专利名称：一种发动机活塞振荡冷却试验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种试验装置，具体涉及一种发动机活塞振荡冷却试验装置。
技术背景
在内燃机各高温零件中，活塞的热负荷故障是最常见的，同时活塞也是功能最复 杂、对各种性能影响最大的零件，活塞的可靠性在很大程度上影响整台内燃机的使用可靠 性。内燃机热负荷增大时，活塞环槽温度升高，引起机油结焦、活塞环卡死、活塞环密封失 效，进而产生拉缸等故障；高温会导致材料的力学性能下降，这对于活塞常用的铝合金材料 尤为明显，严重时还可能导致活塞烧蚀。活塞是一个在很不利的受热状态条件下工作的零 件，为了保证内燃机活塞在高热负荷强度下安全可靠地工作，必须合理控制活塞温度，对活 塞进行有效的冷却。活塞中一般都设有一个环形的冷却油腔，冷却机油通过喷嘴进入活塞 的冷却油腔内，冷却机油伴随活塞的往复运动在冷却油腔内振荡，强化了传热，能大幅度有 效降低燃烧室喉口以及第一环槽等处的温度。振荡冷却因其传热系数高、冷却效果好，在内 燃机活塞中得到广泛应用。
目前各种形状的冷却油腔在发动机活塞中得到了广泛的应用，但是究竟哪种形状 的冷却油腔冷却效果更好，却没有评测装置能够进行评价。
中国专利申请201010135719. 8中公开了一种发动机活塞振荡冷却试验装置，其 通过一动力输入装置带动活塞上下运动，模拟在不同转速下发动机活塞的运动过程；将冷 却机油由活塞冷却腔入口持续喷入，模拟发动机实际工作时的活塞喷油冷却过程；在活塞 冷却腔出口处通过软管收集冷却机油进入油箱，以获取活塞冷却腔内的机油流量。上述专 利申请模拟了发动机活塞的高速运动，更接近发动机的实际工作状况，获得的流量结果更 准确。
但是，上述的实验装置无法模拟实际发动机活塞的温度场以及实际工况下冷却机 油的温度状况，更无法对机油温度进行测量，所以不能实现对冷却油腔冷却效果的评价。
如何通过一种试验装置来帮助研究人员了解发动机活塞冷却油腔的冷却效果，从 而评价不同形状冷却油腔的设计，是亟待解决的技术问题。发明内容
本发明的目的在于提供一种发动机活塞振荡冷却试验装置，其可以帮助研究人员 了解发动机活塞冷却油腔的冷却效果，评价不同形状冷却油腔的设计。
本发明提供了一种发动机活塞振荡冷却试验装置，其通过一高速往复运动机构带 动带有冷却油腔的发动机活塞上下运动，将机油由活塞冷却油腔入口持续喷入，在活塞冷 却油腔出口处收集机油进入油箱，其包括一活塞加热系统，用于对所述发动机活塞进行加 热；一机油加热装置，用于对机油进行加热；以及一温度传感器，用于对收集的机油进行温 度测量。
根据本发明的一个实施方式，所述活塞加热系统包括一火焰燃烧器，所述火焰燃烧器的出口与发动机燃烧室的进气道连通，通过持续通入发动机燃烧室的高温气体实现对 发动机活塞的加热。优选的，所述火焰燃烧器的出口通过波纹管与所述发动机燃烧室的进气道连通。根据本发明的另一个实施方式，所述活塞加热系统包括一感应加热装置。根据本发明的一个实施方式，所述机油加热装置为电阻加热器，其设置在机油供 油系统的油箱中。所述机油供油系统的出油口与活塞冷却油腔入口处设置的冷却喷嘴连通，机油通 过所述冷却喷嘴持续喷入所述活塞冷却油腔内。根据本发明的一个实施方式，所述温度传感器设置在机油收集系统的油箱中。所述的机油收集系统包括一挡油板，设置在活塞冷却油腔的出口对应位置下方， 从所述活塞冷却油腔流出的机油顺着该挡油板进入所述机油收集系统的油箱。根据本发明的一个实施方式，所述高速往复运动机构，其包括长活塞、连杆和曲 轴，所述长活塞通过所述连杆与所述曲轴一端连接，所述曲轴另一端与变频电机连接，所述 变频电机又与一电动机相连。带有冷却油腔的发动机活塞位于所述长活塞的顶部，二者之间固定连接。优选的， 二者通过螺栓连接。根据本发明的一个实施例，所述长活塞头部开有两个孔，位置与所述发动机活塞 的冷却油腔入口和冷却油腔出口相对应；所述冷却油腔入口和冷却油腔出口处分别设置有 冷却喷嘴和挡油板，与之对应，所述长活塞侧面也开有孔，用于防止长活塞往复运动时与所 述冷却喷嘴和挡油板发生碰撞。本发明的有益效果主要体现在活塞加热系统通过持续通入高温气体实现对发动机活塞的加热，从而可以模拟实 际发动机活塞的温度场。供油系统的出油口通过油管与冷却喷嘴连通，机油通过冷却喷嘴持续喷入活塞的 冷却油腔内，模拟发动机在实际工作时的活塞喷油冷却过程，通过在供油系统中设置的机 油加热装置可以实现对机油的加热，以更准确地模拟实际工况下机油的温度状况。在收集油箱中设置有温度传感器，通过对机油温度的测量，可以实现对冷却油腔 冷却效果的评价。机油收集系统使流出的机油顺着挡油板从机体流出进入收集油箱，相较于现有技 术中利用软管的收集方式来说更有效、更便利。


图1是本发明的总体结构示意图2是长活塞结构示意图。
部件标号
1.冷却喷嘴2.带有冷却油腔的活
21.冷却油腔入口22.冷却油腔出口
3.排气道4.进气道
5挡油板6.火焰燃烧器
7.收集油箱
9.变频电机
11.连杆
13.油箱几 塞 §轴活栓 板曲长螺.0.2.4.8 11具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式
。
如图1所示，本发明的发动机活塞振荡冷却试验装置，包括高速往复运动机构、 活塞加热系统、机油供油系统、机油收集系统。
高速往复运动机构可以由长活塞12、连杆11和曲轴10构成，长活塞12位于气缸 内，通过连杆11与曲轴10—端连接，曲轴10另一端与变频电机9连接，变频电机9又与一 电动机8相连。带有不同形状冷却油腔的活塞2 (即发动机活塞)位于长活塞12的顶部， 它们之间可以通过连接件实现连接。通过变频电机9带动曲轴10旋转，带动长活塞12，从 而带动带有冷却油腔的活塞2作往复运动，模拟实际发动机的活塞运动过程。实际使用本 发明的发动机活塞振荡冷却试验装置时，更换待测试的不同形状的冷却油腔，并将该带有 冷却油腔的活塞2与所述的长活塞12进行固定连接，由此可以实现对多个不同形状的冷却 油腔进行测试。值得说明的是，上述的高速往复运动机构仅为一示例，可以采用其它具有相 同功效的机械结构进行替换。
作为一个实施例，活塞加热系统包括一火焰燃烧器6，火焰燃烧器6的出口可以通 过例如波纹管的管道与发动机燃烧室的进气道4连通，通过持续通入高温气体实现对发动 机活塞的加热，从而可以模拟实际发动机活塞的温度场。当然，活塞加热系统也可采用其他 形式，如感应加热。
带有冷却油腔的活塞2中，冷却油腔的入口 21对应位置处设置有冷却喷嘴1 ；冷 却油腔的出口 22对应位置下方设置有挡油板5。
如图2所示，是长活塞12的结构示意图。作为一个示例，长活塞12通过一螺栓14 与带有冷却油腔的活塞2固定在一起。长活塞12头部开有两个孔，两孔的位置与带冷却油 腔活塞2的冷却油腔入口 21和冷却油腔出口 22相对应相应地，在该两孔处，分别设置冷却 喷嘴1和挡油板5。此外，长活塞12侧面也开有孔，在长活塞12往复运动时，可以防止长活 塞12与冷却喷嘴1和挡油板5发生干涉碰撞。
所述的机油供油系统包括一油箱13。例如电阻加热器的加热装置(未图示)可以 设置在油箱13内，实现对机油的加热，以更准确地模拟实际工况下机油的温度状况。供油 系统的出油口通过油管与冷却喷嘴1连通，机油通过冷却喷嘴1持续喷入活塞的冷却油腔 内，模拟发动机在实际工作时的活塞喷油冷却过程。
所述的机油收集系统主要由挡油板5和收集油箱7构成，流出的机油顺着挡油板5 从机体流出进入收集油箱7，相较于现有技术中利用软管的收集方式来说更有效、更便利。 收集油箱7设置有温度传感器，通过对机油温度的测量，可以实现对冷却油腔冷却效果的 评价。
对于发动机活塞不同冷却油腔的冷却效果实验，在具体操作时，需要使活塞加热 装置的功率相同以保证带冷却油腔的活塞2的加热程度相同，同时保证冷却喷嘴1喷出的机油流量和温度相同，以及曲轴10的转速相同，上述操作都是本领域技术人员能够实现 的，在此不再赘述。由此，在相同的实验条件下，通过机油收集系统的温度传感器对机油温 度的测量，可以实现对不同冷却油腔冷却效果的评价，即测量的机油温度越高，说明机油带 走的热量越多，冷却效果越好。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用 等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
权利要求
1.一种发动机活塞振荡冷却试验装置，其通过一高速往复运动机构带动带有冷却油腔 的发动机活塞( 上下运动，将机油由活塞冷却油腔入口 持续喷入，在活塞冷却油腔 出口 0 处收集机油进入油箱(7)，其特征在于，包括一活塞加热系统，用于对所述发动机活塞( 进行加热；一机油加热装置，用于对机油进行加热；以及一温度传感器，用于对收集的机油进行温度测量。
2.根据权利要求1所述的发动机活塞振荡冷却试验装置，其特征在于，所述活塞加热 系统包括一火焰燃烧器(6)，所述火焰燃烧器(6)的出口与发动机燃烧室的进气道(4)连 通，通过持续通入发动机燃烧室的高温气体实现对发动机活塞O)的加热。
3.根据权利要求1所述的发动机活塞振荡冷却试验装置，其特征在于，所述活塞加热 系统包括一感应加热装置。
4.根据权利要求1所述的发动机活塞振荡冷却试验装置，其特征在于，所述机油加热 装置为电阻加热器，其设置在机油供油系统的油箱(13)中。
5.根据权利要求4所述的发动机活塞振荡冷却试验装置，其特征在于，所述机油供油 系统的出油口与所述活塞冷却油腔入口 处设置的冷却喷嘴(1)连通，机油通过所述冷 却喷嘴(1)持续喷入所述活塞冷却油腔内。
6.根据权利要求1所述的发动机活塞振荡冷却试验装置，其特征在于，所述温度传感 器设置在机油收集系统的所述油箱(7)中。
7.根据权利要求6所述的发动机活塞振荡冷却试验装置，其特征在于，所述的机油收 集系统包括一挡油板(5)，设置在所述活塞冷却油腔的出口 0 对应位置下方，从所述活 塞冷却油腔流出的机油顺着该挡油板( 进入所述机油收集系统的油箱(7)。
8.根据权利要求1所述的发动机活塞振荡冷却试验装置，其特征在于，所述高速往复 运动机构包括长活塞(12)、连杆(11)和曲轴(10)，所述长活塞(1 通过所述连杆(11)与 所述曲轴(10) —端连接，所述曲轴(10)另一端与变频电机(9)连接，所述变频电机(9)又 与一电动机(8)相连；所述发动机活塞( 位于所述长活塞(1 的顶部，二者之间固定连 接。
9.根据权利要求8所述的发动机活塞振荡冷却试验装置，其特征在于，所述发动机活 塞( 与所述长活塞(1 之间通过螺栓连接。
10.根据权利要求8所述的发动机活塞振荡冷却试验装置，其特征在于，所述长活塞 (12)头部开有两个孔，位置与所述发动机活塞O)的冷却油腔入口 和冷却油腔出口 (22)相对应；所述冷却油腔入口 和冷却油腔出口 02)处分别设置有冷却喷嘴(1)和 挡油板(5)，与之对应，所述长活塞(12)侧面也开有孔，用于防止长活塞往复运动时与所述 冷却喷嘴(1)和挡油板(5)发生碰撞。
全文摘要
本发明提供一种发动机活塞振荡冷却试验装置，其包括一活塞加热系统，用于对发动机活塞进行加热；一机油加热装置，用于对机油进行加热；以及一温度传感器，用于对收集的机油进行温度测量。所述活塞加热系统可以模拟实际发动机活塞的温度场。所述机油加热装置可以实现对机油的加热，以更准确地模拟实际工况下机油的温度状况。所述温度传感器，通过对机油温度的测量，可以实现对冷却油腔冷却效果的评价。
文档编号G01M15/04GK102032991SQ20101054731
公开日2011年4月27日 申请日期2010年11月16日 优先权日2010年11月16日
发明者原彦鹏, 张卫正, 曹元福, 杨振宇, 赵维茂 申请人:北京理工大学