[發明專利]內燃機活塞內冷油道換熱試驗系統

無效

• 申請號: 201210588682.3
• 申請日: 2012-12-31
• 公開（公告）號: CN103048141A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 錢作勤;姚志敏;程君林
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01M15/05
• 分類號: G01M15/05
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王守仁

技術領域

本發明涉及內燃機活塞內冷油道換熱試驗系統，具體是指一種可觀測內燃機活塞內冷油道內冷卻機油分布與換熱情況的試驗系統。

背景技術

隨著內燃機技術的不斷發展，內燃機壓縮比和升功率不斷提高，活塞在高溫、高壓、高頻的工作環境下工作，活塞的熱負荷越來越高。為了滿足內燃機的使用要求，目前像整體內冷油腔活塞、復合材料、鋼頂鋁裙、整體鍛鋼等活塞應運而生。這些高熱負荷內燃機活塞一般都采用內冷油道設計，冷卻機油在油道內流動吸收活塞熱量后流出，達到降低活塞溫度的目的，特別是能降低活塞頭部的溫度。

冷卻機油在內冷油道內振蕩吸熱對內燃機的性能有較大影響。冷卻機油油道振蕩冷卻技術是指內燃機活塞在高熱負荷工況下工作時，冷卻機油在活塞的冷卻機油腔中振蕩起來吸收熱量，達到降低活塞溫度的目的。目前，對內冷油道振蕩冷卻技術的研究主要有以下三個方面：

一.對內冷油道的結構位置和加工工藝的研究：

對內冷油道的結構位置和加工工藝的研究的典型實例有：

1.南京林業大學張振軍、陳龍發和張雪藥的文章“振蕩油冷活塞生產工藝的研究”中，介紹了振蕩油冷活塞的技術特點，主要論述了該活塞國產化生產中內冷油道的成形技術、耐磨鑲圈與活塞銘基體的鑲鑄技術、鑄型設計及活塞毛坯的鑄造與熱處理等技術，并對生產材質的組織及性能進行了檢測分析和研究。

2.中北大學呂彩琴、蘇鐵熊發表在《內燃機》2009.02第一期上的文章“活塞冷卻機油腔位置對活塞強度的影響”中，采用有限元法對某型號柴油機活塞的冷卻機油腔位置的兩種不同的方案進行研究，分析了活塞分別在熱負荷作用下、慣性力作用下、以及在慣性力和熱負荷共同作用下的強度變化情況、通過對兩種方案比較，表明改進后活塞第一環內的溫度明顯降低證明了改進設計的有效性為該型號活塞的改進設計提供了依據。

3.專利號為CN201110088218.3的文獻中介紹了一種鋼活塞內冷油道的成型方法，成型后的內冷油道尺寸精度高，內冷油道處活塞基體的強度高。

4.專利號CN201110373424.9的文獻中介紹了一種加工活塞進油孔時的切屑液反沖排屑方法，采用切屑液反沖排屑方法，保證了活塞內冷油道的清潔，效果好、方法簡單。

二.對活塞內冷油道內冷卻機油換熱進行仿真和有限元分析：

對活塞內冷油道內換熱情況進行仿真和有限元分析的典型實例有：

1.重慶大學機械工程學院張力、申正均和張勇發表的“增壓柴油機內冷油腔活塞結構分析及評價”一文中，以增莊柴油機振蕩內冷卻機油腔活塞非對稱性結構為研究對象，構建了全活塞—活塞梢—連桿小頭的有限元接觸模型，分析了活塞工作條件下的導熱耦合關系，確定了當量換熱邊界條件；進行了在機械—熱負荷聯合作用下的結構應力及變形分析、為直觀反映溫度因素對活塞結構強度的影響，提出了對活塞結構強度進行合理判斷的應力—溫度散點圖評價方法;在此基礎上對原有的活塞結構進行了改進。

2.芬蘭Helsinki理工大學的研究人員利用CFD軟件對缸內工作過程進行了仿真模擬計算以獲得比較準確地活塞頂部的熱邊界條件分布。并把CFD仿真得出的結果作為FEA軟件仿真計算的邊界條件，對活塞進行傳熱與熱負荷分析的流固耦合仿真模擬，得出了準確度比較高的活塞傳熱和熱負荷分析結果。

3.美國麻省理工大學的研究者們在柴油機傳熱和熱負荷仿真分析方面進行了研究，對缸內燃燒過程，通過建立缸內零維模型進行缸內燃燒工作過程模擬，對活塞和燃氣之間進行耦合計算來研究活塞的傳熱和熱負荷問題。

綜合以上的研究分析發現，只是對活塞內冷油道位置結構、加工工藝以及利用軟件仿真方面有研究，但對內冷油道冷卻機油的振蕩分布情況缺少直接觀察。

三.對活塞冷卻的仿真模擬試驗裝置的初步研究：

對活塞冷卻的仿真模擬試驗裝置的初步研究的實例有：專利號為CN200910047582.8的文獻中提出了一種活塞振蕩冷卻仿真試驗裝置，該試驗裝置包括振蕩冷卻試驗臺、仿真活塞模型、供油系統、高速攝影設備，蕩冷卻試驗臺具有高速往復運動機構和導軌。

但是該試驗裝置用高速往復運動機構模擬活塞運動，難以使活塞運動規律不失真，而且將攝像頭安裝在導軌機構上，活塞運動引起的震動對拍攝效果有很大的影響，還有拍攝角度不好，俯視拍攝活塞的頂部對了解冷卻機油振蕩分布情況不是很準確，不能拍攝到冷卻機油振蕩在截面的分布情況。

發明內容