CN101398358A - 气门与座圈磨损试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及动力机械技术领域快速磨损试验方法，旨在提供一种内燃机用气门与座圈的磨损试验方法。该方法包括标定阶段和实验阶段；标定阶段：在气门底座上安装气门加速度传感器，在气门弹簧座圈上方安装位移传感器，对电磁铁线圈通电，上位机对气门的落座速度和距离进行记录，并根据设定值确定电磁铁的通电控制策略；实验阶段包括：在安装燃烧器对气门进行加热；上位机根据缸温确定水冷却系统的冷却水泵的转速控制策略。本发明可以达到很高的冲击频率，缩短试验时间。用两种不同的传感器来共同确定气门落座速度，提高了试验的精确度。缸盖的温度保持在内燃机正常工作时的缸盖温度保证了试验测试结论的可信度。零部件少、结构简单，造价低。
Description
技术领域
本发明涉及一种动力机械技术领域快速磨损试验方法，更具体地说，本发明涉及一种内燃机用气门与座圈的磨损试验方法。
背景技术
气门与座圈是发动机的重要摩擦副之一，工作在高温冲击条件下，同时有废气腐蚀，工作条件恶劣，容易产生磨损失效。气门与座圈的运行寿命与可靠性在某种程度上决定了发动机的工作性能、服役寿命与输出功率。特别是近年，随着发动机，特别是柴油机的功率与可靠性要求的提高，气门与座圈这对摩擦副的要求也相应的提高了。近年来，随着对气门与座圈的磨损机理研究日趋深入，一些新材料的出现和新技术的使用如纳米材料、溶铜技术等，改善了气门与座圈的磨损情况，强化了其硬度与强度。因此，非常有必要快速、高效、可靠的考察这对摩擦副之间的性能和使用寿命，考察新材料的配对使用情况。
国内外传统的气门与座圈的试验与评价方法，通常是在发动机整机上进行的，不仅周期长、造价高、损耗人力而且受到环境因素等影响较大，不便于数据整理和规律摸索，传统的气门落座速度的限制也往往采用经验值限定。除了这种试验评价方法，还有一些学者与厂家采用原机凸轮驱动或者凸轮-摇臂机构驱动气门进行试验与评价，但是这样无形中会产生凸轮与气门座圈这对额外摩擦副或者凸轮-摇臂，摇臂-气门座圈两对摩擦副之间新的磨损，在评价一对摩擦副的同时牺牲了另外一对或二对摩擦副，这样也会对试验结果与评价方法的准确度和精度上产生一些不利的影响。并且由于凸轮型线的限制，即使通过对气门间隙的调节，气门的落座速度也比较有限，不利于试验的进度与周期控制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种气门与座圈磨损试验方法。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种气门与座圈磨损试验方法，包括标定阶段和实验阶段；其中所述标定阶段包括以下步骤：
(1)在气门底座上安装气门加速度传感器，在气门弹簧座圈上方安装气门弹簧座圈位移传感器，并以信号线将两个传感器的信号经A/D模块传送至上位机；
(2)对电磁铁线圈通电，产生电磁力使气门运动；
(3)上位机对气门的落座速度和距离进行记录，并根据设定值确定电磁铁的通电控制策略；
所述实验阶段包括以下步骤：
A、拆除气门加速度传感器与气门弹簧座圈位移传感器，在气门底部安装燃烧器对气门进行加热；
B、开启水冷却系统的进水阀门，启动冷却水泵对缸盖和燃烧器进行冷却；
C、设于气缸盖上的缸盖温度传感器将检测的缸温通过信号线经A/D模块传送至上位机；
D、上位机根据缸温确定水冷却系统的冷却水泵的转速控制策略；
前述气门位于气缸盖上，气门座圈位于气门和气缸盖之间；气门的气门杆穿过气缸盖，其末端以气门锁夹固定一个弹簧座圈，气门弹簧一端支撑在气缸盖上，另一端压靠在弹簧座圈上；电磁铁安装在气缸盖上且位于弹簧座圈下部。
作为一种改进，本发明还包括在启动电磁铁的同时，启动电磁铁冷却风扇对电磁铁进行冷却。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明所提供的气门与座圈快速磨损试验方法通过对电磁铁通电电流的控制，进而控制气门的运动规律。通过综合分析气门加速度传感器与弹簧座圈位移传感器的信号数据确定气门的落座冲击速度。气门仅需要很小的行程，并不需要在凸轮机构驱动下达到较高的升程。因此可以达到很高的冲击频率，缩短试验时间，并且通过控制可以大大提高气门与座圈的冲击强度，进一步的缩短试验时间，由于摆脱了凸轮型线的束缚，应用范围更加宽广，对于考察新材料的性能、磨损情况和彼此之间的配合特性有着较大的帮助。
2、本发明所提供的气门与座圈快速磨损试验方法，气门落座速度通过采集布置在气门底座上的气门加速度传感器和布置在弹簧座圈的气门位移传感器信号并通过A/D模块传输到上位机，上位机在综合分析传感器的信号之后确定气门落座速度，可根据用户的设定通过D/A模块来动态调节电磁铁通过电流的大小和通电时间，准确控制希望达到的落座速度。同时，由于用两种不同的传感器来共同确定气门落座速度，提高了试验的精确度，减少了随即误差，可以有效的避免人为误差，有利于提高测试结论的可信度。
3、本发明所提供的气门与座圈快速磨损试验方法，缸盖温度通过采集布置在气缸盖上的温度传感器信号并通过A/D模块传输到上位机，上位机在分析传感器的信号之后确定工作时的实际缸温，可根据用户的设定通过D/A模块来动态调节冷却水泵的转速，进而达到控制冷却水流量保证缸盖的温度保持在内燃机正常工作时的缸盖温度，使得燃烧器的加热与内燃机发火燃烧正常工作的实际情况更加吻合，保证了试验测试结论的可信度。
4、本发明所提供的气门与座圈快速磨损试验方法通过电磁铁控制，不需要原机凸轮、凸轮轴、摇臂等零部件，仅需要气缸盖、气门、气门座圈、电磁铁、非标气门弹簧、非标弹簧座圈等，零部件少、结构简单，造价低，可广泛适用与各汽车厂、发动机厂、零部件制造厂以及与之相关的各产品质量检验机构和新材料性能研究机构，从而提高气门与气门座圈这对摩擦副的新工艺和新材料的研究水平。
附图说明
图1为气门与座圈磨损试验方法的试验状态示意图；
图2为气门与座圈磨损试验方法的标定状态示意图；
图3为气门与座圈磨损试验方法在标定状态时的控制框图；
图4为气门与座圈磨损试验方法的冷却系统示意图；
图5为气门与座圈磨损试验方法电磁铁控制电流示意图；
图6为气门与座圈磨损试验方法气门实际运动示意图。
图中：气缸盖1、气门2、气门弹簧3、电磁铁4、弹簧座圈5、气门锁夹6、气门加速度传感器7、弹簧座圈位移传感器8、气门座圈9、电磁铁冷却风扇10、缸盖温度传感器11、燃烧器12、冷却水泵13、流量调节阀14、上位机15、进水阀门16、水箱17、入口法兰18、出口法兰19。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
如图1、2所示，新型气门与座圈磨损试验系统图，分为试验状态和标定状态状态图。它包括：气缸盖1、气门2、气门弹簧3、电磁铁4、弹簧座圈5、气门锁夹6、气门加速度传感器7、弹簧座圈位移传感器8、气门座圈9、电磁铁冷却风扇10、缸盖温度传感器11、燃烧器12，气门2位于气缸盖1上，气缸盖1上装有缸盖温度传感器11，气门弹簧3一端支撑在气缸盖1上，另一端压靠在弹簧座圈5上，弹簧座圈5用气门锁夹6固定在气门2上，电磁铁4安装在气缸盖1上，并位于弹簧座圈5的下部，电磁铁冷却风扇10安装在近电磁铁4处用于对电磁铁4的冷却，在标定状态下，气门加速度传感器7安装在气门2的底部，弹簧座圈位移传感器8安装在弹簧座圈5的上部，在燃烧状态下拆除气门加速度传感器7和弹簧座圈位移传感器8，在气门2的下部安装燃烧器12。
如图3所示，在标定状态时，气门与座圈磨损试验系统的控制电路的连接关系如下：气门加速度传感器7、弹簧座圈位移传感器8和缸盖温度传感器11分别与A/D模块相连接，电磁铁4和冷却水泵13分别与D/A模块相连接，，A/D模块、D/A模块、分别与上位机15相连接。
如图4所示，气门与座圈磨损试验系统的冷却系统包括气缸盖1、燃烧器12、冷却水泵13、流量调节阀14、上位机15、进水阀门16和冷却水箱17，其特征在于从冷却水箱16通过冷却水泵13和流量调节阀14后，分别由入口法兰18和气缸盖1和燃烧器12相连，气缸盖1和燃烧器冷却水出口经出口法兰与排水道相连。
本发明电磁铁4开始工作时，上位机15经过D/A模块转换将用户设定的如附图5所示的输入电流输给电磁铁4，则气门2将按照如附图6所示的运动规律而运动，保证其均匀落座，进而对气门座圈9进行冲击。由于电磁铁4通断频繁，产生一定的热量，在启动电磁铁4的同时需要启动电磁铁冷却风扇10对其进行冷却。
本发明共分为二步进行工作，首先需要进行标定工作。上位机15经过D/A模块转换将用户设定的如附图5所示的输入电流输给电磁铁4，则气门2将按照如附图6所示的运动规律而运动，保证其均匀落座，进而对气门座圈9进行冲击。由于电磁铁4通断频繁，产生一定的热量，在启动电磁铁4的同时需要启动电磁铁冷却风扇10对其进行冷却。为保证其落座均匀、准确、稳定性，需要检验落座速度是否达到了事先要求的值，在气门2底部安装气门加速度传感器7，在弹簧座圈5上部安装弹簧座圈位移传感器8，将采集到的信号经过A/D模块转换传到上位机15，上位机15经过综合分析这二组传感器的信号数据，确定气门的实际落座速度，经过和设定的落座速度比较，调整电磁铁控制系统，经过D/A模块转换反馈给电磁铁，进而来达到期望的气门落座速度。当完成标定工作后记录此时对电磁铁4输入电流的控制，拆除气门加速度传感器7和弹簧座圈位移传感器8。
本发明在完成标定工作后进行磨损试验，在气门2底部安装燃烧器12，由于需要长时间工作所以燃烧器也需要进行冷却。本发明稳定工作时，电磁铁4在标定工作记录的控制电流驱使下带动气门2以规定的落座速度对气门座圈9进行冲击，冷却系统的冷却水对气缸盖1和燃烧器12同时进行冷却，缸盖温度传感器11采集的缸盖温度信号A/D模块转换传到上位机15，上位机15经过分析比对做出调整策略，经过D/A模块转换来调整冷却水泵13的转速，进而达到控制缸盖温度的目的，保证试验系统接近气门与座圈的实际工作情况。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (2)
1、一种气门与座圈磨损试验方法，包括标定阶段和实验阶段；其中
所述标定阶段包括以下步骤：
(1)在气门底座上安装气门加速度传感器，在气门弹簧座圈上方安装气门弹簧座圈位移传感器，并以信号线将两个传感器的信号经A/D模块传送至上位机；
(2)对电磁铁线圈通电，产生电磁力使气门运动；
(3)上位机对气门的落座速度和距离进行记录，并根据设定值确定电磁铁的通电控制策略；
所述实验阶段包括以下步骤：
A、拆除气门加速度传感器与气门弹簧座圈位移传感器，在气门底部安装燃烧器对气门进行加热；
B、开启水冷却系统的进水阀门，启动冷却水泵对缸盖和燃烧器进行冷却；
C、设于气缸盖上的缸盖温度传感器将检测的缸温通过信号线经A/D模块传送至上位机；
D、上位机根据缸温确定水冷却系统的冷却水泵的转速控制策略；
前述气门位于气缸盖上，气门座圈位于气门和气缸盖之间；气门的气门杆穿过气缸盖，其末端以气门锁夹固定一个弹簧座圈，气门弹簧一端支撑在气缸盖上，另一端压靠在弹簧座圈上；电磁铁安装在气缸盖上且位于弹簧座圈下部。
2、根据权利要求1所述的气门与座圈磨损试验方法，其特征在于，还包括在启动电磁铁的同时，启动电磁铁冷却风扇对电磁铁进行冷却。
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