存储式活塞温度场测量及三维温度场计算.pdf

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1、张志勇黄荣华程伟王兆文：存储式活塞温度场测量及三维温度场计算旱—————’。i设计研究毛f—f—fmf—存储式活塞温度场测量及三维温度场计算StoragePistonTemperatureMeasurementandThree-dimensionalTemperatureField张志勇’黄荣华’程伟王兆文’(1．华中科技大学2．东风汽车有限公司商用车研发中心)[摘要]设计一套基于芯片存储的稳定工况活塞温度测量装置，该装置具有测试精度好，系统测量误差达±1℃；测量系统与活塞没有相对运动，可靠性高，大大提高

2、了活塞稳定工况测试效率。在活塞温度测试试验中，隔温减震盒使存储器的环境温度降至90~GC内。根据所测试验结果，利用反算法进行活塞三维温度场的计算，分析了天然气发动机活塞温度随工况的变化。U刖吾压记录存储器单独一块电路板，分别安装在活塞销活塞是内燃机的主要受热件之一。其可靠性对座下端。测量系统原理如图1所示。内燃机的寿命、可靠性、排放和经济性有着重要的影响。活塞工作特点是受热面积大，散热条件差，随着巡发动机强化程度的不断提高，其热负荷问题愈来愈弋电压记录仪严重。替代燃料兴起(如天然气)，替代燃料中有S．P开

3、——，。等杂质，其氧化物导致活塞高温腐蚀。活塞是高速往关复运动件．测量其温度非常困难．目前活塞稳态温度测量常用是热塞Ⅲ(硬度塞及易熔合金)，测试简单易图1{手储式活基温厦测量原理不震图行，但精度有限；热电偶测量精度高，可是数据的传1．1热电偶封装及巡弋开关电路模块出机构复杂，见诸文献的传输机构有红外遥测、副K型热电偶封装成闷头，闷头外径直径为3ram，连杆机构、电磁感应式【5J及触点式等，但其可靠性有内径1．8mm，带有一定锥度。埋设在闷头内的热电偶限和结构复杂。作者结合热塞和热电偶两种测试手导线先用玻璃

4、纤维绝缘，使用高温导热绝缘胶与闷段的优点，利用热电偶作为测温传感器将热电偶的头封装，闷头外部的热电偶导丝使用玻璃纤维绝缘。温度信号记忆在存储器中。存储器随活塞一起运动．热电偶封装图如图2。绝缘层的外面包高温耐油塑料与活塞没有相对运动，从而获得高的可靠性和广的套管，套管的最大使用温度260qC，短时耐温高达适应性。活塞的热和换热非常复杂。根据经验半经验320％。热电偶测温触点距离活塞表面距离的选取可公式确定计算边界条件，利用测试结果修正边界条参考热频加热理论公式：件，使最终的计算结果与实测结果吻合较好，从而

5、得r——r=到准确度和精度更高温度场，同时，可以为进一步的AfrO，T)="qAt~c0s(2一、／盟一‘P)e—V卫a(1)热分析提供较为精确的边界条件。V“式中a=6．1x10-4m2／s，‘p=44．4，=0．00145。1测量系统燃气波动的频率，储存式活塞温度测量系统主要有七个部分组Atg(0，T)——与受热零件表面直接接触的燃气在丁成：热电偶传感器，触发开关、补偿电路，排序模拟电时刻温度与其平均温度之差fK)：路，记录存储器、隔温盒、固定座。热电偶传感器选用标准的简易热电偶。为使整个测量系统一起

6、与活塞△tgmax——燃气温度波动的最大振幅fK)。装配在一起，外形尺寸尽可能小。触发开关电路、补巡弋开关模块包括三部分：温度开关、模拟开关电偿电路、排序模拟开关电路集成在一个电路板上．电路和补偿电路。当环境温度低于55ocH~，温度开关2内燃机与配件2011年第9期层云母片紧贴隔热盒内壁：于两层云母片之间．填充两层lmm厚的绝热板。恒温盒材质选用0．5mm不锈钢。在发动机60分钟的试验过程中隔温盒内的实测温度变化如图5所示。图2热电偶堵头处于关闭状态，整个开关电路处在低功耗状态：当环境温度持续高于55℃

7、时，触发开关唤醒巡弋开关开始工作。发动机不做试验，整个电路都在低功耗状图3存储器图态，而发动机开始做试验时，巡弋开关电路的环境温TT确度会随着缸套温度的上升而迅速高于55，巡弋开§e，∞20101∞凝1Se003,201010：232￡关可以正常工作。巡弋开关的设计保证发动机试验e0{0l0j蚍州Se03201010234Se00320101023：4~有充足的时间。触发开关有一个NTC热敏电阻和一S帅∞2010，29雌7Se∞20101。23韩个比较器LM139组成，当热敏电阻随着周围温度上Se》032

8、0101023鬟￡0e032o1010越野升而阻值下降，当其阻值低于15kn时，触发图4存储器中实测数据截图STC54C10AD。CD4051开始工作，巡弋开关启动。STC54C10AD程序控制CD4051以2秒的间隔，依次打开与它连接的8路通道，写入存储器中。在存储器中以16秒为周期的8组数据规律循环记录。热电偶低温端温度补偿采用PtlO0铂电阻的桥式补偿，当环境低于150％时，发动机活塞温度测量时，只需在存储器中适时记录铂