本發(fā)明涉及發(fā)動機測試技術領域,具體地指一種發(fā)動機動態(tài)氣門間隙信號檢測裝置及方法。
背景技術:
目前,發(fā)動機氣門間隙通常只能夠在冷態(tài)即不運轉的情況下通過塞尺的方法測得,尚無較好的方法測量其運轉過程中的熱態(tài)氣門間隙。因此很多新開發(fā)機型的冷態(tài)氣門間隙值的設置都是參考其他相近成熟機型而來,這樣得到的氣門間隙在實際使用過程中因氣門的熱脹冷縮未必是最恰當?shù)?,甚至會因氣門間隙較小引發(fā)氣門關閉不嚴或者氣門間隙較大引發(fā)進排氣效率降低等較多相關失效,因此直接對發(fā)動機動態(tài)氣門間隙進行檢測是避免以上失效的唯一辦法,也是行業(yè)中有待解決的技術難題。
技術實現(xiàn)要素:
本發(fā)明目的是提供了一種發(fā)動機動態(tài)氣門間隙信號檢測裝置,該裝置解決了塞尺不能在發(fā)動機運行中進行氣門間隙測試的弊端。
本發(fā)明還提供了一種檢測發(fā)動機動態(tài)氣門間隙的方法,該方法解決了直接在發(fā)動機運行狀態(tài)下進行氣門間隙測試的技術難題。
為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明提供的一種發(fā)動機動態(tài)氣門間隙信號檢測裝置,它安裝在發(fā)動機配氣機構上,它包括檢測搖臂,所述檢測搖臂一端豎直設置有信號觸發(fā)挺桿,所述信號觸發(fā)挺桿底面設置有凸輪,所述檢測搖臂另一端豎直設置有頂針;所述頂針底部連接有氣門桿,所述檢測搖臂的臂表面水平設置有信號檢測單元,所述信號檢測單元另一端底面與頂針頂部接觸;所述信號觸發(fā)挺桿和信號檢測單元分別與信號處理模塊連接。
進一步地,所述檢測搖臂包括上層的水平拱橋臂和下層的弓形臂,所述檢測搖臂的兩端分別開設有安裝孔和通孔。
再進一步地,所述水平拱橋臂中段為水平面,所述水平面開設有兩個螺栓孔。
再進一步地,所述信號檢測單元包括采集標尺,其采集標尺為彈簧鋼;所述采集標尺上開設有兩個固定孔,兩個固定孔分別與對應的螺栓孔通過螺栓固定;
所述采集標尺上表面設置有第一應變片,所述第一應變片位于固定孔一側;所述信號觸發(fā)挺桿的桿壁上設置有第二應變片。第一應變片和第二應變片均為1/4橋路。
再進一步地,所述第一應變片的信號輸出端分別與標定信號處理模塊的信號輸入端和氣門間隙信號處理模塊的信號輸入端連接,所述第二應變片與氣門間隙信號處理模塊的信號輸入端連接;所述標定信號處理模塊的信號輸出端和氣門間隙信號處理模塊的信號輸出端分別與氣門間隙信號計算模塊的信號輸入端連接。
再進一步地,所述信號觸發(fā)挺桿通過頂部的螺栓固定在安裝孔內(nèi)。
再進一步地,所述頂針固定在通孔上。
本發(fā)明還提供了一種利用上述檢測裝置檢測發(fā)動機動態(tài)氣門間隙信號的方法,包括以下步驟:
1)當發(fā)動機靜止狀態(tài)時,將檢測裝置安裝到發(fā)動機配氣機構中,同時旋轉曲軸將待測氣門間隙對應的活塞調(diào)整到上止點位置;然后將采集標尺上的第一應變片和標定信號處理模塊的輸入端連接,此時檢測裝置進入氣門間隙信號標定模式:
a.向頂針和氣門之間的間隙內(nèi)依次插入不同厚度塞尺,利用采集標尺收集與塞尺相同厚度的待測氣門間隙形變時所產(chǎn)生的微應變數(shù)據(jù);
b.通過第一應變片將收集的微應變數(shù)據(jù)傳輸給標定信號處理模塊,將微應變數(shù)據(jù)整理形成離散標定數(shù)據(jù);同時,利用標定信號處理模塊對離散標定數(shù)據(jù)進行擬合,得到離散標定數(shù)據(jù)曲線(該離散標定數(shù)據(jù)曲線為氣門間隙dn與采集標尺上所測微應變量μεn之間的連續(xù)曲線,),其離散標定數(shù)據(jù)曲線的關系式為:
dn=kμεn+b
式中,n為塞尺插入的次數(shù),n=1、2、3、4、5、……;
dn為頂針和氣門尾端間隙,0≤dn≤0.60mm;
μεn為與塞尺厚度相同的氣門間隙條件下的采集標尺微應變,
k為標定系數(shù),0.001≤k≤0.002,b為標定常量,0.40≤b≤0.60;
2)當發(fā)動機運轉狀態(tài)時,將第二應變片和第一應變片分別與氣門間隙信號處理模塊信號輸入端連接,此時檢測裝置進入動態(tài)氣門間隙信號處理模式:
a.凸輪旋轉推動信號觸發(fā)挺桿和檢測搖臂,同時,檢測搖臂繞搖臂軸旋轉推動頂針運動,使得信號觸發(fā)挺桿和采集標尺產(chǎn)生形變,
采集并記錄發(fā)動機運轉時第二應變片和第一應變片的應變信號為:m(t)=με1(t)n(t)=με2(t),
其中m(t)、n(t)為發(fā)動機運轉時信號觸發(fā)挺桿和采集標尺上的應變信號,με1(t)和με2(t)測試應變片實時微應變,t為時間,秒;m(t)為采集標尺應變信號n(t)的輔助信號,檢驗配氣機構處于受力運轉狀態(tài)。
b.氣門間隙計算模塊獲取標定系數(shù)k、標定常量b和采集標尺發(fā)生形變的微應變數(shù)據(jù)n(t)代入如下公式b(t)=kn(t)+b,得到發(fā)動機氣門間隙的實時信號b(t)。
作為優(yōu)選方案,所述塞尺的厚度逐漸增大,塞尺厚度為h=h0+(n-1)x;
式中,h0為塞尺初始厚度,單位為mm,n為塞尺插入的次數(shù),n=1、2、3……,x為塞尺增加的厚度,x=0.05mm。
作為優(yōu)選方案,所述待測氣門間隙的范圍為0~0.6mm。
作為優(yōu)選方案,所述步驟2)中,檢測裝置進入動態(tài)氣門間隙信號處理模式前,先進行低通1000hz濾波處理后輸送給氣門間隙信號計算模塊。
本發(fā)明的有益效果在于:
本發(fā)明具有氣門間隙信號標定模式和氣門間隙信號處理模式,結構簡單,將以上兩種模式配合檢測,形成了上述發(fā)動機動態(tài)氣門間隙信號檢測方法,該檢測方法不受發(fā)動機及外界振動影響,可靠性好,測量精度高,分析計算方便,適應性較強,重量輕,便攜性強。
附圖說明
圖1為本發(fā)明檢測裝置的機械結構框圖;
圖2為信號觸發(fā)挺桿的細節(jié)圖;
圖3為檢測搖臂的細節(jié)圖;
圖4為信號檢測單元的細節(jié)圖;
圖5為信號傳遞圖;
圖6為實施例中塞尺插入檢測裝置的示意圖;
圖7為實施例中步驟1中的離散標定信號曲線圖;
圖8為第二應變片2.1和第一應變片4.2采集示意圖;
圖9為實施例中的發(fā)動機動態(tài)氣門間隙信號實時示意圖。
圖中,凸輪1、信號觸發(fā)挺桿2、第二應變片2.1、螺栓2.2、檢測搖臂3、水平拱橋臂3.1、水平面3.11、螺栓孔3.1a下層的弓形臂3.2、搖臂軸孔3.21、安裝孔3.3、通孔3.4、信號檢測單元4、采集標尺4.1、固定孔4.11、第一應變片4.2、頂針5、氣門桿6、標定信號處理模塊7、氣門間隙信號處理模塊8、氣門間隙信號計算模塊9。
具體實施方式
為了更好地解釋本發(fā)明,以下結合具體實施例進一步闡明本發(fā)明的主要內(nèi)容,但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于以下實施例。
如圖1~5所示:一種發(fā)動機動態(tài)氣門間隙信號檢測裝置,它安裝在發(fā)動機配氣機構上,它包括檢測搖臂3,檢測搖臂3包括上層的水平拱橋臂3.1和下層的弓形臂3.2,檢測搖臂3的兩端分別開設有安裝孔3.3和通孔3.4;水平拱橋臂3.1中段為水平面3.11,水平面3.11開設有兩個螺栓孔3.1a。
信號觸發(fā)挺桿2通過頂部的螺栓2.2固定在安裝孔3.3內(nèi);信號觸發(fā)挺桿2底面設置有凸輪1,檢測搖臂3另一端豎直設置有頂針5;頂針5底部連接有氣門桿6,檢測搖臂3的臂表面水平設置有信號檢測單元4,信號檢測單元4另一端底面與頂針5頂部接觸;
信號檢測單元4包括采集標尺4.1,其采集標尺4.1為彈簧鋼;采集標尺4.1上開設有兩個固定孔4.11,兩個固定孔4.11分別與對應的螺栓孔3.1a通過螺栓固定;采集標尺4.1上表面設置有第一應變片4.2,第一應變片4.2位于固定孔4.11一側;信號觸發(fā)挺桿2的桿壁上設置有第二應變片2.1。第一應變片4.2和第二應變片2.1均為1/4橋路。
采集標尺上第一應變片4.2的信號輸出端分別與標定信號處理模塊7的信號輸入端和氣門間隙信號處理模塊8的信號輸入端連接,信號觸發(fā)挺桿高溫上第二應變片2.1與氣門間隙信號處理模塊8的信號輸入端連接;標定信號處理模塊7的信號輸出端和氣門間隙信號處理模塊8的信號輸出端分別與氣門間隙信號計算模塊9的信號輸入端連接。
如圖6所示:上述檢測裝置檢測發(fā)動機動態(tài)氣門間隙信號的方法,包括以下步驟:
1)當發(fā)動機靜止狀態(tài)時,將檢測裝置安裝到發(fā)動機配氣機構中,同時旋轉曲軸將待測氣門間隙對應的活塞調(diào)整到上止點位置;然后將采集標尺4.1上的第一應變片4.2和標定信號處理模塊7的輸入端連接,此時檢測裝置進入氣門間隙信號標定模式:
a.向頂針5和氣門之間的間隙內(nèi)依次插入不同厚度塞尺10,利用采集標尺4.1收集與塞尺10相同厚度的待測氣門間隙形變時所產(chǎn)生的微應變數(shù)據(jù);其中,所述塞尺10的厚度逐漸增大,塞尺厚度為h=h0+nx;
式中,h0為塞尺初始厚度,單位為mm,n為塞尺增加厚度次數(shù),n=0、1、2、3……,x為塞尺增加的厚度,x=0.05mm;
b.通過第一應變片4.2將收集的微應變數(shù)據(jù)傳輸給標定信號處理模塊7,將微應變數(shù)據(jù)整理形成離散標定數(shù)據(jù);同時,利用標定信號處理模塊7對離散標定數(shù)據(jù)進行擬合,得到離散標定數(shù)據(jù)曲線見圖7(該離散標定數(shù)據(jù)曲線為氣門間隙dn與采集標尺4b上所測微應變量μεn之間的連續(xù)曲線,),其離散標定數(shù)據(jù)曲線的關系式為:
dn=kμεn+b
式中,n為塞尺插入的次數(shù),n=1、2、3、4、5、……;
dn為頂針和氣門尾端間隙,0≤dn≤0.60mm;
μεn為與塞尺10厚度相同的氣門間隙條件下的采集標尺微應變,
k為標定系數(shù),0.001≤k≤0.002,b為標定常量,0.40≤b≤0.60;
2)當發(fā)動機運轉狀態(tài)時,將信號觸發(fā)挺桿上第二應變片2.1和采集標尺上第一應變片4.2分別與氣門間隙信號處理模塊8信號輸入端連接,先進行低通1000hz濾波處理后輸送給氣門間隙信號計算模塊9;此時檢測裝置進入動態(tài)氣門間隙信號處理模式:
a.凸輪1旋轉推動信號觸發(fā)挺桿2和檢測搖臂3,同時,檢測搖臂3推動頂針5運動,使得信號觸發(fā)挺桿2和采集標尺4.1產(chǎn)生形變,
采集并記錄發(fā)動機運轉時第二應變片2.1和第一應變片4.2的應變信號:m(t)=με1(t)和n(t)=με2(t)見圖8,
其中m(t)、n(t)為發(fā)動機運轉時信號觸發(fā)挺桿2和采集標尺4.1上的應變信號,με1(t)和με2(t)測試應變片實時微應變,t為時間,秒;m(t)為采集標尺應變信號n(t)的輔助信號,檢驗配氣機構處于受力運轉狀態(tài)。
b.氣門間隙計算模塊9獲取標定系數(shù)k、標定常量b和采集標尺發(fā)生形變的微應變數(shù)據(jù)n(t)代入如下公式b(t)=kn(t)+b,得到發(fā)動機氣門間隙的實時信號b(t)見圖9。
其它未詳細說明的部分均為現(xiàn)有技術。盡管上述實施例對本發(fā)明做出了詳盡的描述,但它僅僅是本發(fā)明一部分實施例,而不是全部實施例,人們還可以根據(jù)本實施例在不經(jīng)創(chuàng)造性前提下獲得其他實施例,這些實施例都屬于本發(fā)明保護范圍。