本發(fā)明專(zhuān)利涉及發(fā)動(dòng)機(jī)及測(cè)試相關(guān)，更具體地，涉及一種內(nèi)燃機(jī)活塞溫度測(cè)量。

背景技術(shù)：

1、內(nèi)燃機(jī)是將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的動(dòng)力設(shè)備，其結(jié)構(gòu)緊湊、輸出功率大、穩(wěn)定可靠，是熱效率最高的移動(dòng)動(dòng)力裝置，被廣泛應(yīng)用于車(chē)輛、船舶等各個(gè)領(lǐng)域。在內(nèi)燃機(jī)中，活塞作為一個(gè)“心臟”部件，發(fā)揮著熱功轉(zhuǎn)換、流場(chǎng)組織、燃燒組織等關(guān)鍵作用。但活塞的工作條件非?？量?，與高溫燃?xì)?2500k)直接接觸，且經(jīng)受著交變熱應(yīng)力和交變機(jī)械應(yīng)力的耦合作用，易出現(xiàn)燒蝕、開(kāi)裂、拉缸等機(jī)械故障，測(cè)量活塞溫度是評(píng)價(jià)其熱負(fù)荷與可靠性的重要基礎(chǔ)。

2、而溫度測(cè)量主要可分為接觸式測(cè)溫與非接觸式測(cè)溫兩類(lèi)。非接觸式測(cè)溫雖然響應(yīng)速度快，且可以測(cè)量完整的活塞頂面溫度場(chǎng)，但受到火焰、碳煙的輻射影響，其測(cè)量誤差很大；并且受限于設(shè)備體積，無(wú)法在狹小空間內(nèi)正常使用。對(duì)于活塞頂面的溫度測(cè)量而言，選擇通過(guò)接觸式測(cè)溫來(lái)進(jìn)行更佳，其中熱電偶是最佳選擇。

3、針對(duì)內(nèi)燃機(jī)活塞溫度測(cè)量問(wèn)題，如何設(shè)計(jì)熱電偶的結(jié)構(gòu)，熱電偶如何在高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)且安裝空間狹窄的活塞上進(jìn)行安裝，保證其在高溫高壓的惡劣環(huán)境下可靠穩(wěn)定的工作，成為一個(gè)難點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種適用于活塞溫度測(cè)量的熱電偶及布置方案，其目的在保證測(cè)量可靠性和穩(wěn)定性，為發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)燃燒和傳熱問(wèn)題的研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2、對(duì)于內(nèi)燃機(jī)活塞溫度無(wú)線實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)，包括位于缸內(nèi)活塞銷(xiāo)座下方的無(wú)線信號(hào)發(fā)射器，位于缸套下方的數(shù)據(jù)接收天線，以及位于缸外的無(wú)線信號(hào)接收器。溫度傳感器感知待測(cè)活塞表面的溫度，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為待測(cè)電壓信號(hào)，所測(cè)得的電壓信號(hào)傳輸至缸內(nèi)無(wú)線信號(hào)發(fā)射器，經(jīng)數(shù)據(jù)發(fā)送天線通過(guò)433mhz無(wú)線通信，將待測(cè)點(diǎn)溫度、冷端溫度等信號(hào)發(fā)送至數(shù)據(jù)接收天線，數(shù)據(jù)接收天線將數(shù)據(jù)傳輸至缸外無(wú)線信號(hào)接收器，并有線傳輸至上位機(jī)，最終在上位機(jī)中完成溫度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示。

3、按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種適用于內(nèi)燃機(jī)活塞溫度測(cè)量的熱電偶，包括熱電偶絲和鎧裝套筒，鎧裝套筒包括大頭端和小頭端，大頭端安裝于高溫燃?xì)鈧?cè)。通過(guò)大頭端和小頭端中間面承載活塞內(nèi)高溫燃?xì)獾膲毫Γ瑫r(shí)起到密封作用，防止高溫燃?xì)鈴幕钊蜔犭娕奸g的縫隙竄出。

4、進(jìn)一步地，鎧裝套筒呈階梯形或錐形。采用階梯形時(shí)，通過(guò)大頭端和小頭端中間軸肩承載活塞內(nèi)高溫燃?xì)獾膲毫?，進(jìn)行密封。

5、進(jìn)一步地，對(duì)于組合式活塞，大頭端圓周面為螺紋結(jié)構(gòu)或者光面結(jié)構(gòu)，對(duì)于整體式活塞，大頭端圓周面為光面結(jié)構(gòu)。大頭端圓周面為螺紋結(jié)構(gòu)的熱電偶，通過(guò)螺紋與活塞固定連接，密封性更好，活塞運(yùn)動(dòng)過(guò)程中熱電偶不容易脫出；大頭端圓周面為光面結(jié)構(gòu)的熱電偶，通過(guò)按壓式安裝，安裝過(guò)程中不需要進(jìn)行旋轉(zhuǎn)擰緊，避免熱電偶延長(zhǎng)線纏繞損壞，適用于整體式活塞。

6、進(jìn)一步地，鎧裝套筒與活塞材料保持一致，保證鎧裝套筒和待測(cè)活塞的導(dǎo)熱系數(shù)一致，減小測(cè)量誤差。

7、進(jìn)一步地，熱電偶為接殼式熱電偶，鎧裝套筒端面壁厚由熱電偶鎧裝套筒材料決定，對(duì)鋼制鎧裝套筒端面壁厚最小為0.5mm，對(duì)鋁制鎧裝套筒端面壁厚最小為1mm。該壁厚可避免活塞頂面高壓燃?xì)庠斐杀Ｗo(hù)套的壓潰，同時(shí)避免測(cè)點(diǎn)與活塞頂面待測(cè)點(diǎn)偏差較大，造成測(cè)量精度降低。

8、進(jìn)一步地，鎧裝套筒頂面形狀應(yīng)不破壞活塞待測(cè)點(diǎn)原有表面結(jié)構(gòu)，避免鎧裝式熱電偶裝入活塞后造成活塞頂形狀結(jié)構(gòu)變化而引起內(nèi)燃機(jī)燃燒性能的變化。

9、進(jìn)一步地，由于熱電偶在油道中反復(fù)沖刷，為保障熱電偶結(jié)構(gòu)可靠性，加工時(shí)熱電偶測(cè)溫接點(diǎn)與鎧裝套筒之間抗拉強(qiáng)度大于20n，避免熱電偶測(cè)溫接點(diǎn)與鎧裝套筒的連接處發(fā)生脫落。

10、進(jìn)一步地，在熱電偶安裝時(shí)，需要提前在鎧裝套筒表面涂抹耐高溫陶瓷膠，再將熱電偶裝入。一方面，防止熱電偶隨活塞高速運(yùn)動(dòng)時(shí)因慣性飛出，另一方面，陶瓷膠也保證一定的密封效果，避免高溫燃?xì)馔ㄟ^(guò)鎧裝套筒和活塞安裝孔之間縫隙竄出。

11、為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種適用于活塞溫度測(cè)量的熱電偶安裝方法，其特征在于，在活塞表面加工熱電偶安裝孔，將熱電偶安裝至活塞表面，熱電偶延長(zhǎng)線由活塞頂進(jìn)入活塞內(nèi)部并連接至缸內(nèi)無(wú)線信號(hào)發(fā)射器。

12、對(duì)于整體式活塞，當(dāng)溫度傳感器測(cè)點(diǎn)可以避開(kāi)油道孔時(shí)，通過(guò)加工與熱電偶鎧裝套筒結(jié)構(gòu)相配合的長(zhǎng)安裝孔，使熱電偶直接到達(dá)活塞內(nèi)部，從而避免熱電偶伸入油道影響潤(rùn)滑油流量，同時(shí)避免熱電偶在油道內(nèi)的潤(rùn)滑油的震蕩環(huán)境中引起脫落等電氣故障。當(dāng)溫度傳感器無(wú)法避開(kāi)油道孔的熱電偶測(cè)點(diǎn)，如活塞環(huán)岸測(cè)點(diǎn)處，則通過(guò)加工短安裝孔，使熱電偶延長(zhǎng)線進(jìn)入油道，并在熱電偶測(cè)點(diǎn)位置附近加工堵頭孔，熱電偶延長(zhǎng)線在油道孔內(nèi)走線，從堵頭孔處引出。

13、對(duì)于組合式活塞，熱電偶延長(zhǎng)線通過(guò)通油孔，從活塞外振蕩腔進(jìn)入內(nèi)振蕩腔。在活塞頂和活塞裙之間安裝保護(hù)套管，熱電偶延長(zhǎng)線從活塞頂進(jìn)入套管后，從活塞裙處引出。

14、具體的，熱電偶延長(zhǎng)線貼振蕩腔壁面布置，并采用耐高溫環(huán)氧樹(shù)脂膠固定，避免因活塞振蕩及潤(rùn)滑油沖刷導(dǎo)致熱電偶損壞。

15、進(jìn)一步地，為了順利地將熱電偶延長(zhǎng)線從活塞頂引出至活塞裙部，避免因活塞振蕩及潤(rùn)滑油沖刷導(dǎo)致熱電偶損壞，在活塞頂和活塞裙部之間設(shè)置有保護(hù)套管，熱電偶延長(zhǎng)線從保護(hù)套管中穿過(guò)。

16、具體的，保護(hù)套管由頂部螺紋、中間套管、底部螺紋及擋圈構(gòu)成。

17、進(jìn)一步地，在活塞頂水滴狀凸起處加工螺紋孔，將保護(hù)套管頂部螺紋連接至活塞頂，在活塞裙處安裝三腳固定支架，三腳固定支架中間加工安裝孔，將保護(hù)套管底部螺紋連接至三腳固定支架中間，三腳固定支架三個(gè)腳與活塞裙部連接。通過(guò)三腳固定支架，保護(hù)套管受到的橫向沖擊，會(huì)轉(zhuǎn)移至活塞裙處的連接處，從而提高保護(hù)套管抗沖擊性能。

18、此外，還可設(shè)計(jì)為保護(hù)套管為外螺紋結(jié)構(gòu)，熱電偶延長(zhǎng)線穿過(guò)保護(hù)套管。在活塞裙內(nèi)振蕩腔外側(cè)加工螺紋孔，與保護(hù)套管外螺紋相配合，從而固定保護(hù)套管。此方法加工簡(jiǎn)單，但對(duì)熱電偶延長(zhǎng)線和套管同軸度要求很高。

19、總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的用于瞬態(tài)溫度測(cè)量的一種適用于活塞溫度測(cè)量的熱電偶及安裝方法，主要具有以下有益效果：

20、(1)提出了一種適用于活塞溫度測(cè)量的熱電偶，包括熱電偶絲和鎧裝套筒，鎧裝套筒包括大頭端和小頭端，大頭端安裝于高溫燃?xì)鈧?cè)。通過(guò)大頭端和小頭端中間面承載活塞內(nèi)高溫燃?xì)獾膲毫?，同時(shí)起到密封作用，防止高溫燃?xì)鈴幕钊蜔犭娕奸g的縫隙竄出。

21、(2)一種適用于內(nèi)燃機(jī)活塞溫度測(cè)量的熱電偶的安裝方法，根據(jù)不同的活塞類(lèi)型，提出了不同的安裝方法及相配合的工裝，保證了熱電偶在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定可靠地工作。

技術(shù)特征：

1.一種適用于內(nèi)燃機(jī)活塞溫度測(cè)量的熱電偶，其特征在于，包括熱電偶絲和鎧裝套筒，其特征在于，所述鎧裝套筒包括大頭端和小頭端，所述大頭端安裝于高溫燃?xì)鈧?cè)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于內(nèi)燃機(jī)活塞溫度測(cè)量的熱電偶，其特征在于，對(duì)于組合式活塞，大頭端圓周面為螺紋結(jié)構(gòu)或者光面結(jié)構(gòu)，對(duì)于整體式活塞，大頭端圓周面為光面結(jié)構(gòu)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于內(nèi)燃機(jī)活塞溫度測(cè)量的熱電偶，其特征在于，鎧裝套筒與待測(cè)活塞材料保持一致。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于內(nèi)燃機(jī)活塞溫度測(cè)量的熱電偶，其特征在于，熱電偶為接殼式熱電偶，鎧裝套筒端面壁厚由鎧裝套筒材料決定，對(duì)鋼制鎧裝套筒端面壁厚最小為0.5mm，對(duì)鋁制鎧裝套筒端面壁厚最小為1mm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于內(nèi)燃機(jī)活塞溫度測(cè)量的熱電偶，其特征在于，所述鎧裝套筒端面形狀應(yīng)不破壞活塞待測(cè)點(diǎn)原有表面形狀。

6.權(quán)利要求1所述的一種適用于內(nèi)燃機(jī)活塞溫度測(cè)量的熱電偶的安裝方法，其特征在于，包括如下步驟：在活塞表面加工熱電偶安裝孔，將熱電偶安裝至活塞表面，熱電偶延長(zhǎng)線由活塞頂進(jìn)入活塞內(nèi)部并連接至缸內(nèi)無(wú)線信號(hào)發(fā)射器。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種適用于內(nèi)燃機(jī)活塞溫度測(cè)量的熱電偶的安裝方法，其特征在于，對(duì)于整體式活塞，根據(jù)活塞溫度測(cè)量點(diǎn)位置，當(dāng)熱電偶可以避開(kāi)油道孔時(shí)，活塞上加工長(zhǎng)安裝孔，使熱電偶延長(zhǎng)線直接到達(dá)活塞內(nèi)部；當(dāng)熱電偶無(wú)法避開(kāi)油道孔時(shí)，活塞上加工短安裝孔，使熱電偶延長(zhǎng)線進(jìn)入油道，并在熱電偶延長(zhǎng)線出油道位置加工堵頭孔，熱電偶延長(zhǎng)線在油道孔內(nèi)穿過(guò)，從堵頭孔處引出。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種適用于內(nèi)燃機(jī)活塞溫度測(cè)量的熱電偶的安裝方法，其特征在于，對(duì)于組合式活塞，熱電偶延長(zhǎng)線通過(guò)通油孔，從活塞外振蕩腔進(jìn)入內(nèi)振蕩腔，再進(jìn)入活塞頂和活塞裙之間設(shè)置的保護(hù)套管，最后從活塞裙處引出。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種適用于內(nèi)燃機(jī)活塞溫度測(cè)量的熱電偶的安裝方法，其特征在于，還包括如下步驟：所述保護(hù)套管包括頂部螺紋、中間套管、底部螺紋及擋圈，在活塞頂水滴狀凸起處加工螺紋孔，將保護(hù)套管頂部螺紋連接至活塞頂，在活塞裙處安裝三腳固定支架，三腳固定支架中間加工安裝孔，將保護(hù)套管底部螺紋連接至三腳固定支架中間，三腳固定支架三個(gè)腳與活塞裙部連接。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種適用于內(nèi)燃機(jī)活塞溫度測(cè)量的熱電偶的安裝方法，其特征

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種適用于內(nèi)燃機(jī)活塞溫度測(cè)量的熱電偶,熱電偶包括熱電偶絲和鎧裝套筒，鎧裝套筒包括大頭端和小頭端，大頭端安裝于高溫燃?xì)鈧?cè)。通過(guò)大頭端和小頭端中間面承載活塞內(nèi)高溫燃?xì)獾膲毫?，同時(shí)起到密封作用，防止高溫燃?xì)鈴幕钊蜔犭娕奸g的縫隙竄出。本發(fā)明還公開(kāi)了一種適用于內(nèi)燃機(jī)活塞溫度測(cè)量的熱電偶的安裝方法，對(duì)于整體式活塞，針對(duì)活塞測(cè)溫點(diǎn)位置選擇不同安裝方式，對(duì)于組合式活塞，在活塞頂和活塞裙部之間設(shè)置有保護(hù)套管，熱電偶延長(zhǎng)線從保護(hù)套管中穿過(guò)，保證了熱電偶在高溫高壓的惡劣環(huán)境下可靠穩(wěn)定的工作。

技術(shù)研發(fā)人員：楊燦,成曉北,梁珈琨,董喆
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華中科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6