一种内燃机活塞内冷却油震荡性能测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于内燃机领域，并具体公开了一种内燃机活塞内冷却油震荡性能测试装置及方法，其包括支撑机构、导向机构、曲柄连杆机构、动力控制机构、可视化活塞和观测相机，其中：支撑机构包括支撑架、转动轴支架、电机支架和基座；导向机构包括连接杆、十字头、滑轨和滑块，十字头通过连接杆与可视化活塞相连，滑轨安装在支撑架内，滑块一侧固定在十字头上，另一侧安装在滑轨内；曲柄连杆机构包括连杆、曲柄臂和曲柄销，连杆一端固定在十字头上，另一端通过曲柄销与曲柄臂相连；动力控制机构通过曲柄连杆机构和导向机构带动活塞往复运动，并由观测相机进行拍摄。装置结构简单、易于维护、通用性强，能准确观测活塞内冷却油震荡性能。

A device and method for measuring the oscillation performance of cooling oil in the piston of internal combustion engine

【技术实现步骤摘要】
一种内燃机活塞内冷却油震荡性能测试装置及方法
本专利技术属于内燃机领域，更具体地，涉及一种内燃机活塞内冷却油震荡性能测试装置及方法。
技术介绍
内燃机因其自身运行成本低、使用场景灵活、热效率高等优点在动力行业中得到了广泛的应用。随着内燃机应用范围的扩大、功率需求的提升、使得内燃机的强化程度在不断提升。活塞作为内燃机核心部件之一，在内燃机实际工作过程中，不仅需要与温度高达2500℃的燃气直接接触而受到周期性的加热，同时还在超高爆发压力的作用下承受较大的机械负荷，在这样恶劣的工作环境中，活塞极易产生疲劳破坏、变形和裂纹等问题，从而影响了活塞的可靠性和寿命。目前，活塞的可靠性已经成为限制内燃机高强化发展的关键性问题之一，为了提高活塞的可靠性，进行活塞的高效冷却是提高其可靠性的关键一环。现阶段，高强化内燃机的活塞大都采用内冷油腔来实现活塞的高效冷却，相对而言，小缸径的车用内燃机，主要用冷却油喷嘴的方式，将冷却油喷入活塞内冷油腔，进行震荡冷却；而大缸径的船用内燃机，则主要采用压力供油的方式，通过曲轴、连杆和活塞销，将冷却油压入活塞内冷油腔，进行震荡冷却。无论是喷入方式，还是压入方式，活塞震荡油腔内的震荡性能和传热性能都很难在内燃机实机运行中进行测量，故而很难准确地掌握该震荡冷却活塞的震荡冷却能力，对活塞的优化设计和可靠性不利。因此需设计一套专门的试验装置，能显性地、便捷地测量震荡活塞的震荡性能和传热性能，以便为活塞的冷却设计提供准确的数据支持。例如，专利CN103994881A公开了一套活塞震荡油腔实验模拟装置，主要是针对喷入式的活塞震荡冷却进行试验模拟，该专利采用了发动机实际状态下的喷油震荡设计，通过燃气加热来模拟缸内燃烧，通过活塞温度测量来了解活塞的冷却能力；专利CN102032991A公开了一种发动机活塞震荡冷却实验装置，其结构与专利CN103994881A类似，也是针对喷入式的活塞震荡冷却进行试验模拟，并在专利CN103994881A的基础上，增加了冷却油的回油收集和温度测量，从而计算出换热量。但是上述专利的实验装置都是针对喷入式的活塞震荡冷却的模拟实验(主要用于车用内燃机)，并不适合用于压入式的活塞震荡冷却(主要用于船用大型内燃机)，并且不能观察到活塞震荡冷却腔内冷却油的震荡形态和流动特性，故而不能定量地判断冷却油的震荡速度和震荡冷却能力，故而不能较好地支持活塞冷却能力的定量设计。如何通过一种实验装置，不仅适用于压入式的活塞震荡冷却，并且能观察到活塞震荡冷却腔内冷却油的震荡形态和流动特性，从而定量地判断冷却油的震荡速度和震荡冷却能力，是现阶段船用大型柴油机震荡冷却活塞设计中迫切需要解决的技术问题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种内燃机活塞内冷却油震荡性能测试装置及方法，其采用导向机构、曲柄连杆机构、动力控制机构和可视化活塞配合模拟内燃机活塞运动，进而通过观测相机完成对活塞内冷却油震荡性能测试，装置结构简单、通用性强，能准确观测活塞内冷却油震荡形态，为活塞冷却油腔的设计提供参考。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提出了一种内燃机活塞内冷却油震荡性能测试装置，包括支撑机构、可视化活塞、导向机构、曲柄连杆机构、动力控制机构和观测相机，其中：所述支撑机构包括支撑架、转动轴支架、电机支架和基座，所述支撑架、转动轴支架和电机支架均固定在所述基座上；所述导向机构包括连接杆、十字头、滑轨和滑块，其中，所述连接杆一端与所述可视化活塞相连，另一端固定在所述十字头上；所述滑轨安装在所述支撑架内，所述滑块一侧固定在所述十字头上，另一侧安装在所述滑轨内；所述曲柄连杆机构包括连杆、曲柄臂和曲柄销，所述连杆一端固定在所述十字头上，另一端通过所述曲柄销与所述曲柄臂相连；所述动力控制机构包括变频电机和转动轴，所述变频电机固定在所述电机支架上，所述转动轴一端安装在所述变频电机上，另一端安装有飞轮，且所述转动轴分为两段，两段转动轴间通过所述曲柄臂连接，并均由所述转动轴支架固定；所述观测相机放置在预定位置，用于拍摄所述可视化活塞。作为进一步优选的，所述可视化活塞由有机玻璃制成。作为进一步优选的，所述可视化活塞直径为120mm-300mm。作为进一步优选的，所述滑轨轨道长度为140mm-400mm。作为进一步优选的，所述连杆优选由铝制成。作为进一步优选的，所述连杆为分段式连杆，能根据需要改变其长度。按照本专利技术的另一方面，提供了一种内燃机活塞内冷却油震荡性能测试方法，包括如下步骤：在可视化活塞中加入冷却油，变频电机以与待测试内燃机相同的转速带动转动轴转动，转动轴通过曲柄臂带动连杆往复运动，连杆进而带动十字头往复运动，同时十字头上的滑块在滑轨内滑动，从而避免十字头晃动，保证其往复直线运动，进而十字头通过连接杆带动可视化活塞往复直线运动，即模拟内燃机中活塞的运动情况；然后通过观测相机拍摄可视化活塞内冷却油震荡情况，完成活塞内冷却油震荡性能测试。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：1.本专利技术的活塞内冷却油震荡性能测试装置可用于压入式震荡冷却活塞的冷却能力和震荡形态研究，装置结构简单、通用性强、测试成本低且易于维护，在准确模拟活塞实际运动的基础上，实现同一实验台架对不同型号内燃机活塞内冷却油震荡性能的测试，为活塞冷却油腔的设计提供有力参考。2.本专利技术通过导向机构代替传统的缸套结构，使可视化活塞无需与缸套配合，易实现活塞的更换，即可根据实际的需要，采用不同尺寸的可视化活塞，同时使可视化活塞在运动过程中始终处于可观测区，从而保证进行不同活塞内冷却油的震荡形态的观测和流速测量。3.本专利技术装置中的可视化活塞采用高透光率的有机玻璃制成，其良好的透光性配合高速摄影相机，有机玻璃内部为所测内燃机活塞内冷油腔结构，可实现完成对活塞内冷却油震荡形态的直接观测。4.本专利技术装置中的曲柄连杆机构易于更换，故能够准确模拟多款内燃机活塞运动过程，同时采用分段式连杆，可根据实际需要快速实现连杆长度的变动。附图说明图1是本专利技术实施例中内燃机活塞内冷却油震荡性能测试装置结构示意图；图2是本专利技术实施例中测试装置视角方向示意图；图3是图2中A-A方向即可视化活塞底部示意图；图4是图2中B-B方向即滑块装配示意图；图5是图2中C-C方向即转动轴装配示意图。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-可视化活塞，2-支撑架，3-滑块，4-曲柄销，5-转动轴，6-联轴器，7-变频电机，8-电机支架，9-基座，10-转动轴支架，11-飞轮，12-曲柄臂，13-连杆，14-滑轨，15-连接销，16-十字头，17-连接杆，18-地脚螺栓，19-滚动轴承，20-观测相机，21-相机支座。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内燃机活塞内冷却油震荡性能测试装置，其特征在于，包括支撑机构、可视化活塞(1)、导向机构、曲柄连杆机构、动力控制机构和观测相机(20)，其中：/n所述支撑机构包括支撑架(2)、转动轴支架(10)、电机支架(8)和基座(9)，所述支撑架(2)、转动轴支架(10)和电机支架(8)均固定在所述基座(9)上；/n所述导向机构包括连接杆(17)、十字头(16)、滑轨(14)和滑块(3)，其中，所述连接杆(17)一端与所述可视化活塞(1)相连，另一端固定在所述十字头(16)上；所述滑轨(14)安装在所述支撑架(2)内，所述滑块(3)一侧固定在所述十字头(16)上，另一侧安装在所述滑轨(14)内；/n所述曲柄连杆机构包括连杆(13)、曲柄臂(12)和曲柄销(4)，所述连杆(13)一端固定在所述十字头(16)上，另一端通过所述曲柄销(4)与所述曲柄臂(12)相连；/n所述动力控制机构包括变频电机(7)和转动轴(5)，所述变频电机(7)固定在所述电机支架(8)上，所述转动轴(5)一端安装在所述变频电机(7)上，另一端安装有飞轮(11)，且所述转动轴(5)分为两段，两段转动轴间通过所述曲柄臂(12)连接，并均由所述转动轴支架(10)固定；/n所述观测相机(20)放置在预定位置，用于拍摄所述可视化活塞(1)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种内燃机活塞内冷却油震荡性能测试装置，其特征在于，包括支撑机构、可视化活塞(1)、导向机构、曲柄连杆机构、动力控制机构和观测相机(20)，其中：
所述支撑机构包括支撑架(2)、转动轴支架(10)、电机支架(8)和基座(9)，所述支撑架(2)、转动轴支架(10)和电机支架(8)均固定在所述基座(9)上；
所述导向机构包括连接杆(17)、十字头(16)、滑轨(14)和滑块(3)，其中，所述连接杆(17)一端与所述可视化活塞(1)相连，另一端固定在所述十字头(16)上；所述滑轨(14)安装在所述支撑架(2)内，所述滑块(3)一侧固定在所述十字头(16)上，另一侧安装在所述滑轨(14)内；
所述曲柄连杆机构包括连杆(13)、曲柄臂(12)和曲柄销(4)，所述连杆(13)一端固定在所述十字头(16)上，另一端通过所述曲柄销(4)与所述曲柄臂(12)相连；
所述动力控制机构包括变频电机(7)和转动轴(5)，所述变频电机(7)固定在所述电机支架(8)上，所述转动轴(5)一端安装在所述变频电机(7)上，另一端安装有飞轮(11)，且所述转动轴(5)分为两段，两段转动轴间通过所述曲柄臂(12)连接，并均由所述转动轴支架(10)固定；
所述观测相机(20)放置在预定位置，用于拍摄所述可视化活塞(1)。


2.如权利要求1所述的内燃机活塞内冷却油震荡性能测试装置，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：成晓北，潘福敏，王兆文，李梅，田帆，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42