CN204495563U - 一种发动机快速深度冷热冲击试验系统 - Google Patents

Abstract

一种发动机快速深度冷热冲击试验系统，属于汽车发动机试验装备技术领域，包括低温循环子系统、中温循环子系统、高温循环子系统。低温循环子系统的冷却液可在0℃～-35℃间任意设定；中温循环子系统的冷却液可在15℃～38℃间任意设定；高温循环子系统的冷却液可在70℃～125℃间任意设定。系统通过采取新的设计方案、布置方案及控制方案，使得高温循环、中温循环和低温循环三个子系统互相切换后，发动机冷却液出口温度可在15～30秒内达到温度设定值。提高了切换响应速度，可以大大地节省试验总时间，更快速的暴露出发动机缸体缸盖等零部件存在的问题，尽快达到试验目的，取得更好的试验效果。本系统可以适用于300kW以内汽车和工程机械等各种发动机。

Description

一种发动机快速深度冷热冲击试验系统

技术领域

本实用新型属于汽车发动机试验装备技术领域。

背景技术

汽车发动机的冷热冲击试验是发动机可靠性试验之一，它是为了考核发动机在冷热交变和负荷交变的工况下的可靠性及耐久性而设计的一种试验方法。

目前国内应用较多的是GB/T 19055-2003《汽车发动机可靠性试验方法》国家标准中的冷热冲击试验规范。国内外很多公司也有自己的冷热冲击试验规范，比如AVL、RECARDO、DEUTZ、MALHE、MAE、FAW等公司。

冷热冲击试验系统用来完成发动机的冷热冲击试验。目前已存在的此类系统低温控制极限值为-30℃，高温控制极限值为120℃，响应时间120秒，本公司原有的冷热冲击试验系统将三通切换阀布置的离发动机距离较远，切换响应时间甚至远远超过120秒。上述的温度范围和响应时间不能满足国内外新的试验规范对冷热冲击试验的要求，尤其是响应时间过长会导致试验总时间大大增加并且不容易使发动机的问题快速暴露出来，达不到很好的冷热冲击试验效果。

发明内容

为了解决现有的冷热冲击试验系统的极限范围小，响应时间长的问题，本实用新型提供了一种发动机快速深度冷热冲击试验系统。

该系统主要包括三个并联的循环子系统：高温循环子系统、中温循环子系统和低温循环子系统，以及位于发动机旁的与发动机进水口通过管路相连的电磁水流量计18和与发动机进水口通过管路相连的第一温度变送器17。

其中，高温循环子系统的冷却液循环回路依次通过管路连接带有第一电加热器3的高温水箱2、第二温度变送器9、高温变频水泵10、第一板式换热器14的第一支路、第二气动开关三通阀16、第一气动开关三通阀15和高温水箱2；第一板式换热器14的第二支路一侧通过管路连接第一冷却水入口13和第一电动比例阀11，另一侧通过管路连接第一冷却水出口12；第二气动开关三通阀16第二气动开关三通阀16的另一端与电磁水流量计18通过管路连接，第一气动开关三通阀15的另一端与第一温度变送器17通过管路连接。

中温循环子系统的冷却液循环回路依次通过管路连接带有第二电加热器5的中温水箱4、第三温度变送器21、中温变频水泵22、第二板式换热器26的第一支路、第四气动开关三通阀20、第三气动开关三通阀19和中温水箱4；第二板式换热器26的第二支路一侧通过管路 连接第二冷却水入口25和第二电动比例阀23，另一侧通过管路连接第二冷却水出口24。第四气动开关三通阀20的另一端与电磁水流量计18通过管路连接，第三气动开关三通阀19的另一端与第一温度变送器17通过管路连接。

低温循环子系统主要包括冷却液循环回路和制冷循环回路。其中循环回路依次通过管路连接低温水箱6、第四温度变送器30、低温变频水泵29、第六气动开关三通阀28、第五气动开关三通阀27和低温水箱6；第六气动开关三通阀28的另一端与电磁水流量计18通过管路连接，第五气动开关三通阀27的另一端与第一温度变送器17通过管路连接。制冷循环回路依次通过管路连接低温水箱6、第五温度变送器31、低温水泵32、制冷机组33的第一支路和低温水箱6；制冷机组33的第二支路一侧通过管路连接第三冷却水入口35，另一侧通过管路连接第三冷却水出口34。

所述的第一气动开关三通阀15、第二气动开关三通阀16、第三气动开关三通阀19、第四气动开关三通阀20、第五气动开关三通阀27和第六气动开关三通阀28均位于发动机1旁边；第一气动开关三通阀15、第三气动开关三通阀19、第五气动开关三通阀27到第一温度变送器17之间的管路和第二气动开关三通阀16、第四气动开关三通阀20、第六气动开关三通阀28到电磁水流量计18之间的管路的管径小于其它部分管路的管径，特别是相差一个级别。

在高温水箱2、中温水箱4和低温水箱6之间设置平衡管7将三者相互连接。由于系统运行一段时间后，三个水箱中的液位会发生变化，液位过高的水箱中的冷却液会通过平衡管7流到另外两个水箱中，以此来保证三个水箱中液位的平衡，从而保证整个系统运行时保持稳定。

在高温水箱2和第一气动开关三通阀15之间的管路上设置膨胀水箱8，膨胀水箱8上配有车用水箱盖。当系统压力高于大气压0.9bar时向外放气，当系统压力低于大气压0.1bar时向内进气，从而保证系统压力保持在一定范围内。

本实用新型的有益效果：

1、解决了现有冷热冲击试验系统的极限范围小的问题，将高温极限温度提高至125℃，将低温极限降低至-35℃；

2、解决了现有冷热冲击试验系统响应时间长的问题，将响应时间缩短到15～30秒之内；

3、本实用新型的发动机快速深度冷热冲击试验系统增大了温度调节范围，并大大地提高了切换响应速度，不仅可以大大地节省试验总时间，还可以更快速的暴露出发动机缸体缸盖等零部件存在的问题，尽快达到试验目的，取得更好的试验效果。

附图说明

图1一种发动机快速深度冷热冲击试验系统的原理示意图。

图中包括：发动机1，高温水箱2，第一电加热器3，中温水箱4，第二电加热器5，低温水箱6，平衡管7，膨胀水箱8，第二温度变送器9，高温变频水泵10，第一电动比例阀11，第一冷却水出口12，第一冷却水入口13，第一板式换热器14，第一气动开关三通阀15，第二气动开关三通16，第一温度变送器17，电磁水流量计18，第三气动开关三通阀19，第四气动开关三通阀20，第三温度变送器21，中温变频水泵22，第二电动比例阀23，第二冷却水出口24，第二冷却水入口25，第二板式换热器26，第五气动开关三通阀27，第六气动开关三通阀28，低温变频水泵29，第四温度变送器30，第五温度变送器31，低温水泵32，制冷机组33，第三冷却水出口34，第三冷却水入口35。

具体实施方式

下面结合说明书附图具体说明本实用新型的技术方案。

如图1所示，本实用新型包括高温循环子系统、中温循环子系统、低温循环子系统，三个子系统是相对独立的，存在相互并联的关系。

(1)高温循环子系统：

高温循环子系统中配备一个高温水箱2，在高温冲击之前，高温循环子系统通过气动开关三通阀15和气动开关三通阀16的切换进行自循环，此时高温循环子系统中的冷却液不通过发动机1，冷却液循环路线为：高温水箱2—高温变频水泵10—第一板式换热器14—第二气动开关三通16—第一气动开关三通阀15—高温水箱2。在自循环的过程中，通过冷却水13的冷却或高温水箱2中的加热器3的加热，使得高温水箱2中的冷却液达到设定的温度，温度可以在70℃～125℃间任意设定。在进行高温冲击时，通过第一气动开关三通阀15和第二气动开关三通16的切换，使得冷却液流过发动机1，此时冷却液循环路线为：高温水箱2—高温变频水泵10—第一板式换热器14—第二气动开关三通16—电磁水流量计18—发动机1—第一温度变送器17—第一气动开关三通阀15—高温水箱2。此时，通过电磁水流量计18和高温变频水泵10的配合实现对冷却液的流量控制，控制范围可在80～400L/min之间任意设定；通过第一温度变送器17和第一电动比例阀11的调节来实现对发动机出水口处的冷却液温度的控制，控制范围为15℃～38℃。

(2)中温循环子系统：

中温循环子系统配备一个中温水箱4，在中温冲击之前，中温循环子系统通过第三气动开关三通阀19和第四气动开关三通阀20的切换进行自循环，此时中温循环子系统中的冷却液不通过发动机1，冷却液循环路线为：中温水箱4—中温变频水泵22—第二板式换热器26—第四气动开关三通阀20—第三气动开关三通阀19—中温水箱4。在自循环的过 程中，通过冷冻水25的冷却或中温水箱4中的第二电加热器5的加热，使得中温水箱4中的冷却液达到设定的温度，温度可以在15℃～38℃间任意设定。在进行中温冲击时，通过第三气动开关三通阀19和第四气动开关三通阀20的切换，使得冷却液流过发动机1，此时冷却液循环路线为：中温水箱4—中温变频水泵22—第二板式换热器26—第四气动开关三通阀20—电磁水流量计18—发动机1—第一温度变送器17—第三气动开关三通阀19—中温水箱4。此时，通过电磁水流量计18和中温变频水泵22的配合实现对冷却液的流量控制，控制范围可在80～400L/min之间任意设定；通过温度变送器17和第二电动比例阀23的调节来实现对发动机出水口处的冷却液温度的控制，控制范围为15℃～38℃。

(3)低温循环子系统：

低温循环子系统配备一个低温水箱6，在低温冲击之前，低温循环子系统通过第五气动开关三通阀27和第六气动开关三通阀28的切换进行自循环，此时低温循环子系统中的冷却液不通过发动机1，冷却液循环路线为：低温水箱6—低温变频水泵29—第六气动开关三通阀28—第五气动开关三通阀27—低温水箱6。在自循环的过程中，通过制冷机组的制冷，使得低温水箱中的冷却液达到设定的温度，温度可以在0℃～-35℃间任意设定。在进行低温冲击时，通过第五气动开关三通阀27和第六气动开关三通阀28的切换，使得冷却液流过发动机1，此时冷却液循环路线为：低温水箱6—低温变频水泵29—第六气动开关三通阀28—电磁水流量计18—发动机1—第一温度变送器17—第五气动开关三通阀27—低温水箱6。此时，通过电磁水流量计18和低温变频水泵29的配合实现对冷却液的流量控制，控制范围可在80～400L/min之间任意设定。

高温循环、中温循环、低温循环三个子系统之间快速切换的实现

提高高温循环、中温循环、低温循环三个子系统之间的切换响应速度，即使发动机冷却液出口温度快速达到温度设定值，不仅可以大大地节省试验总时间，还可以更快速的暴露出发动机缸体缸盖等零部件存在的问题，尽快达到试验目的并取得更好的试验效果。影响切换速度的主要原因是残余冷却液，所谓残余冷却液，是指在不同循环子系统进行切换时，在从三通开关阀到发动机之间的管路中和发动机中剩余的处于切换之前的温度状态的冷却液。残余冷却液影响切换响应时间主要有两个原因：一是残余冷却液全部流出所在管路需要花费一定的时间；二是残余冷却液从切换前的温度状态通过加热或冷却使其变为切换后的子系统的温度状态也需要花费一定的时间。

为了提高切换速度，采取了三项措施：

(1)将高温循环、中温循环、低温循环三个子系统中的第一气动开关三通阀15、第二气动开关三通阀16、第三气动开关三通阀19、第四气动开关三通阀20、第五气动开关三通 阀27、第六气动开关三通阀28布置在发动机1旁边，通过减小管路的长度来减少残余冷却液的体积。

(2)减小残余冷却液所在管路的管径，即从第一气动开关三通阀15、第二气动开关三通阀16、第三气动开关三通阀19、第四气动开关三通阀20、第五气动开关三通阀27、第六气动开关三通阀28到发动机1之间的管路，以减少残余冷却液的体积。在选择管径时，令残余冷却液所在管路的管径比系统其它部分的管径小一个级别，比如：当系统主管路选用DN65管径时，残余冷却液所在管路选择DN50；当系统主管路选用DN50管径时，残余冷却液所在管路选择DN40；当系统主管路选用DN40管径时，残余冷却液所在管路选择DN32。

(3)采用新的循环控制方案：在不同的循环子系统进行切换时，通过三通开关阀的切换顺序，使得残余冷却液先流回到切换之前的水箱之中，之后再切换到新的水箱。此方案可以避免残余冷却液加热或降温所需要花费的大量时间。比如：以从高温循环子系统切换到中温循环子系统为例，在切换之前，发动机处于高温冲击状态，冷却液的循环路线为：高温水箱2—高温变频水泵10—第一板式换热器14—第二气动开关三通阀16—电磁水流量计18—发动机1—第一温度变送器17—第一气动开关三通阀15—高温水箱2。在切换后的几秒或者是十几秒内(具体时间要以实际情况而定)，冷却液的循环路线为：中温水箱4—中温变频水泵22—第二板式换热器26—第四气动开关三通阀20—电磁水流量计18—发动机1—第一温度变送器17—第一气动开关三通阀15—高温水箱2。当残余冷却液基本完全流出残余冷却液管路时，再通过三通阀的切换，使冷却液的循环路线变为：中温水箱4—中温变频水泵22—第二板式换热器26—第四气动开关三通阀20—电磁水流量计18—发动机1—第一温度变送器17—第三气动开关三通阀19—中温水箱4。

通过以上三项措施，可以实现冷热冲击试验装置不同温度循环子系统之间的切换速度达到15～30秒。

Claims (3)

1.一种发动机快速深度冷热冲击试验系统，其特征在于：该系统主要包括三个并联的循环子系统：高温循环子系统、中温循环子系统和低温循环子系统，以及位于发动机旁的与发动机进水口通过管路相连的电磁水流量计(18)和与发动机进水口通过管路相连的第一温度变送器(17)；

其中，高温循环子系统的冷却液循环回路通过管路依次连接带有第一电加热器(3)的高温水箱(2)、第二温度变送器(9)、高温变频水泵(10)、第一板式换热器(14)的第一支路、第二气动开关三通阀(16)和第一气动开关三通阀(15)，最后通过管路连接回高温水箱(2)；第一板式换热器(14)的第二支路一侧通过管路连接第一冷却水入口(13)和第一电动比例阀(11)，另一侧通过管路连接第一冷却水出口(12)；第二气动开关三通阀(16)第二气动开关三通阀(16)的另一端与电磁水流量计(18)通过管路连接，第一气动开关三通阀(15)的另一端与第一温度变送器(17)通过管路连接；

中温循环子系统的冷却液循环回路依次通过管路连接带有第二电加热器(5)的中温水箱(4)、第三温度变送器(21)、中温变频水泵(22)、第二板式换热器(26)的第一支路、第四气动开关三通阀(20)和第三气动开关三通阀(19)，最后通过管路连接回中温水箱(4)；第二板式换热器(26)的第二支路一侧连接第二冷却水入口(25)和第二电动比例阀(23)，另一侧连接第二冷却水出口(24)；第四气动开关三通阀(20)的另一端与电磁水流量计(18)连接，第三气动开关三通阀(19)的另一端与第一温度变送器(17)连接；

低温循环子系统主要包括冷却液循环回路和制冷循环回路；其中循环回路依次通过管路连接低温水箱(6)、第四温度变送器(30)、低温变频水泵(29)、第六气动开关三通阀(28)、第五气动开关三通阀(27)，最后通过管路连接回低温水箱(6)；第六气动开关三通阀(28)的另一端与电磁水流量计(18)通过管路连接，第五气动开关三通阀(27)的另一端与第一温度变送器(17)通过管路连接；制冷循环回路依次通过管路连接低温水箱(6)、第五温度变送器(31)、低温水泵(32)和制冷机组(33)的第一支路，最后通过管路连接回低温水箱(6)；制冷机组(33)的第二支路一侧通过管路连接第三冷却水入口(35)，另一侧通过管路连接第三冷却水出口(34)；

所述的第一气动开关三通阀(15)、第二气动开关三通阀(16)、第三气动开关三通阀(19)、第四气动开关三通阀(20)、第五气动开关三通阀(27)和第六气动开关三通阀(28)均位于发动机(1)旁边；第一气动开关三通阀(15)、第三气动开关三通阀(19)、第五气动开关三通阀(27)到第一温度变送器(17)之间的管路和第二气动开关三通阀(16)、第四气动开关三通阀(20)、第六气动开关三通阀(28)到电磁水流量计(18)之间的管路的管径小于其它部分管路的管径。

2.根据权利要求1所述的一种发动机快速深度冷热冲击试验系统，其特征在于：在高温水箱(2)、中温水箱(4)和低温水箱(6)之间设置平衡管(7)将三者相互连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种发动机快速深度冷热冲击试验系统，其特征在于：在高温水箱(2)和第一气动开关三通阀(15)之间的管路上设置有膨胀水箱(8)，膨胀水箱(8)上配有车用水箱盖。