全文摘要
本实用新型公开了一种用于控制单缸柴油机缸套温度场的装置，属于柴油机技术领域，包括套接在单缸柴油机缸套外壁的冷却套，所述冷却套设有上层冷却腔和下层冷却腔，且上层冷却腔和下层冷却腔之间不连通，所述上层冷却腔和所述下层冷却腔接入不同温度的冷却介质，用以实现所述单缸柴油机缸套轴向温度场的控制。本实用新型可明显降低柴油机全行程的摩擦功耗，增加输出功率和热效率。提高柴油机的燃油经济性、可靠性与寿命。
主设计要求
1.一种用于控制单缸柴油机缸套温度场的装置，其特征在于，包括套接在单缸柴油机缸套外壁且与所述单缸柴油机缸套相匹配的冷却套，所述冷却套设有上层冷却腔和下层冷却腔，且上层冷却腔和下层冷却腔之间不连通，所述上层冷却腔靠近所述单缸柴油机缸套的上止点，所述下层冷却腔靠近所述单缸柴油机缸套的下止点，所述上层冷却腔上具有进水口Ⅰ和出水口Ⅰ，所述下层冷却腔上具有进水口Ⅱ和出水口Ⅱ；所述上层冷却腔和所述下层冷却腔内分别通过所述进水口Ⅰ和进水口Ⅱ接入不同温度及不同流量的冷却介质，并通过所述出水口Ⅰ和出水口Ⅱ循环冷却介质，用以实现所述单缸柴油机缸套轴向温度场的控制。
设计方案
1.一种用于控制单缸柴油机缸套温度场的装置，其特征在于，包括套接在单缸柴油机缸套外壁且与所述单缸柴油机缸套相匹配的冷却套，所述冷却套设有上层冷却腔和下层冷却腔，且上层冷却腔和下层冷却腔之间不连通，所述上层冷却腔靠近所述单缸柴油机缸套的上止点，所述下层冷却腔靠近所述单缸柴油机缸套的下止点，所述上层冷却腔上具有进水口Ⅰ和出水口Ⅰ，所述下层冷却腔上具有进水口Ⅱ和出水口Ⅱ；
所述上层冷却腔和所述下层冷却腔内分别通过所述进水口Ⅰ和进水口Ⅱ接入不同温度及不同流量的冷却介质，并通过所述出水口Ⅰ和出水口Ⅱ循环冷却介质，用以实现所述单缸柴油机缸套轴向温度场的控制。
2.根据权利要求1所述的一种用于控制单缸柴油机缸套温度场的装置，其特征在于：所述冷却套的轴线与所述单缸柴油机缸套的轴线重合，且所述上层冷却腔和所述下层冷却腔的轴线均与所述冷却套的轴线重合。
3.根据权利要求1所述的一种用于控制单缸柴油机缸套温度场的装置，其特征在于：所述冷却套的底部设有多个力传感器安装槽，且所述力传感器安装槽中安装有测量单缸柴油机缸套与单缸柴油机活塞环组之间摩擦力的力传感器。
4.根据权利要求3所述的一种用于控制单缸柴油机缸套温度场的装置，其特征在于：多个所述力传感器安装槽围绕所述冷却套的轴线均匀分布。
5.根据权利要求1所述的一种用于控制单缸柴油机缸套温度场的装置，其特征在于：所述冷却套上设有多组围绕所述冷却套的轴线均匀分布的温度传感器组，且所述每组温度传感器组均包括设置在所述冷却套顶部外壁并测量所述单缸柴油机缸套顶部外表面温度的温度传感器、设置在所述冷却套底部外壁并测量所述单缸柴油机缸套底部外表面温度的温度传感器和设置在所述冷却套在所述上层冷却腔和所述下层冷却腔之间的外壁上并测量此位置缸套外表面温度的温度传感器。
6.根据权利要求1所述的一种用于控制单缸柴油机缸套温度场的装置，其特征在于：所述冷却套与所述单缸柴油机缸套之间为过盈配合，所述冷却套的上部设有多个限位顶丝。
7.根据权利要求1所述的一种用于控制单缸柴油机缸套温度场的装置，其特征在于：所述下层冷却腔的高度与所述上层冷却腔的高度比为2:1。
设计说明书
技术领域
本实用新型属于柴油机技术领域，具体地说是一种用于控制单缸柴油机缸套温度场的装置。
背景技术
近年来，柴油机的强化指标不断提高，缸套活塞环组摩擦副受到的机械载荷和热负荷随之不断增加，对柴油机缸套进行合理温度场控制十分必要。传统的柴油机缸套冷却采用整体式的无差别的风冷或水冷结构。实际上，从内燃机摩擦学角度考虑，缸套-活塞环组摩擦副在行程不同位置处于不同的润滑状态，上止点附近位置为混合润滑甚至边界润滑状态，行程中段及下止点附近位置为流体润滑状态。因此，期望在上止点附近位置控制较低温度，使得润滑油粘度更高，成膜能力更强，减少微凸体接触摩擦；而在行程中段及下止点附近位置，控制较高温度，使得润滑油粘度维持较低状态，从而减少流体剪切摩擦，在整个工作循环内降低摩擦功，提高柴油机热效率。目前已有的冷却结构无法满足上述使用要求。
实用新型内容
根据上述提出的技术问题，而提供一种用于控制单缸柴油机缸套温度场的装置。本实用新型采用的技术手段如下：
一种用于控制单缸柴油机缸套温度场的装置，包括套接在单缸柴油机缸套外壁且与所述单缸柴油机缸套相匹配的冷却套，所述冷却套设有上层冷却腔和下层冷却腔，且上层冷却腔和下层冷却腔之间不连通，所述上层冷却腔靠近所述单缸柴油机缸套的上止点，所述下层冷却腔靠近所述单缸柴油机缸套的下止点，所述上层冷却腔上具有进水口Ⅰ和出水口Ⅰ，所述下层冷却腔上具有进水口Ⅱ和出水口Ⅱ；所述上层冷却腔和所述下层冷却腔内分别通过所述进水口Ⅰ和进水口Ⅱ接入不同温度及不同流量的冷却介质，并通过所述出水口Ⅰ和出水口Ⅱ循环冷却介质，用以实现所述单缸柴油机缸套轴向温度场的控制。
所述冷却套的轴线与所述单缸柴油机缸套的轴线重合，且所述上层冷却腔和所述下层冷却腔的轴线均与所述冷却套的轴线重合。
所述冷却套的底部设有多个力传感器安装槽，且所述力传感器安装槽中安装有测量单缸柴油机缸套与单缸柴油机活塞环组之间摩擦力的力传感器。
多个所述力传感器安装槽围绕所述冷却套的轴线均匀分布。
所述冷却套上设有多组围绕所述冷却套的轴线均匀分布的温度传感器组，且所述每组温度传感器组均包括设置在所述冷却套顶部外壁并测量所述单缸柴油机缸套顶部外表面温度的温度传感器、设置在所述冷却套底部外壁并测量所述单缸柴油机缸套底部外表面温度的温度传感器和设置在所述冷却套在所述上层冷却腔和所述下层冷却腔之间的外壁上并测量此位置缸套外表面温度的温度传感器。即每组温度传感器分为上、中、下三个温度传感器。
所述冷却套与所述单缸柴油机缸套之间为过盈配合，所述冷却套的上部设有多个限位顶丝。
所述下层冷却腔的高度与所述上层冷却腔的高度比为2:1。
使用状态下：通过所述顶丝将所述冷却套套接在所述单缸柴油机缸套上，并与所述单缸柴油机缸套过盈配合，所述进水口Ⅰ、所述出水口Ⅰ、所述进水口Ⅱ和所述出水口Ⅱ分别和具有冷却介质的恒温箱连接，所述力传感器与所述单缸柴油机连接；启动单缸柴油机，直至所述单缸柴油机稳定运行；根据多个所述力传感器采集并观测不同位置的所述单缸柴油机缸套与所述单缸柴油机活塞环组之间的摩擦力大小，同时根据多个温度传感器采集并观测不同位置的所述单缸柴油机缸套的温度，进而调节进入所述上层冷却腔和所述下层冷却腔的冷却介质的温度和流量，从而调节所述单缸柴油机缸套与所述单缸柴油机活塞环组之间的润滑油的粘度及油膜厚度，最终使所述单缸柴油机缸套与所述单缸柴油机活塞环组处于最优摩擦润滑状态。
本实用新型对单缸柴油机缸套进行分区冷却，相比传统的风冷翅片和水冷套，本实用新型所提供的一种用于控制单缸柴油机缸套温度场的装置可针对单缸柴油机缸套不同位置进行分区域、分强度的冷却。在单缸柴油机缸套上止点附近位置控制较低温度，使缸套与活塞环组间润滑油膜更厚，减少微凸体接触摩擦，控制摩擦磨损；在单缸柴油机缸套中段及下止点附近位置控制较高温度，使润滑油粘度降低，减少流体剪切摩擦。
本实用新型可明显降低柴油机全行程的摩擦功耗，增加输出功率和热效率。提高柴油机的燃油经济性、可靠性与寿命。
基于上述理由本实用新型可在柴油机技术领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型具体实施方式中一种用于控制单缸柴油机缸套温度场的装置结构示意图。
图2是本实用新型具体实施方式中一种用于控制单缸柴油机缸套温度场的装置主视图。
图3是本实用新型具体实施方式中一种用于控制单缸柴油机缸套温度场的装置俯视图。
图4是本实用新型具体实施方式中使用一种用于控制单缸柴油机缸套温度场的装置的单缸柴油机缸套外壁温度场分布曲线图。
图5是本实用新型具体实施方式中使用一种用于控制单缸柴油机缸套温度场的装置的单缸柴油机缸套与单缸柴油机活塞环组之间的摩擦力曲线图。
图6是本实用新型具体实施方式中采用传统水冷套的单缸柴油机缸套与单缸柴油机活塞环组之间的摩擦力曲线图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1-图6所示，一种用于控制单缸柴油机缸套温度场的装置，包括套接在单缸柴油机缸套外壁且与所述单缸柴油机缸套相匹配的冷却套1，所述冷却套1设有上层冷却腔2和下层冷却腔3，且上层冷却腔2和下层冷却腔3之间不连通，所述上层冷却腔2靠近所述单缸柴油机缸套的上止点，所述下层冷却腔3靠近所述单缸柴油机缸套的下止点，所述上层冷却腔2上具有进水口Ⅰ21和出水口Ⅰ22，所述下层冷却腔3上具有进水口Ⅱ31和出水口Ⅱ32；所述上层冷却腔2和所述下层冷却腔3内分别通过所述进水口Ⅰ21和进水口Ⅱ31接入不同温度及不同流量的冷却介质，并通过所述出水口Ⅰ22和出水口Ⅱ32循环冷却介质，用以实现所述单缸柴油机缸套轴向温度场的控制。
所述冷却套1的轴线与所述单缸柴油机缸套的轴线重合，且所述上层冷却腔2和所述下层冷却腔3的轴线均与所述冷却套1的轴线重合。
所述冷却套1的底部设有多个力传感器安装槽11，且所述力传感器安装槽11中安装有测量单缸柴油机缸套与单缸柴油机活塞环组之间摩擦力的力传感器4。
多个所述力传感器安装槽11围绕所述冷却套1的轴线均匀分布。
所述冷却套1上设有多组围绕所述冷却套1的轴线均匀分布的温度传感器组，且所述每组温度传感器组均包括设置在所述冷却套1顶部外壁并测量所述单缸柴油机缸套顶部外表面温度的温度传感器5、设置在所述冷却套1底部外壁并测量所述单缸柴油机缸套底部外表面温度的温度传感器5和设置在所述冷却套1在所述上层冷却腔2和所述下层冷却腔3之间的外壁上并测量此位置缸套外表面温度的温度传感器5。即每组温度传感器分为上、中、下三个温度传感器5。
所述冷却套1与所述单缸柴油机缸套之间为过盈配合，所述冷却套1的上部设有多个限位顶丝6。
所述下层冷却腔3的高度与所述上层冷却腔2的高度比为2:1。
将一种用于控制单缸柴油机缸套温度场的装置安装在单缸柴油机的缸套上，单缸柴油机启动后低速低负载运行五分钟以上(视环境温度调整)，调速至1600rpm，空载工况。由恒温水柜向冷却套1内通入冷却介质，上层冷却腔2中的通入的冷却介质为10℃，通入下层冷却腔2的冷却介质为30℃，且上层冷却腔2通入冷却介质的流量为30L\/min，下层冷却腔3通入冷却介质的流量为15L\/min。监测上中下三个温度传感器5测量的温度与多个力传感器4测量的摩擦力，待缸套温度场变化趋于平稳，达到相对稳定状态，记录上中下三个温度传感器5测得的温度数据及力传感器4测得的摩擦力数据；本次试验测得的单缸柴油机缸套外壁上部温度为42℃，单缸柴油机缸套外壁中部温度为32℃，单缸柴油机缸套下部33℃，如图4所示。通过使用一种用于控制单缸柴油机缸套温度场的装置的上述操作得到缸套外壁轴向最大温差10℃。在此期间力传感器测得单缸柴油机一个工作循环的摩擦力曲线如图5所示，做功冲程上止点附近摩擦力最大值为739N，压缩冲程中段摩擦力-171N(负值代表相反方向的摩擦力)。
模拟传统水冷套无区分的温度控制方案，传统水冷套内的冷却介质温度为10℃，流量为30L\/min，测得单缸柴油机一个工作循环的摩擦力曲线如图6所示，做功冲程上止点附近位置摩擦力最大值为911N，压缩冲程中段摩擦力-190N(负值代表相反方向的摩擦力)。
通过上述对比试验的数据比对可明显看出使用一种用于控制单缸柴油机缸套温度场的装置可明显改善单缸柴油机缸套与单缸柴油机活塞环组的摩擦润滑状态。与传统整体水冷方法相比，通过对上止点附近温度控制，使得润滑油粘度更大，成膜能力更强，减少摩擦副之间的微凸体接触，上止点附近摩擦力降低18.8％；通过对行程中段及下止点附近温度的控制，使得润滑油粘度减小，降低流体剪切摩擦力，行程中段摩擦力降低10％。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920067703.4
申请日:2019-01-15
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:91(大连)
授权编号:CN209458036U
授权时间:20191001
主分类号:F02F 1/16
专利分类号:F02F1/16;F02F1/20
范畴分类:28B;27E;
申请人:大连海事大学
第一申请人:大连海事大学
申请人地址:116026 辽宁省大连市高新园区凌海路1号
发明人:徐久军;刘雨晨;王子淳;孙树德;黄若轩
第一发明人:徐久军
当前权利人:大连海事大学
代理人:唐楠;李洪福
代理机构:21212
代理机构编号:大连东方专利代理有限责任公司
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计
标签：单缸柴油机论文;