CN210981609U - 应用于内燃机浮动缸套摩擦试验机的模拟点火定时装置 - Google Patents
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Abstract
本专利公开了应用于内燃机浮动缸套摩擦试验机的模拟点火定时装置。本装置针对内燃机缸套活塞环摩擦力的测量需求，在传统的浮动缸套测量装置的基础上引入热负荷模拟单元和火焰定时单元，火焰发生器模拟内燃机热负荷，并通过伺服定时涡轮、火焰分配活塞等机构驱动火焰定时机构。相比现有技术，提高了模拟工况与实际工况的相似性；克服了现有试验机火焰易被扑灭的缺点，提高了模拟热负荷的稳定性；避免了缸套缸盖之间密封性难以控制的缺点，并降低了实验难度。本设计对于内燃机缸套‑活塞环的摩擦力测量具有重要的实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种内燃机倒拖法摩擦力测量设备的模拟点火装置，具体为内燃机浮动缸套摩擦试验机模拟点火定时装置，属于摩擦磨损测试技术领域。
背景技术
倒拖法测量缸套-活塞环摩擦力时，柴油机曲轴通过外部动力驱动旋转，带动活塞组件运动，进而采用浮动缸套法测得摩擦力。但测量过程中柴油机不点火，因此测得的摩擦力是柴油机冷态下的摩擦力，与真实点火运转时的摩擦力有所不同。采用点火式浮动缸套法能够测量柴油机在真实运转状态下的摩擦力，但该试验机缸盖与缸套之间的密封性容易在长时间工作后发生变化，且试验机结构复杂，需要考虑到燃气密封、缸套轴向压力平衡、活塞环组侧向冲击力支撑等难点，装配的准确性对于实验结果的重复性影响较大。针对上述试验机的缺点，大连海事大学研发了新型的模拟点火缸套-活塞环摩擦力在线测试装置，详见专利《缸套与活塞组件摩擦力的在线测试装置及测试方法》（申请号CN201610427400.X），以及对活塞环进行高温高压工况模拟的研究论文《基于摩擦润滑的活塞环槽温度限值试验机的研制》对活塞环进行高温高压工况的模拟。该装置采用外加火焰喷枪向燃烧室喷火，模拟热负荷，将压缩空气引入活塞环槽，模拟工作时活塞环承受的背压的方式使试验机工作环境更加接近内燃机运行时高温高压的实际工况。
但该试验装置存在以下问题：在摩擦力测量期间，火焰喷枪始终处于工作状态使得该装置无法真正实现模拟内燃机点火定时，该装置的试验模拟与实际状态并不完全相符导致试验数据存在较大误差；而且，火焰喷枪持续工作状态也会导致模拟热负荷温度过高，使得燃烧室火焰温度远高于实际工况，活塞、活塞环及润滑油难以长时间承受。此外，该装置的活塞以较高转速往复运动时，压缩冲程产生的气流会将火焰喷枪的火焰熄灭，无法进行高转速下缸套-活塞环摩擦力的测量，即该装置模拟时的运行稳定性较差。
由此可见，现有技术中缺乏能够准确模拟内燃机点火定时工作状态的装置。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供了一种应用于内燃机浮动缸套摩擦试验机的模拟点火定时装置，适用于内燃机倒拖法摩擦力测量设备的模拟点火。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下所述：
应用于内燃机浮动缸套试验机的模拟点火装置，包括热负荷模拟单元100、火焰定时单元200,
所述热负荷模拟单元100包括火焰发生器101、燃气储存罐102，
所述火焰定时单元200包括火焰分配箱201、火焰分配活塞202、定时控制蜗轮203、火焰通内燃机管路204、火焰通大气管路205、传动机构206，
火焰发生器101的火焰与燃气储存罐102连通，所述燃气储存罐102的火焰与火焰分配箱201连通；
所述定时控制蜗轮203上制有首尾闭合的导向槽2031，所述火焰分配活塞202的外端制有活塞驱动连杆2023，所述活塞驱动连杆2023与所述定时控制蜗轮203上的导向槽2031配合联动，使得所述火焰分配活塞202能够往复运动，同时，所述定时控制蜗轮203通过传动机构206与内燃机的曲轴连杆机构联动，将所述内燃机曲轴连杆机构的转动同步传递给定时控制蜗轮203，
所述火焰分配箱201上制有火焰通内燃机管路204、火焰通大气管路205，其中，火焰通内燃机管路204火焰喷口对准内燃机挡火板的通孔，火焰通大气管路205火焰喷口连通外部大气，火焰分配活塞202内置于火焰分配箱201内，而且，所述火焰分配活塞202内制有互不相通的第一火焰通路2021、第二火焰通路2022，所述第一火焰通路2021、第二火焰通路2022的一端分别与所述火焰分配箱201的腔室连通，并且，随着所述火焰分配活塞202在所述火焰分配箱201内的往复运动，所述第一火焰通路2021的另一端能够与所述火焰通大气管路205连通或第二火焰通路2022的另一端能够与火焰通内燃机管路204连通。
优选，所述传动机构206包括减速齿轮2061、第一传动轴2062、第二传动轴2063、第三传动轴2064，减速齿轮2061通过锥齿轮2060与第一传动轴2062同步传动，第二传动轴2063与第三传动轴2064通过锥齿轮2060同步传动，所述第三传动轴2064通过锥齿轮2060与所述定时控制蜗轮203同步传动。
优选，所述定时控制蜗轮203的导向槽2031为波浪形状。
使用时，火焰发生器101产生的高温燃气进入燃气存储罐102缓冲消除波动后进入火焰分配箱201，传动机构206与定时控制蜗轮203配合将内燃机曲轴的转动传递给火焰分配活塞202。当曲轴转动至做功冲程时，传动机构206通过定时控制蜗轮203表面的导向槽2031转动同步拉动火焰分配活塞202向左移动，使火焰分配活塞202的第二火焰通道2022与火焰通内燃机管路204相通，高温燃气进入内燃机燃烧室；当做功冲程结束后，传动机构206通过定时控制蜗轮203转动同步拉动火焰分配活塞203向右移动，使火焰分配活塞203的第一火焰通道2021与火焰通大气管路205相通将燃气通向大气。
本发明的有益效果：
相比现有设备中通过乙炔喷枪持续对燃烧室喷火的方法，本发明通过模拟点火定时机构，按照内燃机做功冲程的定时，调节火焰进入燃烧室的时间，高度仿真了试验机热负荷模拟与实际工况的一致性。
本发明将乙炔焰改为汽油燃烧火焰，并配置燃气储存罐降低火焰温度和温度波动，克服了乙炔火焰喷枪作为加热装置时燃气温度过高，试验机无法长时间运行的缺点。
本发明通过燃气存储装置的缓冲作用以及模拟火焰定时机构的控制，解决了现有装置中火焰喷枪火焰被活塞压缩冲程的气流扑灭的缺点，实现了试验装置的长期稳定运行。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的具体实施方式一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为本发明热负荷模拟单元100的结构示意图。
图2为本发明火焰定时单元200的结构示意图。
图3为本发明火焰分配活塞202的结构示意图。
图4为本发明应用于内燃机浮动缸套试验机的模拟点火装置的结构示意图。
图5为本发明所述定时控制蜗轮侧面展开图，清晰展示了蜗轮导轨在旋转360°范围内的导向规律。
其中，本发明包含的部分为：火焰发生器101、燃气储存罐102、火焰分配火焰分配箱201、火焰分配活塞202、定时控制蜗轮203、火焰通内燃机管路204、火焰通大气管路205、传动机构206，
其中，传动机构206包括：减速齿轮2061、第一传动轴2062、第二传动轴2063、第三传动轴2064以及锥齿轮2060。
为直观体现本发明，图4中加入了专利“缸套与活塞组件摩擦力的在线测试装置及测试方法”（申请号CN201610427400.X）中的内燃机浮动缸套摩擦力测量装置以配合本发明的模拟点火装置使用。
专利“缸套与活塞组件摩擦力的在线测试装置及测试方法”中的配套部件包括：机体301、缸套302、活塞303、曲轴连杆304、拉压力传感305、挡火板306。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实现本发明的有益效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须作出大量实施细节以实现开发者的特定目标。
为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、清晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例1：
应用于内燃机浮动缸套试验机的模拟点火装置，如图1-5所示，包括热负荷模拟单元100、火焰定时单元200,
所述热负荷模拟单元100包括火焰发生器101、燃气储存罐102，
所述火焰定时单元200包括火焰分配箱201、火焰分配活塞202、定时控制蜗轮203、火焰通内燃机管路204、火焰通大气管路205、传动机构206，
火焰发生器101的火焰与燃气储存罐102连通，所述燃气储存罐102的火焰与火焰分配箱201连通；
所述定时控制蜗轮203上制有首尾闭合波浪形状的导向槽2031，所述火焰分配活塞202的外端制有活塞驱动连杆2023，所述活塞驱动连杆2023与所述定时控制蜗轮203上的导向槽2031配合联动，使得所述火焰分配活塞202能够往复运动，同时，所述定时控制蜗轮203通过传动机构206与内燃机的曲轴连杆机构联动，将所述内燃机曲轴连杆机构的转动同步传递给定时控制蜗轮203，
所述火焰分配箱201上制有火焰通内燃机管路204、火焰通大气管路205，其中，火焰通内燃机管路204火焰喷口对准内燃机挡火板的通孔，火焰通大气管路205火焰喷口连通外部大气，火焰分配活塞202内置于火焰分配箱201内，而且，所述火焰分配活塞202内制有互不相通的第一火焰通路2021、第二火焰通路2022，所述第一火焰通路2021、第二火焰通路2022的一端分别与所述火焰分配箱201的腔室连通，并且，随着所述火焰分配活塞202在所述火焰分配箱201内的往复运动，所述第一火焰通路2021的另一端能够与所述火焰通大气管路205连通或第二火焰通路2022的另一端能够与火焰通内燃机管路204连通。
而且，本例中的所述传动机构206包括减速齿轮2061、第一传动轴2062、第二传动轴2063、第三传动轴2064，减速齿轮2061通过锥齿轮2060与第一传动轴2062同步传动，第二传动轴2063与第三传动轴2064通过锥齿轮2060同步传动，所述第三传动轴2064通过锥齿轮2060与所述定时控制蜗轮203同步传动。
当模拟四冲程柴油机时，减速齿轮2061减速比为2:1，当模拟二冲程柴油机时，减速齿轮2061减速比为1:1。
并且，如图5所示，第一火焰通路2021、第二火焰通路2022之间的距离与定时控制蜗轮203表面的导向槽2031行程L相同。定时控制蜗轮203转动时，通过表面的导向槽2031拉动火焰分配活塞202向左移动时使火焰分配活塞202的第二火焰通路2022与火焰通内燃机管路204相通；或拉动火焰分配活塞202向右移动时使火焰分配活塞202的第二火焰通路2022与火焰通大气管路205相通。
实施例2：缸套与活塞组件摩擦力的在线测试装置
为直观体现本发明，实施例1的应用于内燃机浮动缸套试验机的模拟点火装置结合专利“缸套与活塞组件摩擦力的在线测试装置及测试方法”（申请号CN201610427400.X）中的内燃机浮动缸套摩擦力测量装置使用，用以配合本发明的模拟点火装置，具体、清楚的说明本发明的技术特征和效果。
如图4所示，缸套与活塞组件摩擦力的在线测试装置，包括实施例1应用于内燃机浮动缸套试验机的模拟点火装置和内燃机浮动缸套摩擦力测量装置，
内燃机浮动缸套摩擦力测量装置包括机体301、缸套302、活塞303、曲轴连杆304、拉压力传感305、挡火板306。
其中，内燃机的机体301内安装有缸套302，活塞303置于缸套302内，活塞303与曲轴连杆机构304连接，火板306通过挡火板固定螺栓安装于机体201顶端，拉压力传感305安装在档火板306和缸套302之间用于测量缸套302承受的摩擦力。
并且，实施例1应用于内燃机浮动缸套试验机的模拟点火装置的火焰通内燃机管路204正对挡火板306中间的通孔并能够使火焰到达活塞303顶面完成热负荷模拟。
需要说明的是，本例中改乙炔焰为汽油火焰，在降低燃气温度的同时，利用燃气存储罐102的缓冲降低火焰气流的波动。
初始配置时，开启火焰发生器101产生的火焰进入燃气存储罐102稳定后进入火焰分配箱201。同时，使活塞303移动至上止点；同时，旋转定时控制蜗轮203使火焰分配活塞202移动至左侧，使火焰分配活塞202的第二火焰通路2022与火焰通内燃机管路204连通，完成初始定时配置。
本发明的装置采用倒拖法测量缸套-活塞环摩擦力，内燃机浮动缸套摩擦力测量装置采用倒拖法运转时，外部动力装置驱动曲轴连杆机构304旋转，曲轴连杆机构304带动活塞303和减速齿轮2061转动，减速齿轮2061与第一传动轴2062同步传动，第二传动轴2063与第三传动轴2064通过锥齿轮2060同步传动，第三传动轴2064通过锥齿轮2060与定时控制蜗轮203同步传动，将内燃机曲轴连杆机构304的转动同步传递给定时控制蜗轮203。定时控制蜗轮203转动时，通过蜗轮表面的导向槽2031控制火焰分配活塞202左右直线往复移动，同时通过于火焰分配活塞202内制有互不相通的第一火焰通路2021、第二火焰通路2022分别与火焰通大气管路205或第二火焰通路2022连通改变燃气流动管路，使得火焰通内燃机管路204喷出的火焰与内燃机做功冲程同步，实现了内燃机浮动缸套摩擦试验机实时的模拟点火定时，仿真了内燃机浮动缸套的实际做功过程，使得试验数据高度准确，同时，结合燃气储存罐102的稳定作用共同解决了非做功冲程时活塞303的反向气流容易将火焰扑灭和惯性气流对火焰影响的问题。
例如，当模拟内燃机做功冲程时，定时控制蜗轮203旋转拉动火焰分配活塞202向左移动，使火焰分配活塞202的第二火焰通路2022与火焰通内燃机管路204相通，使火焰通向内燃机完成内燃机的模拟点火；此时活塞303沿缸套302向下滑动产生的摩擦力作用在缸套302上，拉压力传感器305测得做功冲程时缸套302上的摩擦力。
当内燃机处于排气、吸气、压缩冲程时，定时控制蜗轮203旋转导向槽的轨迹右移动拉动火焰分配活塞202向右移动，使火焰分配活塞202的第一火焰通路2021与火焰通大气管路205相通将火焰通向大气，同时切断第二火焰通路2022与火焰通内燃机管路204的通路，防止内燃机活塞303压缩冲程的气流将火焰扑灭，同时减少惯性气流对火焰的影响；此时拉压力传感器305测得排气、吸气、压缩冲程时缸套302上的摩擦力。
本发明通过燃气存储装置的缓冲作用以及模拟火焰定时机构的控制，解决了现有装置中火焰喷枪火焰被活塞压缩冲程的气流扑灭的缺点，实现了试验装置的长期稳定运行。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (3)
1.应用于内燃机浮动缸套摩擦试验机的模拟点火定时装置，其特征是所述装置包括热负荷模拟单元（100）、火焰定时单元（200）,
所述热负荷模拟单元（100）包括火焰发生器（101）、燃气储存罐（102），
所述火焰定时单元（200）包括火焰分配箱（201）、火焰分配活塞（202）、定时控制蜗轮（203）、火焰通内燃机管路（204）、火焰通大气管路（205）、传动机构（206），
火焰发生器（101）的火焰与燃气储存罐（102）连通，所述燃气储存罐（102）的火焰与火焰分配箱（201）连通；
所述定时控制蜗轮（203）上制有首尾闭合的导向槽（2031），所述火焰分配活塞（202）的外端制有活塞驱动连杆（2023），所述活塞驱动连杆（2023）与所述定时控制蜗轮（203）上的导向槽（2031）配合联动，使得所述火焰分配活塞（202）能够往复运动，同时，所述定时控制蜗轮（203）通过传动机构（206）与内燃机的曲轴连杆机构联动，将所述内燃机曲轴连杆机构的转动同步传递给定时控制蜗轮（203），
所述火焰分配箱（201）上制有火焰通内燃机管路（204）、火焰通大气管路（205），其中，火焰通内燃机管路（204）火焰喷口对准内燃机挡火板的通孔，火焰通大气管路（205）火焰喷口连通外部大气，火焰分配活塞（202）内置于火焰分配箱（201）内，而且，所述火焰分配活塞（202）内制有互不相通的第一火焰通路（2021）、第二火焰通路（2022），所述第一火焰通路（2021）、第二火焰通路（2022）的一端分别与所述火焰分配箱（201）的腔室连通，并且，随着所述火焰分配活塞（202）在所述火焰分配箱（201）内的往复运动，所述第一火焰通路（2021）的另一端能够与所述火焰通大气管路（205）连通或第二火焰通路（2022）的另一端能够与火焰通内燃机管路（204）连通。
2.根据权利要求1所述的应用于内燃机浮动缸套摩擦试验机的模拟点火定时装置，其特征是所述传动机构（206）包括减速齿轮（2061）、第一传动轴（2062）、第二传动轴（2063）、第三传动轴（2064），减速齿轮（2061）通过锥齿轮（2060）与第一传动轴（2062）同步传动，第二传动轴（2063）与第三传动轴（2064）通过锥齿轮（2060）同步传动，所述第三传动轴（2064）通过锥齿轮（2060）与所述定时控制蜗轮（203）同步传动。
3.根据根据权利要求1所述的应用于内燃机浮动缸套摩擦试验机的模拟点火定时装置，其特征是所述定时控制蜗轮（203）的导向槽（2031）为波浪形状。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN111044195A (zh) * | 2019-12-28 | 2020-04-21 | 烟台大学 | 应用于内燃机浮动缸套摩擦试验机的模拟点火定时装置 |
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|---|---|---|---|---|
| CN111044195A (zh) * | 2019-12-28 | 2020-04-21 | 烟台大学 | 应用于内燃机浮动缸套摩擦试验机的模拟点火定时装置 |
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