一种冷热冲击试验系统的制作方法

本实用新型涉及发动机技术领域，尤其涉及一种冷热冲击试验系统。

背景技术：

近年来，随着发动机技术的不断进步，发动机由最初的自然吸气发动机发展成现在诸如涡轮增压发动机、缸内直喷发动机等多种类型，随着发动机性能的不断提高，发动机对应需要面对工况也更加恶劣，因此，厂家对于发动机的机械负荷和热负荷的要求也更加严格。发动机的可靠性作为发动机的一个重要质量指标，愈发受到人们的重视，可靠性对于发动机运行的经济性和安全性具有重要意义。

目前，行业内针对发动机的可靠性试验多数是在常规的条件下，通过给定的试验程序往复试验得到一个疲劳累积来验证其可靠性。然而，我国地域辽阔，南北的气候条件大为不同，相同产品所面临的环境工况也不同，现有的试验系统无法满足发动机在不同冷热工况下的可靠性测试要求。

技术实现要素：

本实用新型提供一种冷热冲击试验系统，以解决现发动机的可靠性试验系统无法满足发动机在不同冷热工况下的可靠性测试要求的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种冷热冲击试验系统，应用于发动机，所述冷热冲击试验系统包括控制器、深度冷循环组件、冷循环组件、热循环组件、切换组件和循环回路，所述循环回路与所述发动机的水套连通，所述切换组件与所述控制器连接，所述深度冷循环组件中的第一冷却液储液罐、所述冷循环组件中的第二冷却液储液罐和所述热循环组件中的第三冷却液储液罐均通过管路与所述循环回路连通，设置于所述管路上的所述切换组件能够使所述发动机的水套与所述第一冷却液储液罐或所述第二冷却液储液罐或所述第三冷却液储液罐连通。

可选的，所述第一冷却液储液罐的入口通过第一管路与所述循环回路连通，所述深度冷循环组件还包括制冷机组，所述制冷机组与所述第一冷却液储液罐连通，所述制冷机组的出口通过第二管路与所述循环回路连通。

可选的，所述切换组件包括分别设置于所述第一管路内和所述第二管路内的第一电磁阀组。

可选的，所述第二冷却液储液罐的入口通过第三管路与所述循环回路连通，所述冷循环组件还包括换热机组，所述换热机组与所述第二冷却液储液罐连通，所述换热机组的出口通过第四管路与所述循环回路连通。

可选的，所述切换组件包括分别设置于所述第三管路内和所述第四管路内的第二电磁阀组。

可选的，所述第三冷却液储液罐的入口通过第五管路与所述循环回路连通，所述热循环组件还包括加热机组，所述加热机组与所述第三冷却液储液罐连通，所述加热机组的出口通过第六管路与所述循环回路连通。

可选的，所述切换组件包括分别设置于所述第五管路内和所述第六管路内的第三电磁阀组。

可选的，所述冷热冲击试验系统还包括控温组件，所述控温组件包括相互连通的加热器和换热器，所述加热器的入口和所述换热器的出口均与所述循环回路连通。

可选的，所述冷热冲击试验系统还包括水箱，所述水箱与所述循环回路连通。

可选的，所述冷热冲击试验系统还包括流量调节阀，所述流量控制阀与所述控制器连接，所述流量调节阀设置于所述循环回路中，能够调整所述循环回路内冷却液的流量。

本实用新型提供的冷热冲击试验系统，包括控制器、深度冷循环组件、冷循环组件、热循环组件、切换组件和循环回路，所述循环回路与所述发动机的水套连通，所述切换组件与所述控制器连接，所述深度冷循环组件中的第一冷却液储液罐、所述冷循环组件中的第二冷却液储液罐和所述热循环组件中的第三冷却液储液罐均通过管路与所述循环回路连通，设置于所述管路上的所述切换组件能够使所述发动机的水套与所述第一冷却液储液罐或所述第二冷却液储液罐或所述第三冷却液储液罐连通。由此，温度各不相同的第一冷却液储液罐内的冷却液、第二冷却液储液罐内的冷却液和第三冷却液储液罐内的冷却液均能够单独通过循环回路进入发动机的水套中，从而满足发动机在不同冷热工况下的测试要求，便于测试发动机在不同冷热工况下的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一实施例提供的冷热冲击试验系统的结构示意图。

具体实施方式

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作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。

请参阅图1，为本实用新型一实施例提供的冷热冲击试验系统的结构示意图。本实用新型实施例提供的冷热冲击试验系统，应用于发动机200，所述冷热冲击试验系统包括控制器110、深度冷循环组件120、冷循环组件130、热循环组件140、切换组件和循环回路160，所述循环回路160与所述发动机200的水套连通，所述切换组件与所述控制器110连接，所述深度冷循环组件120中的第一冷却液储液罐121、所述冷循环组件130中的第二冷却液储液罐131和所述热循环组件140中的第三冷却液储液罐141均通过管路与所述循环回路160连通，设置于所述管路上的所述切换组件能够使所述发动机200的水套与所述第一冷却液储液罐121或所述第二冷却液储液罐131或所述第三冷却液储液罐141连通。

深度冷循环组件120包括第一冷却液储液罐121，其中，第一冷却液储液罐121内储存的冷却液的温度处于-30～-15℃之间，第一冷却液储液罐121内的冷却液通过循环回路160进入发动机200的水套内，从而作为发动机200在遇到极端低温工况下的模拟，在极端低温工况下对发动机200进行起动并迅速加速到较高的功率，以对发动机200的各方面进行考核试验。本实施例中，第一冷却液储液罐121的容量为1.5m³。

冷循环组件130包括第二冷却液储液罐131，其中，第二冷却液储液罐131内储存的冷却液的温度处于15～38℃之间，第二冷却液储液罐131内的冷却液通过循环回路160进入发动机200的水套内，从而作为发动机200在遇到低温工况下的模拟，在低温工况下对发动机200的各方面进行考核试验。本实施例中，第二冷却液储液罐131的容量为0.6m³。

热循环组件140包括第三冷却液储液罐141，其中，第三冷却液储液罐141内储存的冷却液的温度处于70～140℃之间，第三冷却液储液罐141内的冷却液通过循环回路160进入发动机200的水套内，从而作为发动机200在遇到高温工况下的模拟，在高温工况下对发动机200的各方面进行考核试验。本实施例中，第三冷却液储液罐141的容量为0.6m³。

深度冷循环组件120、冷循环组件130和热循环组件140均通过管路与循环通道连通，切换组件分别设置于管路上，用于控制深度冷循环组件120与循环回路160的连通和断开，控制冷循环组件130与循环回路160的连通和断开，控制热循环组件140与循环回路160的连通和断开。

本实用新型实施例中，切换组件控制深度冷循环组件120、冷循环组件130和热循环组件140中的一个与循环回路160连通，例如：深度冷循环组件120与循环回路160连通时，冷循环组件130和热循环组件140均与循环回路160断开。通过控制器110控制切换组件，能够调整发动机200处于极端低温工况、低温工况或高温工况下。

本实施例中，发动机200、深度冷循环组件120、冷循环组件130和热循环组件140中均设有循环泵，以提高循环回路160中冷却液的循环可靠性。进一步地，循环泵为变频水泵。

温度各不相同的第一冷却液储液罐121内的冷却液、第二冷却液储液罐131内的冷却液和第三冷却液储液罐141内的冷却液均能够单独通过循环回路160进入发动机200的水套中，从而满足发动机200在不同冷热工况下的测试要求，便于测试发动机200在不同冷热工况下的可靠性。

可选的，所述第一冷却液储液罐121的入口通过第一管路151与所述循环回路160连通，所述深度冷循环组件120还包括制冷机组122，所述制冷机组122与所述第一冷却液储液罐121连通，所述制冷机组122的出口通过第二管路152与所述循环回路160连通。

本实施例中，制冷机组122还包括进水口和出水口，用于从外界水源接收和排出水流，制冷机组122用于对第一冷却液储液罐121内的冷却液进行吸热，并将吸收的热量通过出水口排出，使第一冷却液储液罐121内的冷却液处于-30～-15℃之间，其中，制冷机组122的运行功率为60KW。

如图1所示，第一冷却液储液罐121内的冷却液经制冷机组122吸热后从第二管路152进入循环回路160，再沿循环回路160进入发动机200的水套内，从发动机200的水套流出的冷却液经第一管路151流回第一冷却液储液罐121，从而发动机200的水套、循环回路160和深度冷循环组件120之间形成循环，使发动机200处于极端低温工况下。

进一步地，深度冷循环组件120还包括两端分别连通第一管路151和第二管路152的自循环管道，所述自循环管道内设有单向阀，在深度冷循环组件120与循环回路160断开时，第二管路152内的冷却液通过自循环管道流回第一管路151，制冷机组122维持第一冷却液储液罐121内储存的冷却液的温度处于-30～-15℃之间。

其中，切换组件包括分别设置于所述第一管路151内和所述第二管路152内的第一电磁阀组。控制器110控制第一电磁阀组打开，则深度冷循环组件120与循环回路160连通，控制器110控制第一电磁阀组关闭，则深度冷循环组件120与循环回路160断开。

可选的，所述第二冷却液储液罐131的入口通过第三管路153与所述循环回路160连通，所述冷循环组件130还包括换热机组132，所述换热机组132与所述第二冷却液储液罐131连通，所述换热机组132的出口通过第四管路154与所述循环回路160连通。

本实施例中，换热机组132还包括进水口和出水口，用于从外界水源接收和排出水流，换热机组132用于对第二冷却液储液罐131内的冷却液进行换热，使第二冷却液储液罐131内的冷却液处于15～38℃之间。

如图1所示，第二冷却液储液罐131内的冷却液经换热机组132换热后从第四管路154进入循环回路160，再沿循环回路160进入发动机200的水套内，从发动机200的水套流出的冷却液经第三管路153流回第二冷却液储液罐131，从而发动机200的水套、循环回路160和冷循环组件130之间形成循环，使发动机200处于低温工况下。

进一步地，冷循环组件130还包括两端分别连通第三管路153和第四管路154的自循环管道，所述自循环管道内设有单向阀，在冷循环组件130与循环回路160断开时，第四管路154内的冷却液通过自循环管道流回第三管路153，换热机组132维持第二冷却液储液罐131内储存的冷却液的温度处于15～38℃之间。

其中，切换组件包括分别设置于所述第三管路153内和所述第四管路154内的第二电磁阀组。控制器110控制第二电磁阀组打开，则冷循环组件130与循环回路160连通，控制器110控制第二电磁阀组关闭，则冷循环组件130与循环回路160断开。

可选的，所述第三冷却液储液罐141的入口通过第五管路155与所述循环回路160连通，所述热循环组件140还包括加热机组，所述加热机组与所述第三冷却液储液罐141连通，所述加热机组的出口通过第六管路156与所述循环回路160连通。

本实施例中，加热机组设置于第三冷却液储液罐141内，用于对第三冷却液储液罐141内的冷却液进行加热，使第三冷却液储液罐141内的冷却液处于70～140℃，故本实施例中，第六管路156与第三冷却液储液罐141的出口连通。

如图1所示，第三冷却液储液罐141内的冷却液经加热机组加热后从第六管路156进入循环回路160，再沿循环回路160进入发动机200的水套内，从发动机200的水套流出的冷却液经第五管路155流回第三冷却液储液罐141，从而发动机200的水套、循环回路160和热循环组件140之间形成循环，使发动机200处于高温工况下。

进一步地，热循环组件140还包括两端分别连通第五管路155和第六管路156的自循环管道，所述自循环管道内设有单向阀，在热循环组件140与循环回路160断开时，第六管路156内的冷却液通过自循环管道流回第五管路155，加热机组维持第三冷却液储液罐141内储存的冷却液的温度处于70～140℃之间。

其中，切换组件包括分别设置于所述第五管路155内和所述第六管路156内的第三电磁阀组。控制器110控制第三电磁阀组打开，则热循环组件140与循环回路160连通，控制器110控制第三电磁阀组关闭，则热循环组件140与循环回路160断开。

进一步地，所述冷热冲击试验系统还包括控温组件170，所述控温组件170包括相互连通的加热器171和换热器172，所述加热器的171入口和所述换热器172的出口均与所述循环回路连通。

加热器171用于在需要升高循环回路160内的冷却液时，对循环回路160内的冷却液进行加热，换热器172用于在需要降低循环回路160内的冷却液时，对循环回路160内的冷却液进行吸热，从而控温组件170实现对循环回路160内的冷却液的温度控制。

另外，所述冷热冲击试验系统还包括水箱，所述水箱与所述循环回路160连通。在将发动机200从极端低温工况切换到高温工况时，由于热胀冷缩导致循环回路160内的冷却液体积增加，通过水箱收容部分循环回路160内的冷却液，确保冷却液在循环回路160中的正常流动。

本实用新型实施例中，发动机200处于高温工况时的温度大于130℃，此时冷却液采用纯度为90～100％的乙二醇溶液，从而能够使发动机200处于高温工况时，冷却液始终处于液态且压力小于1.5bar。

可选的，所述冷热冲击试验系统还包括流量调节阀，所述流量控制阀与所述控制器110连接，所述流量调节阀设置于所述循环回路160中，能够调整所述循环回路160内冷却液的流量。

另外，为确保控制器110对切换组件的快速控制，可以采用可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，简称PLC)。为了解发动机200出口的冷却液温度和机油温度，在发动机200出口处设有温度计。

本实用新型实施例提供的冷热冲击试验系统主要用于测试发动机内气缸盖垫片的可靠性，在试验中，发动机会在极低的温度下起动并会在较短时间内加速到高转速、高功率，这种操作导致燃烧室周围的组件受到高的热负荷冲击。此外，因为缸盖及机体有不同的热传导率及不同的热扩散率，这种冲击试验会导致缸盖及机体之间承受高的交变振动冲击，而缸盖及机体之间的关联振动必须靠气缸垫片来均衡以减轻振动的影响，通过试验能够考核气缸盖垫片的可靠性和密封性。

具体的，对发动机200进行常规冷热冲击试验可参照表1。

表1 常规冷热冲击试验规范

本试验的主要用于考察发动机在冷热循环交替变化的情况下，发动机缸盖、缸体的变形情况、缸垫的密封情况，同时在标准作业程序(Standard OperatingProcedure，简称SOP)前考察制造过程，主要针对缸盖螺栓的拧紧等。

对发动机200的机械开发冷热冲击试验可参考表2。

表2 机械开发冷热冲击试验

每个循环历时6分钟，共运行2000个循环，运行总时间为200小时。

本试验主要考查发动机在极限水温条件下零部件的运行情况。比如：缸盖的变形量、缸体的变形量、汽缸垫片的密封性、缸筒的磨损量等等。

对发动机200的机械开发润滑系统功能试验可参考表3。

表3 机械开发润滑系统功能试验

步骤一：在三种不同机油温度和机油压力情况下，针对带有机油冷却装置的原机油回路测量机油压力；

步骤二：在是那种不同机油温度和机油压力情况下，测量机油体积流量。可以用铝制转换头代替机油冷却装置，以形成一个包括流量测试装置的机油回路。

本试验主要考察发动机在不同转速情况下，润滑系统性的各项参数、性能。

发动机冷启动试验的步骤包括：

步骤一：油底壳内机油温度、冷却液温度达到-30℃时，启动发动机200并迅速提速到6000r/min。维持该转速一直到发动机200出口处冷却液的温度为80℃，继续运行2min，缓慢停机。

一次试验内重复步骤一30次。

本试验主要考察发动机在极端低温工况下发动机的启动性能。

发动机深度冷热冲击试验的步骤包括：

步骤一：发动机停机冰循环，本阶段运行大约5分钟(发动机停机)，发动机出水温度要达到(-30±2)℃。

步骤二：发动机怠速工况冷循环，本阶段运行大约3分钟(发动机启动运行)，发动机出水温度不控制。

步骤三：发动机标定点工况热循环阶段，本阶段运行大约15分钟(发动机继续运行)，发动机出水温度控制在(105±3)℃。

步骤四：发动机怠速工况冷循环，本阶段运行大约2分钟(发动机启动运行)，发动机出水温度要控制在(30±3)℃。

步骤五：发动机停机冷循环阶段，本阶段运行大约3分钟(发动机停机)，发动机出水温度不控制。

步骤六：发动机怠速工况冷循环，本阶段运行大约3分钟(发动机启动运行)，发动机出水温度要控制在(30±3)℃。

步骤七：发动机标定点工况热循环阶段，本阶段运行大约15分钟(发动机继续运行)，发动机出水温度控制在(105±3)℃。

步骤八：发动机怠速工况冷循环：本阶段运行大约2分钟(发动机启动运行)，发动机出水温度要控制在(30±3)℃。

步骤九：发动机停机冷循环阶段：本阶段运行大约3分钟(发动机停机)，发动机出水温度不控制。

从步骤一至步骤九一整个循环试验需耗时51分钟。

本试验主要用于考核发动机在极度冷热变化情况下，气缸垫片在极限条件下的密封性和可靠性，也可以考核和研究发动机各个主要零部件在极度冷热变化情况下的机械强度和可靠性。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。