一种内燃机往复振荡传热模拟试验装置及其试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种内燃机往复振荡传热模拟试验装置及其试验方法，属于内燃机活塞试验技术领域。包括主体振荡机构，动力系统，供油及余油收集系统，控制与测量系统、活塞加热系统，主体振荡机构包括机架、曲柄长度调节装置等；动力系统包括伺服电机装置；供油系统通过对准内冷油腔冷却活塞试件入口的喷油嘴向油道透明模型喷射机油，余油收集系统最后对机油进行收集；控制与测量系统对伺服电机装置转速，喷油压力等进行测量和控制；活塞加热系统通过电阻丝实现对内冷油腔冷却活塞试件的恒温加热。本发明专利技术仿真精度高，通用性强，通过测定机油进出口温度温度，直接考察油腔壁面换热系数，同时可测定喷油嘴性能，为活塞优化设计提供依据。

【技术实现步骤摘要】
一种内燃机往复振荡传热模拟试验装置及其试验方法
本专利技术涉及一种内燃机往复振荡传热模拟试验装置及其试验方法，属于内燃机活塞试验

技术介绍
随着近年来柴油机缸内爆发压力和升功率不断提高，柴油机活塞所受热负荷与机械负荷大大增加。为了预防活塞失效，保证活塞和柴油机的可靠性和耐久性，必须控制活塞最高温度在允许值以下，因此需要对活塞进行有效的冷却。而目前在高负荷活塞上得到广泛应用的冷却方式是内冷油道强制振荡冷却。内冷油道强制振荡冷却，是在活塞环区域内侧铸入油道，由机油喷嘴向油道机油入口喷射机油，机油进入油道后在活塞高速往复运动下剧烈振荡，最后从油道出口流出。机油在内冷油道振荡过程中，会带走活塞大部分的热量，极大降低了活塞的温度。对内冷油道研究中，较早的做法是通过活塞温度场评价内冷油道换热性能，由于受边界条件准确性限制，并不能得到满意结果。目前关于内冷油道强制振荡冷却的研究主要包括油道流动换热仿真模拟和内冷油道振荡流动模拟试验装置的研制。而油道流动换热的仿真计算，都是对简化了的油道模型进行模拟，其模型准确性难以保证，需要实验验证。而振荡流动传热模拟试验装置的研制实例有：中国专利申请201010547315.X中公开了一种发动机活塞振荡冷却实验装置。其将研究活塞试件固定于长活塞上，通过电机带动发动机曲柄连杆机构和长活塞运动，使用高温气体对活塞进行加热，最后通过出口机油温度高低对油腔冷却效果进行评价。但是该装置曲柄半径无法调节，通用性较小；更主要的，该装置仅能使用出口机油温度间接评价油腔换热效果，无法直接考察活塞内冷油腔振荡换热情况，即无法通过壁面油腔换热系数评价冷却效果。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种内燃机往复振荡传热模拟试验装置及其试验方法，其可以通过测定活塞测点温度以及机油进出口温度直接考察振荡换热情况（即换热系数），同时可精确测定内冷油道机油通过率，为研究内冷油道流动换热以及活塞内冷油道设计提供了依据。本专利技术采用的技术方案是：一种内燃机往复振荡传热模拟试验装置，包括主体振荡机构，动力系统，供油及余油收集系统，控制与测量系统、活塞加热系统；其中：所述的主体振荡机构包括机架1、曲柄长度调节装置2、顶杆导向机构、连杆13、可变曲柄连杆机构14、顶杆11、试件安装平台10、内冷油腔冷却活塞试件9、右主轴颈16；机架1的左侧、右侧、上部均开设有安装孔，曲柄长度调节装置2穿过机架1的左侧的安装孔后与机架1内部的可变曲柄连杆机构14的左侧连接，右主轴颈16穿过机架1右侧的安装孔后与可变曲柄连杆机构14的右侧连接，右主轴颈21由机架1轴向固定，机架1上方的安装孔处设有顶杆导向机构，试件安装平台10固定在机架1的正上方，顶杆11的上端与试件安装平台10连接，下端穿过顶杆导向机构后与机架1内部的连杆13的上端连接，连杆13的下端与可变曲柄连杆机构14的上端连接，曲柄长度调节装置2用于实现可变曲柄连杆机构14的长度调节；所述的内冷油腔冷却活塞试件9安装在试件安装平台10上部且具有进油口和出油口；所述的动力系统包括伺服电机装置15，伺服电机装置15的电机输出轴29与右主轴颈21连接，伺服电机装置15通过右主轴颈21带动可变曲柄连杆机构14往复运动，进而可变曲柄连杆机构14带动连杆13上下往复运动；所述的供油及余油收集系统包括供油装置及余油收集装置12，供油装置用于向内冷油腔冷却活塞试件9的进油口喷射机油，余油收集装置12用于收集从内冷油腔冷却活塞试件9出油口流出的机油及从供油装置喷出但未喷入内冷油腔冷却活塞试件9进油口的机油；所述的控制与测量系统包括上位机、下位机，上位机为与下位机连接，用于向下位机传输指令，下位机与供油装置、伺服电机装置15连接，用于控制供油装置、伺服电机装置15执行上位机的指令并将供油装置、伺服电机装置15的状态数据反馈给上位机；活塞加热系统包括加热控制箱、保温箱8、电阻丝、导线，电阻丝安装在保温箱8内且通过导线与加热控制箱连接，内冷油腔冷却活塞试件9安装在保温箱8内且其内部安装有温度传感器，内冷油腔冷却活塞试件9内部的温度传感器一端与加热控制箱连接，另一端与温度数据记录仪连接，供油装置及余油收集装置12中分别安装有用于测量内冷油腔冷却活塞试件9进油口、出油口处的温度的温度传感器，供油装置及余油收集装置12中的温度传感器直接与温度数据记录仪连接，加热控制箱通电后，通过电阻丝实现对保温箱8的加热，进而加热内冷油腔冷却活塞试件9，当内冷油腔冷却活塞试件9内部的温度传感器检测到内冷油腔冷却活塞试件9内的温度超过设定温度时，加热控制箱自动使导线断电，使内冷油腔冷却活塞试件9稳定在设定温度范围内。所述的曲柄长度调节装置2包括手轮24、滑动螺杆25、螺母26、轴承22、套筒21、止推挡圈或双螺母固定标准件23；套筒21安装在机架1的左侧的安装孔内，轴承22安装在套筒21内部，螺母26安装于轴承22内圈并轴向固定，止推挡圈或双螺母固定标准件23固定在螺母26上，滑动螺杆25与螺母26内壁螺纹连接，滑动螺杆25左端与手轮24连接，右端与可变曲柄连杆机构14的左端连接，通过转动手轮24，改变滑动螺杆25的轴向位置，从而推动可变曲柄连杆机构14运动。所述的可变曲柄连杆机构14包括左曲柄20、连杆轴颈19、右曲柄18，左曲柄20的左端与曲柄长度调节装置2连接，左曲柄20的右端与连杆轴颈19的左端连接，连杆轴颈19的右端与右曲柄18的左端连接，右曲柄18的右端与右主轴颈16连接，连杆轴颈19的中部与上方的连杆13连接,所述的顶杆导向机构包括顶杆套27和顶杆套座28，顶杆套座28位于机架1上部的安装孔处，顶杆套27安装在顶杆套座28内部，顶杆11下端穿过顶杆套27后伸入机架1内部，顶杆11在顶杆套27中自由滑动，顶杆11的下端设连接耳，连接耳上设有销孔，连杆13上端为连杆小头，下端为连杆大头，连杆小头设有销孔，通过销穿过连接耳上的销孔和连杆小头上的销孔，使连杆13与顶杆11转动连接，连杆13的连杆大头与下端的连杆轴颈19的中部转动连接。所述的可变曲柄连杆机构14还包括左右两端的振动平衡装置17，左端的振动平衡装置17的左端与曲柄长度调节装置2连接，右端与左曲柄20的左端连接，右端的振动平衡装置17的左端与右曲柄18的右端连接，右端与右主轴颈16连接。所述的供油装置包括储油箱3、高压油泵4、油泵电机5、蓄压器6、喷油嘴7，其中高压油泵4分别与储油箱3、油泵电机5、蓄压器6连接，蓄压器6与喷油嘴7连接，喷油嘴7通过喷油嘴位置调节装置调节以对准内冷油腔冷却活塞试件9进油口。所述的内冷油腔冷却活塞试件9为含内冷油腔的活塞的上半部分，内冷油腔冷却活塞试件9内设有若干个与加热控制箱连接的温度传感器，任何一个内冷油腔冷却活塞试件9内的温度传感器检测到的温度超过设定值时，加热控制箱自动使导线断电。所述的冷油腔冷却活塞试件9内部的温度传感器包括左侧温度传感器41、顶部温度传感器42、右侧温度传感器43、底部温度传感器44，四个温度传感器分别测量内冷油腔冷却活塞试件9内部相应位置的温度。所述的余油收集装置12包括上套箱30、下套箱31、腔体32、出油收集管33、未喷入油收集管34、喷油油路35、通气窗37，上套箱30与上部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内燃机往复振荡传热模拟试验装置，其特征在于，包括主体振荡机构，动力系统，供油及余油收集系统，控制与测量系统、活塞加热系统；其中：所述的主体振荡机构包括机架（1）、曲柄长度调节装置（2）、顶杆导向机构、连杆（13）、可变曲柄连杆机构（14）、顶杆（11）、试件安装平台（10）、内冷油腔冷却活塞试件（9）、右主轴颈（16）；机架（1）的左侧、右侧、上部均开设有安装孔，曲柄长度调节装置（2）穿过机架（1）的左侧的安装孔后与机架（1）内部的可变曲柄连杆机构（14）的左侧连接，右主轴颈（16）穿过机架（1）右侧的安装孔后与可变曲柄连杆机构（14）的右侧连接，右主轴颈（21）由机架（1）轴向固定，机架（1）上方的安装孔处设有顶杆导向机构，试件安装平台（10）固定在机架（1）的正上方，顶杆（11）的上端与试件安装平台（10）连接，下端穿过顶杆导向机构后与机架（1）内部的连杆（13）的上端连接，连杆（13）的下端与可变曲柄连杆机构（14）的上端连接，曲柄长度调节装置（2）用于实现可变曲柄连杆机构（14）的长度调节；所述的内冷油腔冷却活塞试件（9）安装在试件安装平台（10）上部且具有进油口和出油口；所述的动力系统包括伺服电机装置（15），伺服电机装置（15）的电机输出轴（29）与右主轴颈（21）连接，伺服电机装置（15）通过右主轴颈（21）带动可变曲柄连杆机构（14）往复运动，进而可变曲柄连杆机构（14）带动连杆（13）上下往复运动；所述的供油及余油收集系统包括供油装置及余油收集装置（12），供油装置用于向内冷油腔冷却活塞试件（9）的进油口喷射机油，余油收集装置（12）用于收集从内冷油腔冷却活塞试件（9）出油口流出的机油及从供油装置喷出但未喷入内冷油腔冷却活塞试件（9）进油口的机油；所述的控制与测量系统包括上位机、下位机，上位机为与下位机连接，用于向下位机传输指令，下位机与供油装置、伺服电机装置（15）连接，用于控制供油装置、伺服电机装置（15）执行上位机的指令并将供油装置、伺服电机装置（15）的状态数据反馈给上位机；活塞加热系统包括加热控制箱、保温箱（8）、电阻丝、导线，电阻丝安装在保温箱（8）内且通过导线与加热控制箱连接，内冷油腔冷却活塞试件（9）安装在保温箱（8）内且其内部安装有温度传感器，内冷油腔冷却活塞试件（9）内部的温度传感器一端与加热控制箱连接，另一端与温度数据记录仪连接，供油装置及余油收集装置（12）中分别安装有用于测量内冷油腔冷却活塞试件（9）进油口、出油口处的温度的温度传感器，供油装置及余油收集装置（12）中的温度传感器直接与温度数据记录仪连接，加热控制箱通电后，通过电阻丝实现对保温箱（8）的加热，进而加热内冷油腔冷却活塞试件（9），当内冷油腔冷却活塞试件（9）内部的温度传感器检测到内冷油腔冷却活塞试件（9）内的温度超过设定温度时，加热控制箱自动使导线断电，使内冷油腔冷却活塞试件（9）稳定在设定温度范围内。...

【技术特征摘要】
1.一种内燃机往复振荡传热模拟试验装置，其特征在于，包括主体振荡机构，动力系统，供油及余油收集系统，控制与测量系统、活塞加热系统；其中：所述的主体振荡机构包括机架（1）、曲柄长度调节装置（2）、顶杆导向机构、连杆（13）、可变曲柄连杆机构（14）、顶杆（11）、试件安装平台（10）、内冷油腔冷却活塞试件（9）、右主轴颈（16）；机架（1）的左侧、右侧、上部均开设有安装孔，曲柄长度调节装置（2）穿过机架（1）的左侧的安装孔后与机架（1）内部的可变曲柄连杆机构（14）的左侧连接，右主轴颈（16）穿过机架（1）右侧的安装孔后与可变曲柄连杆机构（14）的右侧连接，右主轴颈（21）由机架（1）轴向固定，机架（1）上方的安装孔处设有顶杆导向机构，试件安装平台（10）固定在机架（1）的正上方，顶杆（11）的上端与试件安装平台（10）连接，下端穿过顶杆导向机构后与机架（1）内部的连杆（13）的上端连接，连杆（13）的下端与可变曲柄连杆机构（14）的上端连接，曲柄长度调节装置（2）用于实现可变曲柄连杆机构（14）的长度调节；所述的内冷油腔冷却活塞试件（9）安装在试件安装平台（10）上部且具有进油口和出油口；所述的动力系统包括伺服电机装置（15），伺服电机装置（15）的电机输出轴（29）与右主轴颈（21）连接，伺服电机装置（15）通过右主轴颈（21）带动可变曲柄连杆机构（14）往复运动，进而可变曲柄连杆机构（14）带动连杆（13）上下往复运动；所述的供油及余油收集系统包括供油装置及余油收集装置（12），供油装置用于向内冷油腔冷却活塞试件（9）的进油口喷射机油，余油收集装置（12）用于收集从内冷油腔冷却活塞试件（9）出油口流出的机油及从供油装置喷出但未喷入内冷油腔冷却活塞试件（9）进油口的机油；所述的控制与测量系统包括上位机、下位机，上位机为与下位机连接，用于向下位机传输指令，下位机与供油装置、伺服电机装置（15）连接，用于控制供油装置、伺服电机装置（15）执行上位机的指令并将供油装置、伺服电机装置（15）的状态数据反馈给上位机；活塞加热系统包括加热控制箱、保温箱（8）、电阻丝、导线，电阻丝安装在保温箱（8）内且通过导线与加热控制箱连接，内冷油腔冷却活塞试件（9）安装在保温箱（8）内且其内部安装有温度传感器，内冷油腔冷却活塞试件（9）内部的温度传感器一端与加热控制箱连接，另一端与温度数据记录仪连接，供油装置及余油收集装置（12）中分别安装有用于测量内冷油腔冷却活塞试件（9）进油口、出油口处的温度的温度传感器，供油装置及余油收集装置（12）中的温度传感器直接与温度数据记录仪连接，加热控制箱通电后，通过电阻丝实现对保温箱（8）的加热，进而加热内冷油腔冷却活塞试件（9），当内冷油腔冷却活塞试件（9）内部的温度传感器检测到内冷油腔冷却活塞试件（9）内的温度超过设定温度时，加热控制箱自动使导线断电，使内冷油腔冷却活塞试件（9）稳定在设定温度范围内。2.根据权利要求1所述的内燃机活塞内冷油道振荡流动模拟装置，其特征在于：所述的曲柄长度调节装置（2）包括手轮（24）、滑动螺杆（25）、螺母（26）、轴承（22）、套筒（21）、止推挡圈或双螺母固定标准件（23）；套筒（21）安装在机架（1）的左侧的安装孔内，轴承（22）安装在套筒（21）内部，螺母（26）安装于轴承（22）内圈并轴向固定，止推挡圈或双螺母固定标准件（23）固定在螺母（26）上，滑动螺杆（25）与螺母（26）内壁螺纹连接，滑动螺杆（25）左端与手轮（24）连接，右端与可变曲柄连杆机构（14）的左端连接，通过转动手轮（24），改变滑动螺杆（25）的轴向位置，从而推动可变曲柄连杆机构（14）运动。3.根据权利要求1所述的内燃机活塞内冷油道振荡流动模拟装置，其特征在于：所述的可变曲柄连杆机构（14）包括左曲柄（20）、连杆轴颈（19）、右曲柄（18），左曲柄（20）的左端与曲柄长度调节装置（2）连接，左曲柄（20）的右端与连杆轴颈（19）的左端连接，连杆轴颈（19）的右端与右曲柄（18）的左端连接，右曲柄（18）的右端与右主轴颈（16）连接，连杆轴颈（19）的中部与上方的连杆（13）连接,所述的顶杆导向机构包括顶杆套（27）和顶杆套座（28），顶杆套座（28）位于机架（1）上部的安装孔处，顶杆套（27）安装在顶杆套座（28）内部，顶杆（11）下端穿过顶杆套（27）后伸入机架（1）内部，顶杆（11）在顶杆套（27）中自由滑动，顶杆（11）的下端设连接耳，连接耳上设有销孔，连杆（13）上端为连杆小头，下端为连杆大头，连杆小头设有销孔，通过销穿过连接耳上的销孔和连杆小头上的销孔，使连杆（13）与顶杆（11）转动连接，连杆（13）的连杆大头与下端的连杆轴颈（19）的中部转动连接。4.根据权利要求3所述的内燃机活塞内冷油道振荡流动模拟装置，其特征在于：所述的可变曲柄连杆机构（14）还包括左右两端的振动平衡装置（17），左端的振动平衡装置（17）的左端与曲柄长度调节装置（2）连接，右端与左曲柄（20）...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷基林，邓晰文，杨海翔，陈康，贾德文，申立中，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53