[发明专利]一种测试活塞内冷油道冷却能力的试验台及试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种试验台及试验方法，更具体的说，尤其涉及一种测试活塞内冷油道冷却能力的试验台及试验方法。

背景技术

随着燃油机械向低排放、高强度方面的发展，对活塞的机械性能和散热效果提出了更高的要求。活塞在缸体中高速往复运动，并处于高温燃烧气体环境中，使得活塞的温度较高。为了降低活塞在工作时的温度，活塞内设置有内冷油道，通过向内冷油道内喷入冷却油液，实现对活塞的降温目的。内冷油道的形状和尺寸大小，不仅会影响活塞的散热能力，而且还会影响活塞的机械强度，因此设计出合理尺寸和形状的油道，有利于活塞长期稳定工作。

目前，活塞内冷油道的设计和实验，只能针对每一种内冷油道，设计出规范尺寸的活塞，然后将活塞装到气缸上进行实验，不仅增加了设计成本，而且也延长了实验周期。如果能在与活塞相同材质的坯料上加工出待实验的内冷油道，并让坯料模拟活塞的运动状态和工作环境，通过测试坯料上内冷油道的散热效果，将会降低实验成本和缩短实验时间。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供了一种测试活塞内冷油道冷却能力的试验台及试验方法。

本发明的测试活塞内冷油道冷却能力的试验台，包括驱动电机、燃油发动机、活塞坯料、可控喷油嘴、透明防溅罩和加热电源，驱动电机的输出轴经连接轴与燃油发动机的曲轴相连接，燃油发动机的曲轴经连杆连接有活塞；活塞坯料中设置有内冷油道，透明防溅罩为内部中空且两端开口的圆筒；其特征在于：透明防溅罩固定于活塞的下方，活塞坯料设置于透明防溅罩中，活塞坯料经固定杆与活塞相连接，活塞坯料的下方固定有与其内冷油道相通的进油管和回油管，活塞坯料的外围缠绕有加热电阻丝；可控喷油嘴固定于进油管的下方，用于向活塞坯料的内冷油道中喷入冷却油液；

所述加热电源由交流电源和可调变压器组成，透明防溅罩的内壁上沿其长度方向设置有两根电极导杆，两根电极导杆上均设置有可上下运动的导电刷；交流电源与可调变压器的输入端相连接，可调变压器的输出端分别与两根电极导杆相连接，两导电刷经导线分别与加热电阻丝的两端相连接；所述活塞坯料上设置有对其温度进行检测的温度传感器。

本发明的测试活塞内冷油道冷却能力的试验台，所述透明防溅罩的下方设置有接油盘，接油盘对使用完毕的冷却液进行存储。

本发明的测试活塞内冷油道冷却能力的试验台，所述驱动电机连接有电机控制面板，电机控制面板对驱动电机运动状态进行控制。

本发明的测试活塞内冷油道冷却能力的试验台的试验方法，通过以下步骤来实现：

a).输出电压调节，将可调变压器的输出调节至某一固定值U，以使加热电阻丝以恒定的功率P=U²/R发热，实现对活塞坯料的加热，R为加热电阻丝的阻值；

b).模拟活塞运动，启动驱动电机以带动燃油发动机的曲轴进行转动，进而使得活塞通过固定杆带动活塞坯料进行同步运动；

c).活塞坯料冷却，在活塞坯料加热和上下往复运动的过程中，通过周期性地开启可控喷油嘴向内冷油道中喷入冷却油液，以实现对活塞坯料的冷却降温；

d).计算带走热量，实验过程中，周期性地采集流入至接油盘上冷却油液的温度，设其平均值为t1；实验结束后，称量流至接油盘（19）中油液的质量，设置为m；则通过公式（1）计算冷却油液从活塞坯料的内冷油道带走的热量Q：

Q=c·m·（t1-t0）（1）

其中，c为冷却油液的比热容，t0为从可控喷油嘴喷出的冷却油液的温度；

e).判断散热是否均衡，设实验时长为T0，通过公式（2）的计算结果判断活塞坯料的吸热和散热是否均衡：

△Q=U²/R·T0-Q= U²/R·T0-c·m·（t1-t0） （2）

如果计算结果△Q的大小在合理的热量损失范围之内，则表明具有目前内冷油道结构的活塞坯料散热是均匀的；如果△Q的值过大，则表明具有目前内冷油道结构的活塞坯料散热性能不佳；

f).温度采集，在实验过程中，通过温度传感器周期性地采集活塞坯料的温度，设其温度值分别为T1、T2、…、Tn；并判断所检测的温度值是否超过了活塞坯料的最高限定温度，如果存在超过的温度值，则表明具有目前内冷油道结构的活塞坯料不满足当前发热条件下的散热；

g).可变发热功率实验，逐级增大可调变压器的输出，每增大一次均进行步骤b)至步骤f)的实验，以分析具有目前内冷油道结构的活塞坯料所能承受的最大发热范围。