[发明专利]内燃机活塞内冷油道换热试验系统

说明书

技术领域

本发明涉及内燃机活塞内冷油道换热试验系统，具体是指一种可观测内燃机活塞内冷油道内冷却机油分布与换热情况的试验系统。

背景技术

随着内燃机技术的不断发展，内燃机压缩比和升功率不断提高，活塞在高温、高压、高频的工作环境下工作，活塞的热负荷越来越高。为了满足内燃机的使用要求，目前像整体内冷油腔活塞、复合材料、钢顶铝裙、整体锻钢等活塞应运而生。这些高热负荷内燃机活塞一般都采用内冷油道设计，冷却机油在油道内流动吸收活塞热量后流出，达到降低活塞温度的目的，特别是能降低活塞头部的温度。

冷却机油在内冷油道内振荡吸热对内燃机的性能有较大影响。冷却机油油道振荡冷却技术是指内燃机活塞在高热负荷工况下工作时，冷却机油在活塞的冷却机油腔中振荡起来吸收热量，达到降低活塞温度的目的。目前，对内冷油道振荡冷却技术的研究主要有以下三个方面：

一.对内冷油道的结构位置和加工工艺的研究：

对内冷油道的结构位置和加工工艺的研究的典型实例有：

1.南京林业大学张振军、陈龙发和张雪药的文章“振荡油冷活塞生产工艺的研究”中，介绍了振荡油冷活塞的技术特点，主要论述了该活塞国产化生产中内冷油道的成形技术、耐磨镶圈与活塞铭基体的镶铸技术、铸型设计及活塞毛坯的铸造与热处理等技术，并对生产材质的组织及性能进行了检测分析和研究。

2.中北大学吕彩琴、苏铁熊发表在《内燃机》2009.02第一期上的文章“活塞冷却机油腔位置对活塞强度的影响”中，采用有限元法对某型号柴油机活塞的冷却机油腔位置的两种不同的方案进行研究，分析了活塞分别在热负荷作用下、惯性力作用下、以及在惯性力和热负荷共同作用下的强度变化情况、通过对两种方案比较，表明改进后活塞第一环内的温度明显降低证明了改进设计的有效性为该型号活塞的改进设计提供了依据。

3.专利号为CN201110088218.3的文献中介绍了一种钢活塞内冷油道的成型方法，成型后的内冷油道尺寸精度高，内冷油道处活塞基体的强度高。

4.专利号CN201110373424.9的文献中介绍了一种加工活塞进油孔时的切屑液反冲排屑方法，采用切屑液反冲排屑方法，保证了活塞内冷油道的清洁，效果好、方法简单。

二.对活塞内冷油道内冷却机油换热进行仿真和有限元分析：

对活塞内冷油道内换热情况进行仿真和有限元分析的典型实例有：

1.重庆大学机械工程学院张力、申正均和张勇发表的“增压柴油机内冷油腔活塞结构分析及评价”一文中，以增庄柴油机振荡内冷却机油腔活塞非对称性结构为研究对象，构建了全活塞—活塞梢—连杆小头的有限元接触模型，分析了活塞工作条件下的导热耦合关系，确定了当量换热边界条件；进行了在机械—热负荷联合作用下的结构应力及变形分析、为直观反映温度因素对活塞结构强度的影响，提出了对活塞结构强度进行合理判断的应力—温度散点图评价方法;在此基础上对原有的活塞结构进行了改进。

2.芬兰Helsinki理工大学的研究人员利用CFD软件对缸内工作过程进行了仿真模拟计算以获得比较准确地活塞顶部的热边界条件分布。并把CFD仿真得出的结果作为FEA软件仿真计算的边界条件，对活塞进行传热与热负荷分析的流固耦合仿真模拟，得出了准确度比较高的活塞传热和热负荷分析结果。

3.美国麻省理工大学的研究者们在柴油机传热和热负荷仿真分析方面进行了研究，对缸内燃烧过程，通过建立缸内零维模型进行缸内燃烧工作过程模拟，对活塞和燃气之间进行耦合计算来研究活塞的传热和热负荷问题。

综合以上的研究分析发现，只是对活塞内冷油道位置结构、加工工艺以及利用软件仿真方面有研究，但对内冷油道冷却机油的振荡分布情况缺少直接观察。

三.对活塞冷却的仿真模拟试验装置的初步研究：

对活塞冷却的仿真模拟试验装置的初步研究的实例有：专利号为CN200910047582.8的文献中提出了一种活塞振荡冷却仿真试验装置，该试验装置包括振荡冷却试验台、仿真活塞模型、供油系统、高速摄影设备，荡冷却试验台具有高速往复运动机构和导轨。

但是该试验装置用高速往复运动机构模拟活塞运动，难以使活塞运动规律不失真，而且将摄像头安装在导轨机构上，活塞运动引起的震动对拍摄效果有很大的影响，还有拍摄角度不好，俯视拍摄活塞的顶部对了解冷却机油振荡分布情况不是很准确，不能拍摄到冷却机油振荡在截面的分布情况。

发明内容