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一种 活塞测试装置

阅读：501发布：2023-02-28

专利汇可以提供一种活塞测试装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种活塞测试装置，包括平台底座、平台支架、活塞连杆、缸套、冷却单元和热机耦合单元；所述活塞连杆和所述缸套安装在所述平台底座上；所述热机耦合单元安装在所述平台支架上、用于提供测试的周期性高温高压环境；待测试的活塞通过活塞销连接所述活塞连杆并安装在所述缸套内；所述热机耦合单元、所述缸套和所述活塞形成密封空间。通过热机耦合单元提供周期性的压力和持续高温，可模拟发动机燃烧室内混合气体爆燃产生的高温高压环境，测试活塞的主要受力情况，也就是活塞顶部承受机械应力和热应力情况，较为方便地实现活塞热机耦合测试。，下面是一种活塞测试装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种活塞测试装置，其特征在于：包括平台底座(1)、平台支架(2)、活塞连杆(3)、缸套(4)、冷却单元和热机耦合单元；所述活塞连杆(3)和所述缸套(4)安装在所述平台底座(1)上；所述热机耦合单元安装在所述平台支架(2)上、用于提供测试的周期性高温高压环境；待测试的活塞通过活塞销连接所述活塞连杆(3)并安装在所述缸套(4)内；所述热机耦合单元、所述缸套(4)和所述活塞形成密封空间(8)。
2.根据权利要求1所述的活塞测试装置，其特征在于：所述热机耦合单元包括加热线圈(6)、冲程机(7)；所述冲程机(7)具有冲程杆和连接在所述冲程杆端部的压块；所述压块安装在所述缸套(4)内，与所述缸套(4)和所述活塞形成密封空间(8)；所述密封空间(8)内填装有缓冲粉末。
3.根据权利要求2所述的活塞测试装置，其特征在于：所述冲程机(7)为液压式脉冲机。
4.根据权利要求2所述的活塞测试装置，其特征在于：还包括温度监测部件(9)；所述温度监测部件(9)与所述加热线圈(6)连接、监测所述密封空间(8)的温度并根据所述温度控制所述加热线圈(6)工作状态。
5.根据权利要求1所述的活塞测试装置，其特征在于：所述热机耦合单元具有气体循环部件(10)和密封盖(11)；所述密封盖(11)、所述缸套(4)和所述活塞形成所述密封空间(8)；所述气体循环部件(10)用于周期性地向所述密封空间(8)供应并回收高温高压气体。
6.根据权利要求1-5任一项所述的活塞测试装置，其特征在于：还具有用于控制所述热机耦合单元工作特性的控制单元(12)；所述控制单元(12)用于调节所述热机耦合单元的压力波形、频率和循环次数。
7.根据权利要求1-5任一项所述的活塞测试装置，其特征在于：所述冷却单元具有冷却泵(13)、用于冷却冷却液的外冷却器(14)；所述平台底座(1)、所述活塞和所述缸套(4)形成密封的冷却液腔(15)；所述冷却泵(13)驱动冷却液在所述冷却液腔(15)和所述外冷却器(14)间循环。

说明书全文

一种活塞测试装置

技术领域

[0001] 本发明涉及发动机测试技术领域，特别涉及一种活塞测试装置。

背景技术

[0002] 活塞是发动机实现热能-机械能转换的核心零件，其中活塞头部与发动机的缸套壁组合形成燃烧室、承受高温燃气爆燃产生的巨大膨胀推动压力和热能，工作环境最为恶劣，因此其耐机械疲劳和热应力疲劳的能力将直接影响到整个活塞的结构性能和使用寿命；因此在活塞研发阶段，均需要对活塞顶部进行性能测试和使用疲劳测试。由于活塞实际工作中是受爆燃气体机械推力和热力的共同作用，因此只有在温度条件、机械压力条件均能模拟实际工作特性的情况下才能完成工作特性的评价和评估，目前现有的活塞测试主要采用两种方法：一种是直接在发动机台架进行实际耐久性能测试，另外一种是采用CAE 软件进行温度场、机械应力场模拟。其中在发动机台架上进行耐久性能测试虽然是真实的发动机实际工作特性，但是开发试验周期很长，不利于市场竞争，且发动机台架价格昂贵、不适合规模性测试；采用CAE软件分析只是利用边界条件进行理论分析，不能得到精确的测试结果。

发明内容

[0003] 为解决现有的发动机台架实际耐久性能测试开发周期长，不适合规模性测试的问题，本发明提供一种新的活塞测试装置。

[0004] 本发明提供一种活塞测试装置，包括平台底座、平台支架、活塞连杆、缸套、冷却单元和热机耦合单元；所述活塞连杆和所述缸套安装在所述平台底座上；所述热机耦合单元安装在所述平台支架上、用于提供测试的周期性高温高压环境；待测试的活塞通过活塞销连接所述活塞连杆并安装在所述缸套内；所述热机耦合单元、所述缸套和所述活塞形成密封空间。

[0005] 通过热机耦合单元提供周期性的压力和持续高温，可模拟发动机燃烧室内混合气体爆燃产生的高温高压环境，测试活塞的主要受力情况，也就是活塞顶部的机械力情况和热应力情况，较为方便地实现热机耦合测试。

[0006] 可选的，所述热机耦合单元包括加热线圈、冲程机；所述冲程机具有冲程杆和连接在所述冲程杆端部的压块；所述压块安装在所述缸套内，与所述缸套和所述活塞形成密封空间；所述密封空间内填装有缓冲粉末。

[0007] 采用冲程机冲压缓冲粉末，利用缓冲粉末的缓冲作用将压块的刚性作用力转换为传递至活塞顶部模拟混合气体爆燃产生的分散推力，利用加热线圈产生热量模拟爆燃气体产生的热量并传递至活塞顶部，模拟活塞工作环境。

[0008] 可选的，所述冲程机为液压式冲程机。

[0009] 可选的，还包括温度监测部件；所述温度监测部件与所述加热线圈连接、监测所述密封空间的温度并根据温度控制所述加热线圈工作状态。

[0010] 可选的，所述热机耦合单元具有气体循环部件和密封盖；所述密封盖、所述缸套和所述活塞形成所述密封空间；所述气体循环部件用于周期性地向所述密封空间供应并回收高温高压气体。

[0011] 利用高温高压气体周期性进入密封空间作用于活塞，形成高温高压环境也可较好的模拟活塞受力情况。

[0012] 可选的，还具有用于控制所述热机耦合单元工作特性的控制单元；所述控制单元用于调节所述热机耦合单元的压力波形、频率和循环次数。

[0013] 设置控制装置调节热机耦合单元的工作特性，可模拟各个发动机转速下、各种负载情况下活塞受力特性，改变活塞受力情况进行多情况测试。

[0014] 可选的，所述冷却单元具有冷却泵、用于冷却冷却液的外冷却器；所述平台底座、所述活塞形成密封的冷却液腔；由所述冷却泵驱动冷却液在所述冷却液腔和所述外冷却器间循环。

[0015] 设置冷却单元冷却活塞，能够更为真实的模拟实际情况下活塞热量传导，进而使得活塞热应力情况更符合真实状态，提高了测试和实际情况的符合度。附图说明

[0016] 图1为本发明活塞测试装置实施例一示意图；

[0017] 图2为本发明活塞测试装置实施例二示意图。

具体实施方式

[0018] 为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

[0019] 图1为本发明活塞测试装置实施例一示意图。从图1可看出本实施例中的活塞测试装置模拟了活塞处于气缸上止点区域的受力状况，即空腔燃油混合气体处于爆燃状态下活塞在气缸中的位置时的受力情况，模拟爆燃冲击对活塞顶部的作用。本实施例中的活塞测试装置包括平台底座1、平台支架2、活塞连杆3、缸套4和热机耦合单元，其中平台底座1和平台支架2分别起到支撑作用，支撑起对应的设备。活塞连杆3和缸套4设置在平台底座1上，待测试的活塞通过活塞销连接在活塞连杆3上并安装在缸套4内侧。热机耦合单元安装在平台支架2上并和缸套4上部配合形成密封空间8，也就是活塞、缸套4和热机耦合单元形成密封空间8，通过热机耦合单元向密封空间8提供足够热量和冲击力、模拟爆燃的高温高压环境、作用于活塞顶部区域，就可测试活塞顶部的热应力和机械力共同作用的工作性能。

[0020] 在本实施例中，热机耦合单元包括加热线圈6、冲程机7，其中加热线圈6产生热量，模拟爆燃气体释放的热能、使活塞受到热应力作用；冲程机7产生周期性的冲击力。冲程机7具有冲程杆和连接在冲程杆端部的压块，压块安装在缸套4内、可沿缸套4壁活动；压块、缸套4和活塞形成了密封空间8。由于实际燃烧室内混合气体爆燃产生的推力是分散作用在活塞顶部各个区域、活塞顶部各表面受力情况相同，为了模拟这一现象，本实施例中的密封空间8内充填了缓冲粉末，缓冲粉末既具有缓冲压块推力的作用，也可通过自身的多孔特性和弹性特性将冲程机7作用的压力均匀释放到活塞顶部。本实施例中，密封空间
8内充填的石墨粉，石墨粉具有良好的导热性能，可实现热量向活塞头部和缸套4上的顺利导引，较好的分散热量；当然，在其他实施例中也可采用其他类具有多孔性能和导热性能的材料。

[0021] 可选的，本实施例中采用了液压式冲程机7，即采用液压驱动实现压块的往复运动，为此需要设置供油部件、相应的液压马达和换向阀；当然可以想到，在其他实施例中也可采用电机驱动的形式带动压块的往复运动。

[0022] 可选的，从图中可看出本实施例中的加热线圈6设置在了压块的外侧、可随压块往复运动，更好的模拟活塞爆燃产生的温度散布特性。当然，在其他实施例中，也可将加热线圈6设置在其他位置。

[0023] 为进一步提高温度控制特性，使得密封空间8内的温度保持在300-400℃区间范围内、更好的模拟活塞实际温度特性，本实施例中还设置了温度监测部件9，温度监测部件9和加热线圈6连接，通过设置在密封空间8内的温度传感器检测密封空间8的温度变化情况，调节加热线圈6的工作功率。当然，可以想到如果加热线圈6的功率特性使得密封空间
8内温度一直维持在300-400℃这一合理空间内，也可不设置温度监测部件9。

[0024] 实际发动机活塞工作过程中是通过润滑油在曲轴箱和气缸内循环实现了活塞的降温，为进一步模拟真实工作情况，本实施例中还设置了冷却单元，冷却单元具有冷却泵13、用于冷却冷却液至合理温度的外冷却器14。活塞、缸套4和平台底座1三者形成密封的冷却液腔15。冷却泵驱动冷却液在冷却液腔15和外冷却器14间循环，通过外冷却器14将冷却液降低至正常温度。外冷却器14既可以采用风冷冷却器，也可采用水冷冷却器。

[0025] 应当注意的是，在以上描述中，活塞、缸套4形成密封空间8和冷却液腔15需要活塞环的配合。活塞环既包括气环、也包括油环，以防止密封空间8中的石墨粉和冷却液腔15中的冷却液窜扰而破坏密封性能。

[0026] 此外，为进一步提高对活塞各转速和各种工况情况下的性能此时，本实施例中还是设置了控制单元12，控制单元12可控制热机耦合单元的工作特性，诸如压力波形、压力频率和实际循环测试次数等参数，并记载试验数据和波形压力曲线。

[0027] 图2为本发明活塞测试装置实施例二示意图，本实施例中测试装置在热机耦合单元与实施例一不同，其他部件基本与实施例一相同。本实施例采用提供高温高压气体的方法来向活塞缸盖施加作用力。本实施例中的热机耦合单元具有气体循环部件10和密封盖11，密封盖11、缸套4和活塞形成密封空间8，气体循环部件10周期性的向密封空间8提供温度在300-400℃的高温高压气体。当然，作为优选，在本实施例中也具有控制装置控制控制气体循环部件10的工作频率、压力波形。

[0028] 下面就实施例一和实施例二的测试装置利使用进行简单介绍：首先安装待测试的活塞、活塞环形成密封空间8；其次确定试验参数，如根据发动机的爆发压力、转速、机油压力和活塞工作温度，确定爆发压力波形、频率和试验循环次数；随后可启动设备进行相应的测试，利用控制装置技术测试过程数据，作为后续活塞验证对比的依据。另还应注意，活塞实际工作时爆燃并不是发生在上止点，而是稍后滞于上止点，因此实际测试中可将活塞连杆和活塞形成一个角度很小的摆角，使得活塞的受力情况更接近实际。

[0029] 以上本发明实施例中的活塞测试装置进行了详细介绍。本文应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想，在不脱离本发明原理的情况下，还可对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明的保护范围内。

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