CN102156005B

CN102156005B - 内燃机通用型活塞温度测量装置

Info

Publication number: CN102156005B
Application number: CN201110061824.6A
Authority: CN
Inventors: 黄荣华; 张志勇
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2011-03-15
Filing date: 2011-03-15
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2031-03-15
Also published as: CN102156005A

Abstract

本发明公开了一种内燃机通用型活塞温度测量装置，该装置包括第一、第二隔温盒，第一、第二固定座，模拟开关电路模块，存储器模块和热电偶。本发明采用黑瞎子工作模式。试验前封装在活塞上，试验结束后取出存储器读出试验数据，一次试验可以连续测量多个发动机工况下活塞温度，系统工作稳定，误差可以标定消除。整套装置随活塞一起运动，各个子系统之间没有相对运动，大大提高了热电偶测量活塞温度的可靠性。本装置是独立封闭自成一体，结构紧凑，对活塞只需少许改动，对发动机本身无需改动；本装置适用于不同用途内燃机的活塞温度测量。

Description

内燃机通用型活塞温度测量装置

技术领域

本发明涉及到内燃机测试技术领域，具体是指内燃机通用型活塞温度测量装置。

背景技术

活塞是内燃机的关键部件，承受机械负荷和热负荷，活塞顶面烧蚀现象时有发生，测量活塞温度是长久以来的热点之一。目前活塞温度测量手段有2大类：电量测量和热塞间接测量。

一、电量测量

电量测量其传感器均为热电偶，所不同的是测量附属机构，其发展历程：副连杆机构→触点式测量装置→红外遥测→电磁感应→芯片储存式。其中触点式、红外遥测和电磁感应本质上是触点式，只不过触点的形式不一样。芯片存储式主要是见诸于国内。

副连杆机构设计思想直接将一般的测温手段运用于活塞温度测量上，存在的最大不足是各连杆在内燃机运行时，铰链处的热电偶丝疲劳折断；另外附属机构对内燃机的改动大；触点式就是为解决在副连杆铰链处热电偶丝疲劳折断这个局限，带来了结构进一步冗赘，随着内燃机越来越紧凑，通用性差，而且也带来新的标定问题，可靠性不足。例如红外遥测技术，不能保证红外波长信号不丢失；电磁感应方法信号微弱，不能排除内燃机震动对感应信号的干扰，可靠性差；但由于采用了热电偶作为测量传感器，测量精度高，可以连续测量多个工况。芯片存储式测量方法，只有在国内有所尝试，这是新思路，但过于激进，直接测量内燃机瞬态温度，数据的存储量太大，目前的存储芯片存储能力不能胜任，有效工作时间太短；更为关键的是不能将曲轴的转速信号实时记录，活塞温度的瞬态测量丢失曲轴转角信号，由于数据的存储与热电偶传感器在内燃机运转时没有相对位移，可靠性则大为提高。

二、热塞间接测量

热塞测量是以硬度塞和低熔点合金为传感器，主要见诸于国内文章。热塞测量没有附属机构，工作可靠，安装方便，被国内外在活塞温度测量时实际采用。使用思想是先将它们的物理特性测试出来，然后用同一批的其它热塞完成内燃机活塞温度测量，根据试验后测点热塞的物理性能的变化值反求出测点的温度；它们主要缺点是测量精度低，国外叫作热评估，实际上也是间接估算出活塞稳态工况下的温度，并非严格意义上的测量，所以在国外公开发表的文章中鲜有所闻。

发明内容

本发明的目的就是提供一种结构简单，工作可靠、高精度、高效的内燃机通用型活塞温度测量装置。

为了实现上述目的，一种内燃机通用型活塞温度测量装置，其特征在于，该装置包括第一、第二隔温盒，第一、第二固定座，模拟开关电路模块，存储器模块和热电偶；

第一、第二隔温盒均为长方体，分别通过固定座固定在活塞的二个销座上，其靠近活塞外表面的侧棱a距离活塞外表面的距离大于等于0.8mm，第一、第二隔温盒之间的距离大于等于内燃机连杆小头的厚度；

热电偶测温触点采用闷头，测温触点与闷头采用高温导热绝缘胶封装，封装导线采用两层结构封装，内层采用绝缘层，外层采用高温耐油套管；

模拟开关电路模块被封装在第一隔温盒内，它包括CPU、传感器接口、热电偶冷端补偿电路和启动触发开关，传感器接口的一端分别与热电偶及热电偶冷端补偿电路相连；传感器接口的另一端与CPU相连，启动触发开关也连接在CPU上；

储存器模块被封装在第二隔温盒内，它通过导线与模拟开关电路模块相连，储存器模块带有电子时钟，定期采集并存储热电偶的数据。

本发明的优点在于：同一内燃机，一次试验可以测量出一系列稳定工况下的活塞温度，提高了活塞温度测量的效率，缩短了稳态温度测量的测试时间，使不同工况下的稳态活塞温度测量过程大大简化；对使用相同活塞的系列机型，本装置可以原样不动的使用；不同类型活塞，只需改动固定座与模块的尺寸，即可进行活塞温度的测量。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图；

图2是固定座示意图，其中，2.1是主视图，2.2是俯视图；

图3是模拟开关电路模块示意图；

图4是热电偶补偿电路示意图；

图5是测量装置系统误差；

图6是存储器模块中一个周期内的测量数据截屏；

图7是发动机试验过程中，隔温盒内实测的温度值；

图8是外特性上1000r/min时，测点的实测温度值；

图9是发动机外特性上不同转速下的温度值。

具体实施方式

如图1所示，内燃机通用型活塞温度测量装置包括第一、第二隔温盒1和2，第一、第二固定座3和4，模拟开关电路模块5，存储器模块6和热电偶7。

第一、第二隔温盒1和2分别通过固定座固定在活塞的二个销座上，第一、第二隔温盒1和2的侧棱a距离活塞外表面大于等于0.8mm，隔温盒的外形是长方体，隔温盒外壁采用不锈钢制作，隔温盒内壁采用2层绝热板和云母片设计；两个隔温盒的之间的距离不小于内燃机连杆小头厚度值。

模拟开关电路模块5具有热电偶补偿电路和启动触发开关8和传感器接口，被封装在隔温盒1内。模拟开关电路具有可编程性，根据需要可以调解其开闭频率。有待机模式和工作模式；电路处在工作模式时，周期适时开闭。待机模式时，模拟开关模块只有触发开关8处在工作状态，整个模块处在低功耗状态。模拟开关电路模块与存储器模块用导线连接。

储存器模块6自带电子时钟，它与模拟开关电路模块5通过导线连接，定期进行热电偶7的数据采集与存储；储存器模块6带有断电保护措施，即便是电量耗尽也可以读出所存数据。储存器模块固化后被封装于隔温盒2内。

热电偶7测温触点采用闷头，测温触点与闷头采用高温导热绝缘胶封装，封装导线采用两层结构封装，内层采用绝缘层，外层采用高温耐油套管。热电偶导线沿活塞内壁使用刚性压片固定，与模拟开关电路模块5相连。

实例：

第一、第二隔温盒1和2的侧棱a距离活塞外表面有0.8mm，隔温盒的外形是长方体，隔温盒外壁采用0.8mm不锈钢制作，隔温盒内壁采用2层绝热板和2层云母片设计；其中隔温盒1外形长×宽×高的尺寸为54mm×22mm×50mm，隔温盒1的内腔为长方体，其尺寸为长×宽×高的尺寸为43mm×18mm×37mm；温盒2外形长×宽×高的尺寸为60mm×22mm×50mm，隔温盒2的内腔为长方体，其尺寸为长×宽×高的尺寸为54mm×16mm×32mm；两个隔温盒的之间的距离＝40mm。

固定座3、4下端有圆孔，其尺寸与活塞销孔相同；座面有长方形的平面，固定座3的座面尺寸为56mm×21mm，固定座4的座面尺寸为60mm×21mm。固定座3、隔温盒1采用M4螺钉固定在右侧的活塞销上，固定座4、隔温盒2采用M4螺钉固定在左侧的活塞销座上。固定座主视图如图2.1，固定座左视图如图2.2。

模拟开关电路模块如图3所示，热电偶补偿电路如图4所示，热电偶低温端的补偿温度公式：其中Pt₁₀₀与100Ω定值电阻两端的电压V_x和V₁₀₀，试验过程中，测量V_x和V₁₀₀并通过模拟开关模块直接输入并记录在存储器中。

模拟开关电路模块在低功耗时，耗电量为0.65mAh，正常工作时，耗电量为12mAh；模拟开关电路模块的开启周期为2秒，存储器模块具有32k组数据存储容量，存储数据的时间间隔2秒，使用高性能1400mAh的锂电为整套测量装置供电。

在75℃、120℃、150℃的环境温度下，以电位差计模拟热电偶的输出，每个点测试时间为2.5个小时，每半个小时测试系统误差一次，对整套系统进行了误差测试.结果显示系统绝对误差随着环境温度的升高而降低，相对误差随着电位差计输出值的增高而下降，三个测试温度点上，绝对误差在1mv附近波动，如果消除误差1mV，测试精度为±1℃(±0.04mV)，整个系统在高温下工作稳定可靠。

图3是开关电路模块示意图；图4补偿电路示意图；图5是测量装置系统误差；图6存储器模块中一个周期内的测量数据截屏；图7是发动机试验过程中，隔温盒内实测的温度值；图8外特性上1000r/min，测点的实测温度值；图9是发动机外特性上不同转速下的温度值。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims

1.一种内燃机通用型活塞稳态温度测量装置，其特征在于，该装置包括第一、第二隔温盒，第一、第二固定座，模拟开关电路模块，存储器模块和热电偶；

第一、第二隔温盒均为长方体，分别通过固定座固定在活塞的二个销座上，其靠近活塞外表面的侧棱(a)距离活塞外表面的距离大于等于0.8mm，第一、第二隔温盒之间的距离大于等于内燃机连杆小头厚度；

模拟开关电路模块被封装在第一隔温盒内，它包括CPU、传感器接口、热电偶冷端补偿电路和启动触发开关，传感器接口的一端分别与热电偶及热电偶冷端补偿电路相连；模拟开关电路具有可编程性，根据需要能够调解其开闭频率，所述模拟开关电路模块有待机模式和工作模式；电路处在工作模式时，周期适时开闭，待机模式时，模拟开关电路模块只有触发开关处在工作状态，整个模块处在低功耗状态；传感器接口的另一端与CPU相连，启动触发开关也连接在CPU上；

存储器模块被封装在第二隔温盒内，它通过导线与模拟开关电路模块相连，存储器模块带有电子时钟，定期采集并存储热电偶的数据；

所述第一、第二隔温盒外壁采用不锈钢制作，隔温盒内壁由二层云母片中间夹置绝热板构成。