发动机台架试验的冷却设备的制作方法
【专利摘要】本发明揭示了一种发动机台架试验的冷却设备，对被测发动机以及电涡流测功机进行冷却，被测发动机安装在发动机小车中，该冷却设备包括：对发动机进行冷却的发动机冷却回路，发动机冷却回路中的介质为防冻液，发动机冷却回路包括靠近被测发动机安装的第二热交换器；对防冻液进行冷却的二级冷却回路，二级冷却回路中的介质为工业冷却水，二级冷却回路中具有水泵；对二级冷却回路中的介质进行冷却的一级冷却回路，一级冷却回路中的介质为工业冷却水；对电涡流测功机进行冷却的测功机冷却回路，测功机冷却回路与一级冷却回路共用介质。
【专利说明】发动机台架试验的冷却设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及汽车零部件的测试技术，更具体地说，涉及汽车零部件中的发动机测试技术。
【背景技术】
[0002]发动机台架试验在整车开发中占有重要的地位，是在模拟实际使用的情况下对发动机性能进行的验证测试。发动机的数据匹配和生产认可都需要经过台架认证。发动机台架试验是将发动机固定在台架上，发动机的轴与电涡流测功机连接，利用电涡流测功机模拟负载，在试验室中实现发动机在不同工况下的运行。利用电涡流测功机测量发动机功率扭矩，利用其他信号处理设备测量发动机运行中的其他参数。同时，在发动机台架试验室中还可以进行尾气排放成分，烟度等其他相关参数测量。
[0003]发动机台架试验的要求是尽量模拟整车环境。在现有的发动机台架试验中，影响试验的一个重要因素是发动机的散热问题。图1a和图1b揭示了发动机在实际使用情况下的散热结构示意图和发动机水温曲线图。在实际使用情况下，在靠近发动机202的位置设置有一个散热器204，该散热器204与发动机的冷却系统构成冷却回路，其中使用的介质是防冻液，散热器204为风冷。图1b是在实际使用情况下发动机水温随发动机转速的变化曲线图，图1b中水平基准参考线为90°C的水温。
[0004]图2a和图2b揭示了现有技术的发动机台架试验中采用的冷却结构的示意图和发动机水温曲线图。在进行发动机台架试验时，由于发动机位置固定，并且不同试验对水温要求不同，因此采用水冷热交换器代替散热器。参考图2a所示，散热器204被热交换器206取代。热交换器206设置在远离发动机202的位置，并通过管道205与发动机202的冷却系统连接。由发动机冷却系统、管道205和热交换器206的次级端所构成的循环系统中的介质为防冻液。热交换器206的初级端由进水管208和出水管210构成的水冷系统进行冷却，水冷系统中的介质为工业冷却水。工业冷却水通过热交换器206对防冻液进行冷却。在水冷系统中具有气动调节阀(PID阀)212。气动调节阀212用于根据发动机水温来调节阀开度，通过改变水冷系统中的工业冷却水的流量来调节发动机水温。由于热交换器206与发动机202之间的距离较大，与实际使用情况相比较差异较大，同时对于发动机水温的响应控制时间也比较长。因此在发动机台架试验过程中存在发动机水温波动大、大功率发动机水温控制不佳、发动机膨胀壶压力过高等问题。图2b是采用现有技术的冷却结构的发动机台架试验过程中的发动机水温曲线图。与图1b相比较，图2b的发动机水温波动显著增大，因此与实际使用情况存在较大差异。图2b中水平基准参考线也为90°C的水温。
[0005]在发动机台架试验中，通常会使用发动机小车来作为台架，发动机安装在发动机小车中。小车能够移动，因此小车能够携带发动机在不同的实验室中转移。参考图3所示，图3揭示了现有技术中利用发动机小车作为台架的发动机台架试验设备的结构图。被测发动机302安装在发动机小车304上，电涡流测功机306与发动机的轴连接。被测发动机302的冷却系统的出液口和进液口通过连接管道308连接到热交换器310的次级端的进液口和出液口，在连接管道308中设置有必要的接口 307和球阀309。上述的部件构成对发动机进行冷却的循环系统，其中的介质为防冻液。需要注意的是，电涡流测功机306在工作过程中也需要进行冷却，在图3所示的现有技术中，电涡流测功机306与被测发动机302使用同一套冷却系统进行冷却，被测发动机302与电涡流测功机306需要共用和分配介质。热交换器310的初级端的进液口和出液口分别连接到进水管312和出水管314，管道中设置有必要的球阀313和气动调节阀(PID阀)316。上述的结构构成对防冻液进行冷却的水冷系统，其中的介质为工业冷却水。在图3所示的实施例中，水冷系统被埋在地面之下，其中的连接管道使用镀锌钢管。由于电涡流测功机与发动机共用一套冷却回路，需要共享介质，因此经常出现电涡流测功机介质流量不够的问题，电涡流测功机的进出水温度较高，不利于电涡流测功机的使用寿命。
【发明内容】
[0006]本发明旨在提出一种适合发动机台架试验的冷却设备，一方面更加接近实际使用情况，另一方面发动机和电涡流测功机使用不同的冷却系统。
[0007]根据本发明的一实施例，提出一种发动机台架试验的冷却设备，对被测发动机以及电涡流测功机进行冷却，被测发动机安装在发动机小车中，该冷却设备包括:
[0008]对发动机进行冷却的发动机冷却回路，发动机冷却回路中的介质为防冻液，发动机冷却回路包括靠近被测发动机安装的第二热交换器；
[0009]对防冻液进行冷却的二级冷却回路，二级冷却回路中的介质为工业冷却水，二级冷却回路中具有水泵；
[0010]对二级冷却回路中的介质进行冷却的一级冷却回路，一级冷却回路中的介质为工业冷却水；
[0011]对电涡流测功机进行冷却的测功机冷却回路，测功机冷却回路与一级冷却回路共用介质。
[0012]在一个实施例中，二级冷却回路包括:
[0013]安装在第二热交换器的初级端的进液口和出液口的第一快速接头；
[0014]固定在地面上的第二快速接头；
[0015]导管，导管的一端连接到第一快速接头，导管的另一端连接到第二快速接头；
[0016]第一热交换器，第一热交换器的次级端的进液口和出液口与第二快速接头连接；
[0017]水泵，设置在第二快速接头与第一热交换器之间；
[0018]第二热交换器、第一快速接头、导管、第二快速接头、第一热交换器和水泵共同构成二级冷却回路。
[0019]在一个实施例中，二级冷却回路还包括:
[0020]安装在回路中的第二气动调节阀，第二气动调节阀根据发动机水温控制阀开度；
[0021]储水罐，储水罐中存储工业冷却水；
[0022]储水罐出水管，连接储水罐和二级冷却回路，储水罐出水管将储水罐中的工业冷却水补充到二级冷却回路中；
[0023]储水罐进水管，连接储水罐和一级冷却回路，储水罐进水管将一级冷却回路中的工业冷却水补充到储水罐中；
[0024]安装在回路中的球阀。
[0025]在一个实施例中，第二快速接头和储水罐位于地面上方。水泵、第一热交换器和第二气动调节阀位于地面下方。
[0026]在一个实施例中，第一热交换器的初级端的进水口和出水口分别与进水总管和出水总管连接，构成一级冷却回路。一级冷却回路中还包括安装在回路中的第一气动调节阀，第一气动调节阀根据发动机水温控制阀开度。安装在回路中的球阀。
[0027]在一个实施例中，一级冷却回路位于地面下方。导管是橡胶软管。二级冷却回路中位于地面下方的部分和一级冷却回路采用镀锌钢管。
[0028]在一个实施例中，电涡流测功机的冷却系统的进液口和出液口分别连接到测功机进水管和测功机出水管，测功机进水管与进水总管连通，测功机出水管与出水总管连通，构成测功机冷却回路。
[0029]在一个实施例中，储水罐进水管与进水总管连通。
[0030]在一个实施例中，被测发动机在发动机小车上被弹性支撑。第二热交换器安装在发动机小车的底部，位于被测发动机的下方，第二热交换器的次级端的进液口和出液口分别与被测发动机的冷却系统的出液口和进液口连通，构成发动机冷却回路。
[0031]本发明的发动机台架试验的冷却设备在靠近发动机的位置处增加了一个热交换器，使得发动机的散热状态更加接近实际使用状况。该冷却设备采用两级冷却回路对防冻液进行冷却，并在冷却回路中增加水泵和补水管路，使得冷却过程更加可控。该冷却设备还将电涡流测功机的冷却回路与发动机冷却系统分离，电涡流测功机由一级冷却回路进行冷却，确保电涡流测功机的冷却水流量充足，以延长电涡流测功机的使用寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中:
[0033]图1a揭示了发动机在实际使用情况下的散热结构示意图。
[0034]图1b揭示了发动机在实际使用情况下的发动机水温曲线图。
[0035]图2a揭示了现有技术的发动机台架试验中采用的冷却结构的示意图。
[0036]图2b揭示了采用图2a所示的现有技术的发动机台架试验中的发动机水温曲线图。
[0037]图3揭示了现有技术中利用发动机小车作为台架的发动机台架试验设备的结构图。
[0038]图4a揭示了根据本发明的一实施例的发动机台架试验的冷却设备的示意图。
[0039]图4b揭示了采用图4a所示的冷却设备的发动机台架试验中的发动机水温曲线图。
[0040]图5揭示了根据本发明的一实施例的发动机台架试验的冷却设备的结构图。
[0041]图6a和图6b揭示了同等工况下采用现有技术的冷却结构和本发明的冷却设备的发动机台架试验中的实测发动机水温曲线图。
【具体实施方式】
[0042]首先参考图4a和图4b，图4a和图4b揭示了根据本发明的一实施例的发动机台架试验的冷却设备的示意图和发动机水温曲线图。参考图4a所示，与图2a相比较，本发明在靠近被测发动机101的位置增加了第二热交换器103，第二热交换器103的位置与图1a中的散热器204接近，因此被测发动机101的散热环境更加接近实际使用情况。被测发动机101与第二热交换器103的次级端构成发动机冷却回路，其中使用防冻液作为介质，发动机冷却回路的工作状态与发动机的实际使用情况接近。第二热交换器103的初级端与第一热交换器110的次级端构成二级冷却回路，二级冷却回路对防冻液进行冷却，二级冷却回路中使用的介质为供液冷却水。二级冷却回路中具有水泵108，水泵108能控制二级冷却回路中的冷却水的流量。第一热交换器110的初级端和进水总管115、出水总管114共同构成一级冷却回路。一级冷却回路对二级冷却回路中的冷却水进行冷却，一级冷却回路中的介质同样为工业冷却水。一级冷却回路中具有第一气动调节阀(PID阀)112。第一气动调节阀112用于根据发动机水温来调节阀开度。下面会详细描述，本发明在二级冷却回路中还具有第二气动调节阀118。两级冷却回路具有各自的气动调节阀，一方面使得流量控制更加精确，另一方面在其中某一个气动调节阀失效时，依旧可以进行根据发动机水温进行流量调节。参考图4b所示，本发明由于在靠近被测发动机101的位置增加了第二热交换器103，并且采用了两级冷却回路来解决冷却回路距离过长的问题，使得发动机的散热效果更加接近实际使用情况，图4b的发动机水温曲线与图1b更加接近，水温波动也比较小，图4b中水平基准参考线也为90°C的水温。
[0043]参考图5所示，图5揭示了根据本发明的一实施例的发动机台架试验的冷却设备的结构图。在图5所示的实施例中，采用发动机小车102作为台架，被测发动机101安装在发动机小车102中。小车能够移动并携带发动机在不同的实验室中转移。如图5所示，该发动机台架试验的冷却设备对被测发动机101以及电涡流测功机122进行冷却，被测发动机101安装在发动机小车102中，被测发动机101在发动机小车102上被弹性支撑。被测发动机101在发动机小车102中的安装方式与发动机在整车中的安装方式相同，因此可以很好地模拟整车的使用环境。
[0044]该冷却设备包括四个冷却回路，分别是:
[0045]对发动机101进行冷却的发动机冷却回路，发动机冷却回路中的介质为防冻液，发动机冷却回路包括靠近被测发动机101安装的第二热交换器103 ;
[0046]对防冻液进行冷却的二级冷却回路，二级冷却回路中的介质为工业冷却水，二级冷却回路中具有水泵108 ；
[0047]对二级冷却回路中的介质进行冷却的一级冷却回路，一级冷却回路中的介质为工业冷却水；
[0048]对电涡流测功机122进行冷却的测功机冷却回路，测功机冷却回路与一级冷却回路共用介质。
[0049]具体而言，第二热交换器103安装在发动机小车102的底部，位于被测发动机101的下方，第二热交换器103的次级端的进液口和出液口分别与被测发动机101的冷却系统的出液口和进液口连通，构成发动机冷却回路。发动机冷却回路中使用防冻液作为介质。
[0050]二级冷却回路由如下的部件构成:
[0051]安装在第二热交换器103的初级端的进液口和出液口的两个第一快速接头104 ；
[0052]固定在地面上的两个第二快速接头106 ；
[0053]两根导管105，两根导管105的一端分别连接到两个第一快速接头104，两根导管105的另一端分别连接到两个第二快速接头106 ；
[0054]第一热交换器110，第一热交换器110的次级端的进液口和出液口与两个第二快速接头106连接；
[0055]水泵108，水泵108设置在二级冷却回路中，通常设置在第二快速接头106与第一热交换器110的次级端之间；
[0056]第二热交换器103的初级端的进液口和出液口、两个第一快速接头104、两根导管105、两个第二快速接头106、第一热交换器110次级端的进液口和出液口、以及水泵108共同构成二级冷却回路。水泵108用于驱动二级冷却回路中的冷却水的流动。
[0057]在本发明中，考虑到二级冷却回路中没有冷却水的补给，因此在二级冷却回路中还设置了储水罐121，储水罐121中存储工业冷却水。储水罐出水管120连接储水罐121和二级冷却回路，储水罐出水管120将储水罐121中的工业冷却水补充到二级冷却回路中。储水罐进水管119连接储水罐121和一级冷却回路，储水罐进水管119将一级冷却回路中的工业冷却水补充到储水罐121中。在图示的实施例中，储水罐进水管119与进水总管115连通。
[0058]继续参考图5所示，该二级冷却回路还包括安装在回路中的第二气动调节阀(PID阀)118，第二气动调节阀118根据发动机水温控制阀开度。二级冷却回路中的第二气动调节阀118的功能和工作原理与一级冷却回路中的第一气动调节阀112相同，设置第二气动调节阀118的原因是使得一级冷却回路和二级冷却回路分别由独立的气动调节阀进行流量控制，一方面使得流量控制更加精确，另一方面，当其中某一个气动调节阀出现故障时，另一个气动调节阀依旧可以正常工作，确保基本的流量调节功能。
[0059]在二级冷却回路中还包括球阀107，球阀起到开关的作用，在需要进行开关控制的地方都会安装球阀。
[0060]两个第一快速接头104安装在发动机小车102上。两个第二快速接头106和储水罐121布置在地面上方。水泵108、第一热交换器110和第二气动调节阀118埋于位于地面下方。导管105是橡胶软管。二级冷却回路中位于地面下方的部分采用镀锌钢管作为管道。
[0061]继续参考图5所示，第一热交换器110的初级端的进水口和出水口分别与进水总管115和出水总管114连接，构成一级冷却回路。一级冷却回路中还包括安装在回路中的第一气动调节阀(PID阀)112，第一气动调节阀112根据发动机水温控制阀开度，调节一级冷却回路中的冷却水的流量。一级冷却回路中也包括球阀111，球阀111安装在需要进行开关控制的位置。一级冷却回路埋于地面下方。一级冷却回路采用镀锌钢管作为管道。
[0062]电涡流测功机122的冷却系统的进液口和出液口分别连接到测功机进水管116和测功机出水管117。测功机进水管116与进水总管115连通，测功机出水管117与出水总管114连通，构成测功机冷却回路。测功机冷却回路中使用的介质为工业冷却水。测功机冷却回路直接从进水总管115获得冷却水，不再与发动机的冷却系统共享冷却水，因此测功机冷却回路中的冷却水的流量得到保证，不会出现由于冷却水不足而引起的温度过高问题，有利于电涡流测功机使用寿命的延长。
[0063]图6a和图6b揭示了同等工况下采用现有技术的冷却结构和本发明的冷却设备的发动机台架试验中的实测发动机水温曲线图。图6a是采用现有技术的冷却结构的发动机水温曲线图，图6b是采用本发明的冷却设备的发动机水温曲线图。可见图6b的水温波动相对于图6a显著减小。
[0064]本发明的发动机台架试验的冷却设备在靠近发动机的位置处增加了一个热交换器，使得发动机的散热状态更加接近实际使用状况。该冷却设备采用两级冷却回路对防冻液进行冷却，并在冷却回路中增加水泵和补水管路，使得冷却过程更加可控。该冷却设备还将电涡流测功机的冷却回路与发动机冷却系统分离，电涡流测功机由一级冷却回路进行冷却，确保电涡流测功机的冷却水流量充足，以延长电涡流测功机的使用寿命。
[0065]上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
【权利要求】
1.一种发动机台架试验的冷却设备，对被测发动机(101)以及电涡流测功机(122)进行冷却，其特征在于，被测发动机(101)安装在发动机小车(102)中，该冷却设备包括: 对发动机(101)进行冷却的发动机冷却回路，发动机冷却回路中的介质为防冻液，发动机冷却回路包括靠近被测发动机(101)安装的第二热交换器(103); 对防冻液进行冷却的二级冷却回路，二级冷却回路中的介质为工业冷却水，二级冷却回路中具有水泵(108)； 对二级冷却回路中的介质进行冷却的一级冷却回路，一级冷却回路中的介质为工业冷却水； 对电涡流测功机(122)进行冷却的测功机冷却回路，测功机冷却回路与一级冷却回路共用介质。
2.如权利要求1所述的发动机台架试验的冷却设备，其特征在于，所述二级冷却回路包括: 安装在第二热交换器(103)的初级端的进液口和出液口的第一快速接头(104)； 固定在地面上的第二快速接头(106); 导管(105)，导管(105)的一端连接到第一快速接头(104)，导管(105)的另一端连接到第二快速接头(106)； 第一热交换器(110)，第一热交换器(110)的次级端的进液口和出液口与第二快速接头(106)连接； 水泵(108)，设置在第二快速接头(106)与第一热交换器(110)之间； 第二热交换器(103)、第一快速接头(104)、导管(105)、第二快速接头(106)、第一热交换器(110)和水泵(108)共同构成二级冷却回路。
3.如权利要求2所述的发动机台架试验的冷却设备，其特征在于，所述二级冷却回路还包括: 安装在回路中的第二气动调节阀(118)，第二气动调节阀(118)根据发动机水温控制阀开度； 储水罐(121)，储水罐(121)中存储工业冷却水； 储水罐出水管(120)，连接储水罐(121)和二级冷却回路，储水罐出水管(120)将储水罐(121)中的工业冷却水补充到二级冷却回路中； 储水罐进水管(119)，连接储水罐(121)和一级冷却回路，储水罐进水管(119)将一级冷却回路中的工业冷却水补充到储水罐(121)中； 安装在回路中的球阀。
4.如权利要求3所述的发动机台架试验的冷却设备，其特征在于， 所述第二快速接头(106)和储水罐(121)位于地面上方； 所述水泵(108)、第一热交换器(110)和第二气动调节阀(118)位于地面下方。
5.如权利要求3所述的发动机台架试验的冷却设备，其特征在于， 所述第一热交换器(110)初级端的进水口和出水口分别与进水总管(115)和出水总管(114)连接，构成一级冷却回路； 所述一级冷却回路中还包括: 安装在回路中的第一气动调节阀(112)，第一气动调节阀(112)根据发动机水温控制阀开度； 安装在回路中的球阀。
6.如权利要求5所述的发动机台架试验的冷却设备，其特征在于， 所述一级冷却回路位于地面下方； 所述导管(105)是橡胶软管； 二级冷却回路中位于地面下方的部分和一级冷却回路采用镀锌钢管。
7.如权利要求5所述的发动机台架试验的冷却设备，其特征在于， 电涡流测功机(122)的冷却系统的进液口和出液口分别连接到测功机进水管(116)和测功机出水管(117)，测功机进水管(116)与进水总管(115)连通，测功机出水管(117)与出水总管(114)连通，构成测功机冷却回路。
8.如权利要求5所述的发动机台架试验的冷却设备，其特征在于， 储水罐进水管(119)与进水总管(115)连通。
9.如权利要求1所述的发动机台架试验的冷却设备，其特征在于， 被测发动机(101)在发动机小车(102)上被弹性支撑； 第二热交换器(103)安装在发动机小车(102)的底部，位于被测发动机(101)的下方，第二热交换器(103)的次级端的进液口和出液口分别与被测发动机(101)的冷却系统的出液口和进液口连通，构成发动机冷却回路。
【文档编号】G01M15/02GK104483134SQ201410801909
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月18日 优先权日:2014年12月18日
【发明者】朱海兵, 管益峰, 孙柯伟, 王泽众 申请人:上海大众汽车有限公司