[发明专利]一种内燃机活塞内冷却油震荡性能测试装置及方法

说明书

本发明属于内燃机领域，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。

技术领域

本发明属于内燃机领域，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。

背景技术

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。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明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，按照本发明的一个方面，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：