滑油周向喷射;同时控制所述动力电机以固定的频率正反旋转。
本发明适用于光学发动机温控和润滑的缸套系统的具体操作过程如下:
步骤1、缸套系统的组装:将润滑缸套本体2套入可视化活塞本体3中,于润滑缸套本体2的润滑油喷射器安装孔上插入润滑油喷射器13。将油管21一端接在润滑油喷射器13上,另一端接在润滑油泵22上;将动力电机8用螺栓固定于发动机机体上,然后将温控缸套本体1套入润滑缸套本体2中,注意将温控缸套本体1下方的环形齿7与动力电机8齿轮相对应。将水管19一端接温控缸套本体1的进水口4和出水口6,另一端接温控水箱20进出水口。
步骤2、启动该系统,所述温控水箱20将温控介质水加热或制冷到实验所需温度,然后通过温控水箱20的高压水泵将温控介质水从进水口4泵进,通过出水口6流回温控水箱,温控介质水在水槽5内循环流动,向润滑缸套本体2传热或吸热,使得润滑缸套本体2升温或降温,并通过设定ECU单元23中目标水温来将润滑缸套本体2的温度稳定在实验所需的温度。ECU单元23控制动力电机8带动温控缸套本体1绕润滑缸套本体2往复周向旋转,保证温控缸套本体1更均匀和快速的对润滑缸套本体2传热或吸热,保证润滑缸套本体2受热均匀。
步骤3、发动机运转,水温传感器和转速传感器将水温和转速信号输送至ECU单元23,ECU单元23控制润滑油喷射器13和润滑油泵22提供一定量润滑油,并控制润滑油喷射器13于活塞两次往复运动间隔进行一次润滑油喷淋,具体时刻为活塞位于下止点时喷淋。当缸套与活塞间润滑油较多时润滑油会储存于环形储油槽17中;而润滑油喷射器13提供的润滑油量不足时,环形储油槽17会自动释放润滑油于缸套与活塞间,保证实验运行环境接近热力学发动机工作环境。
综上,本发明为一种适用于光学发动机温控和润滑的缸套系统,其运用温控系统对润滑缸套本体精密控制温度,消除同组实验中温度波动对实验结果的影响;保证润滑缸套本体内壁面温度更加均匀。此外,润滑油系统可减缓缸套和活塞环之间的磨损,避免出现拉缸故障;发动机运行环境与热力学发动机工作环境更加接近,保证实验结果更具说服力;替换手动涂抹润滑脂操作,减少缸盖拆装次数,简化实验流程。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨的情况下,还可以做出很多变形,这些均属于本发明的保护之内。
Claims (6)
1.一种适用于光学发动机温控和润滑的缸套系统,包括温控缸套系统、润滑缸套系统、可视化活塞系统和电控系统组成;其特征在于,
所述温控缸套系统包括温控缸套本体(1)、温控水箱(20)和两个动力电机(8);所述温控缸套本体(1)由两个相互嵌套的套筒组成,两套筒间的空间由沿周向布置的多个连接筋(9)划分为十个大小相同的水槽(5),按照周向上相邻的五个水槽串联,将十个水槽分为两组,同一组中的相邻水槽(5)的串联口的位置按照上、下间隔交错布置,每组水槽分别具有一个进水口(4)和一个出水口(6),所述进水口(4)和出水口(6)均贯通所述温控缸套本体(1)的外筒壁、并通过水管(19)连接至温控水箱(20);所述温控水箱(20)内设有高压水泵;所述高压水泵将温控介质水从两个进水口(4)压入至两套筒间的两组水槽,温控介质水流经两组水槽向所述润滑缸套系统传热或吸热,然后从出水口(6)流回温控水箱(20);
所述两个动力电机(8)对称地安装于所述温控缸套本体(1)的下方,所述动力电机(8)通过齿轮传动机构带动所述温控缸套本体(1)旋转;
所述润滑缸套系统包括润滑缸套本体(2)、两个润滑油喷射器(13)和润滑油泵(22);所述润滑油喷射器(13)与所述润滑油泵(22)之间通过油管(21)连接,所述润滑缸套本体(2)的下部实体内设有一环形油槽(10),沿所述环形油槽(17)的周向均布有20个通向所述润滑缸套本体(2)内部的喷油孔(11),所述喷油孔(11)的喷射方向与所述润滑缸套本体(2)的径向倾斜;两个润滑油喷射器(13)均分别通过润滑油管路(12)与所述环形油槽(10)连通;
所述温控缸套本体(1)套于所述润滑缸套本体(2)的上部、且为间隙配合;所述动力电机(8)通过齿轮传动机构带动所述温控缸套本体(1)绕润滑缸套本体(2)周向往复旋转;所述润滑缸套本体(2)的下部外径与所述温控缸套本体(1)的外径相同;
所述可视化活塞系统包括可视化活塞本体(3)和石英玻璃窗(18),所述可视化活塞本体(3)外的上部自上而下的设有两道气环(14)和一道槽孔式油环(15);所述可视化活塞本体(3)上、且位于所述槽孔式油环(15)的内侧设有一环形储油槽(17),所述槽孔式油环(15)设有与所述环形储油槽(17)贯通的连通孔(16);
润滑油经过所述润滑油泵(22)加压后泵入所述润滑油喷射器(13)后进入环形油槽(10),而后再通过喷油孔(11)喷于润滑缸套本体(2)与所述槽孔式油环(15)之间;
所述电控系统包括温控水箱的水温传感器、发动机转速传感器和ECU单元,所述水温传感器、发动机转速传感器、动力电机(8)、高压水泵、润滑油泵(22)和润滑油喷射器(13)均与所述ECU单元相联。
2.根据权利要求1所述的适用于光学发动机温控和润滑的缸套系统,其特征在于,所述进水口(4)位于所述温控缸套本体(1)的顶端,所述出水口(6)位于所述温控缸套本体(1)的底端。
3.根据权利要求1所述的适用于光学发动机温控和润滑的缸套系统,其特征在于,所述齿轮传动机构包括固定在所述温控缸套本体(1)底部的环形外齿圈(7),所述动力电机(8)的输出端设有与所述环形外齿圈(7)啮合的齿轮。
4.根据权利要求1所述的适用于光学发动机温控和润滑的缸套系统,其特征在于,所述两道气环(14)和一道槽孔式油环(15)的岔口交替布置。
5.根据权利要求1所述的适用于光学发动机温控和润滑的缸套系统,其特征在于,所述石英玻璃窗(18)布置在所述可视化活塞本体(3)上位于活塞头部的一端。
6.根据权利要求1所述的适用于光学发动机温控和润滑的缸套系统,其特征在于,所述ECU单元根据所述水温传感器实时监测到的水温,判断实际水温与目标水温的差距控制所述温控水箱(20)对冷却介质水进行加热或制冷处理;
所述ECU单元根据所述温控水箱水温传感器提供的水温信息计算润滑油粘度,进而控制所述润滑油泵(22)和润滑油喷射器(13)来调节润滑油的喷射量;
所述ECU单元根据所述发动机转速传感器提供的转速信息控制所述润滑油喷射器(13)的喷射频率,并按照活塞每隔两次往复运动后于缸套和活塞之间进行一次润滑油周向喷射;
所述ECU单元同时控制所述动力电机以固定的频率正反旋转。
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CN202311387563.6A CN117329015A (zh) | 2023-10-25 | 2023-10-25 | 一种适用于光学发动机温控和润滑的缸套系统 |
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