CN103245510A - 可同时测量汽油机气道涡流与滚流的快速测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可同时测量汽油机气道涡流及滚流的快速测试装置，该装置由辊道升降组件、气流导向组件以及叶片式风速仪组件三大部分组成。工作台面下方的两块连接板用于固定两个同步电机，两个蜗杆轴支架用于支撑蜗杆轴，电机驱动蜗杆轴以及蜗轮蜗杆旋转，实现减速运动。辊道用于放置待测缸盖，两蜗轮分别焊接于对应的凸轮轴上，通过凸轮旋转顶起辊道，使得缸盖可在工作台上下移动。通过叶片式风速仪以及相关的传感器等对气道流动参数进行测定。本发明省去人工搬动气缸盖的操作，也无需对原有气道试验台的压紧及定位机构进行重新设计，具有安装以及拆卸方便等特点。可对四缸以上的多缸发动机气道进行测试，并可显著提高每个缸盖的检测速度。

Description

可同时测量汽油机气道涡流与滚流的快速测试装置

技术领域

本发明属于内燃机性能参数检测技术，具体涉及到一种用于内燃机气道稳流试验的、能够同时测量汽油机气道涡流及滚流的快速测试装置。

背景技术

发动机进气系统的优化设计，可使缸内的气流以按特定的形式运动而改善其燃烧过程，所以进气系统的特性对发动机的综合性能影响非常显著。滚流是进气过程中在气缸内形成的一种绕气缸轴线垂直线方向旋转的气流运动；涡流是绕气缸轴线方向旋转的气流运动。为了使汽油机达到良好的动力性、经济性和排放特性的要求，前提条件是气缸盖中的气道必须能够实现足够高的流量系数以及合适的滚流比和涡流比。由于动态评价内燃机气道性能的影响因素比较多且难以控制，因此利用内燃机气道稳流试验台，对气道性能进行评测是目前广泛采用并行之有效的方法。内燃机气道稳流试验台可以测量汽油机气缸盖进气道的流量系数、滚流比、涡流比等流动参数。随着对缸盖生产质量统一、标准化要求的不断提高，气道稳流试验台应具备操作简单、拆装方便、可同时测量多个流动参数以及自动化程度高等特点，以提高测试效率，并实现无人在线检测。

目前测试发动机气道流动参数的装置主要分为三种形式：（1）滚流测试装置，该装置只能用于测试缸盖滚流强度，测试时需要将该测试装置放于测试台台面上，工作强度高，难以实现快速测量以及自动化；（2）涡流测试装置，该装置只能用于测试缸盖涡流强度，测试装置的安装位置相对更为灵活，易于实现自动化；（3）混合测试装置，该装置可同时测试缸盖的滚流强度及涡流强度，不足之处在于：测试时进气总流一部分用于测试滚流强度，另一部分用于测试涡流强度。由于滚流强度及涡流强度与进气总量直接相关，因此该装置利用分流同时测得的滚流强度及涡流强度并不能真实反映实际情况，且同样难以实现自动化，测试效率低。与此同时，许多发动机生产厂家需要对更多型号的汽缸盖进行气道试验，尤其是直列六缸汽油机，该缸盖长度达一米，由于气道稳流试验台压紧机构的高度限制，更增加了测试难度。

目前用于混合测试的气道稳流试验台主要有两种测试方式：动量计式和叶片式风速仪。第一种动量计式测量方式：避免了在滚流模拟缸套上安装测试装置，使测试系统对气流运动干扰较小，测试结果较为准确，但成本较高，装置复杂，可靠性不佳。第二种叶片式风速仪式测量方式：通过安装在滚流模拟缸套特定位置处叶片式风速仪的转速来测试滚流强度，叶片的结构形式会对气流运动产生一定影响，测量结果需要计算修正。由于叶片式风速仪主体结构需要垂直放置，且装夹不方便，因而其应用受到限制，一直以来只用于测量较大缸径的柴油机缸盖进气道的涡流状态。

本发明的提出不仅能够弥补目前内燃机气道稳流试验台测试的技术缺陷，而且还可满足多缸汽油机测试的要求，实现对发动机缸盖的在线快速检测。

发明内容

本发明目的是，进行内燃机气道稳流试验时，提供一种同时测量汽油机气道涡流及滚流的快速测试系统。

以下对本发明的技术结构以及原理进行说明。可同时测量汽油机气道涡流与滚流的快速测试装置包括：工作台面、连接板、同步电机、联轴器、蜗杆轴、蜗杆轴支架、蜗杆、蜗轮、凸轮轴、凸轮、凸轮轴支架、辊道、方箱、导向套筒、风速仪支架、波纹管、过渡套筒、防护管、连接套筒、稳压筒、密封盘、哑铃型叶片、风速仪主轴、上滚动轴承、下滚动轴承、上轴承盖、下轴承盖、风速仪外套、上定位套、下定位套、霍尔传感器套以及磁芯套等。本发明的技术方案是：工作台面一侧的下方通过两块连接板分别固定有两个同步电机，每个同步电机的旋转轴通过联轴器与蜗杆轴相连，蜗杆轴通过蜗杆轴支架支撑。每个蜗杆轴设有两个蜗杆，每个蜗杆与各自的蜗轮啮合，蜗轮固定于凸轮轴的外端，凸轮位于凸轮轴中间，四个凸轮轴均通过各自的凸轮轴支架支撑。辊道置于工作台面的矩形孔内，辊道用于放置待测缸盖，凸轮轴以线接触方式推动辊道使缸盖产生垂直于工作台面方向上下位移。方箱垂直固定安装于工作台面的下端，方箱内侧为圆筒结构。叶片式风速仪组件通过风速仪支架支撑，风速仪支架两侧分别连接有导向套筒和连接套筒，导向套筒与方箱的内空腔构成90°空心弯头并焊接为一体。方箱上部与待测试气缸盖相连，连接套筒通过波纹管与过渡套筒连接。风速仪支架下侧设有防护管，过渡套筒与工作台面固定为一体，过渡套筒下侧设有稳压筒，稳压筒通过管道连接至压气机，过渡套筒上侧通过密封盘与工作台面固定。风速仪主轴头部装有哑铃型叶片，风速仪主轴装有上、下两个滚动轴承，上轴承盖通过螺纹与风速仪外套相连并压紧上滚动轴承，上定位套用于定位上、下滚动轴承的定位，下定位套压紧下滚动轴承内圈。下轴承端盖左侧通过螺纹与风速仪外套相连以压紧下滚动轴承外圈；下轴承端盖右侧通过螺纹与霍尔传感器套相连。磁芯套与风速仪主轴尾部螺纹相连，霍尔传感器尾部连接密封端盖。

本发明的结构原理是：工作台面下方的两块连接板用于固定两个同步电机，两个蜗杆轴支架用于支撑蜗杆轴，电机驱动蜗杆轴以及蜗轮蜗杆旋转，实现减速运动。辊道用于放置待测缸盖，两蜗轮分别焊接于对应的凸轮轴上，通过凸轮旋转顶起辊道，使得缸盖可在工作台上下移动。方箱上侧圆筒部分与待测试气缸盖相连，方箱与导向套筒的内空腔组成90°空心弯头，通过叶片式风速仪以及相关的传感器等，对气道流动参数进行测定。通过测得位于方箱和导向套筒的风速仪主轴转速可分别获得汽油机气道的涡流强度及滚流强度。

本装置由辊道升降组件、气流导向组件以及叶片式风速仪组件三大部分组成。如果没有辊道升降组件，在进行发动机气道稳流试验时，待测缸盖需要人工托起至方箱上方，与方箱的圆筒部分通过止口定位，随后需要人工将待测缸盖下落与方箱的套筒部分相连接，此过程工作强度高。该辊道升降组件就是为克服以上缺点而设计的。

本发明的有益效果在于：

（1）由于被测汽油机气缸盖能够直接平卧于工作台面上进行流动参数的测试，因此可对四缸以上的多缸发动机气道进行测试；

（2）借助辊道升降组件，可显著提高每个缸盖的检测速度，缩短了测试周期；

（3）该系统可同时测量缸盖气道的涡流强度、滚流强度以及流量系数等参数，测试效率高；

（4）该系统省去人工竖起气缸盖的操作，不必对原有稳流气道试验台的压紧及定位机构进行重新设计，采用偏心设计的叶片式风速仪支架以及波纹管柔性连接使该装置具备体积小、结构紧凑、拆装方便等特点；

（5）叶片式风速仪组件采用密封式设计，旋转阻力小，工作可靠，重复测试数据一致性高；

（6）该系统结合全自动的缸盖进给系统，可填补汽油机气缸盖进气道在线检测的空白。无法使用动量计式测试系统进行进气道滚流状态测试。

除此之外，随着对发动机缸盖进、排气道的性能要求的提高，发动机生产厂家要求内燃机气道稳流试验台能够在生产线上对每一缸盖气道进行逐一检测，上述要求明显增加了气道稳流测试的工作量，降低了测试效率。

附图说明

图1为本发明原理以及技术结构示意图。

图2为本发明中辊道升降组件的局部放大示意图。

图3为图1俯视方向的立体结构简图。

图4为图3的半剖视结构原理图。

图5为叶片式风速仪组件的局部放大示意图。

图6为叶片式风速仪组件剖面示意图。

具体实施方式

以下结合附图并通过实施例对本发明的结构和原理做进一步的说明。

可同时测量汽油机气道涡流与滚流的快速测试装置，由辊道升降组件、气流导向组件以及叶片式风速仪组件三大部分组成。辊道升降组件由连接板、同步电机、联轴器、蜗杆轴、蜗杆轴支架、蜗杆、蜗轮、凸轮轴、凸轮、凸轮轴支架以及辊道部件等组成。气流导向组件由方箱、导向套筒、叶片式风速仪支架、防护管、连接套筒、波纹管、过渡套筒、稳压筒以及密封盘部件等组成。叶片式风速仪组件由哑铃型叶片、风速仪主轴、风速仪外套、上向心滚动轴承、下向心滚动轴承、上轴承盖、上定位套、下轴承盖、霍尔传感器套、磁芯套以及下定位套等部件组成。

其部件组成及技术结构为：工作台面1一侧的下方通过两块连接板2分别固定有两个同步电机3，每个同步电机的旋转轴通过联轴器4与蜗杆轴5相连。蜗杆轴通过蜗杆轴支架6支撑，每个蜗杆轴设有两个蜗杆7，每个蜗杆与各自的蜗轮8啮合。蜗轮固定于凸轮轴9的外端，凸轮10位于凸轮轴中间，四个凸轮轴均通过各自的凸轮轴支架11支撑。辊道12置于工作台面的矩形孔内，辊道用于放置待测缸盖，凸轮轴以线接触方式推动辊道使缸盖产生垂直于工作台面方向上下位移。方箱13垂直固定安装于工作台面的下端，方箱内侧为圆筒结构，叶片式风速仪组件通过风速仪支架15支撑。风速仪支架两侧分别连接有导向套筒14和连接套筒17，导向套筒与方箱的内空腔构成90°空心弯头并焊接为一体，方箱上部与待测试气缸盖相连。连接套筒通过波纹管18与过渡套筒19连接，风速仪支架下侧设有防护管16。过渡套筒与工作台面固定为一体，过渡套筒下侧设有稳压筒20，稳压筒通过管道连接至压气机，过渡套筒上侧通过密封盘21与工作台面固定。套筒与密封盘接触面处设有橡胶圈，以保持其密封性。密封盘有两个作用：一是将过渡套筒顶部密封，使气流只能从上部入口进入，从下部出口流出；另一个是可通过打开密封盘进行叶片式风速仪传感器导线的安装。风速仪主轴23头部装有哑铃型叶片22，风速仪主轴装有上、下两个滚动轴承25、26。上轴承盖27通过螺纹与风速仪外套相连并压紧上滚动轴承，上定位套28用于定位上、下滚动轴承的定位，下定位套32压紧下滚动轴承内圈。下轴承端盖29左侧通过螺纹与风速仪外套相连以压紧下滚动轴承外圈；下轴承端盖右侧通过螺纹与霍尔传感器套30相连。磁芯套31与风速仪主轴尾部螺纹相连，霍尔传感器尾部连接密封端盖。连接板与工作台面焊接，风速仪支架采用偏心设计，过渡套筒与密封盘的接触面采用橡胶圈密封。

为确保流动参数测试数据的有效性以及准确性，使叶片距离方箱轴线的距离为0.5D(D为待测气缸盖气缸直径)；而对于安装于导向套筒内的叶片风速仪组件，使叶片距离方箱轴线的距离为1.75D。

一套完整的内燃机气道稳流试验台，必须配备多种不同缸径的方箱和套筒。由于方箱和过渡套筒的结构尺寸限制以及部件的加工和装配误差，不同直径的套筒与过渡套桶之间的连接会出现管道不同心问题。为了能够适应测量不同缸径的汽油机气缸盖，叶片式风速仪支架采用偏心设计，并通过波纹管将连接套筒和过渡套筒柔性连接到一起，从而避免将过渡套筒、密封盘以及稳压筒也相应换掉，减少了资源浪费，并且提高了测试效率。

对汽油机进气滚流强度、涡流强度以及流量系数的测量之前，启动两个同步电机，将辊道下降至工作台面下方。随后将待测气缸盖放置在辊道上，再次启动两个同步电机，使辊道托起待测缸盖。手推待测缸盖使其沿辊道传送至方箱上方。对正位置后，由同步电机使缸盖下降至与方箱圆筒部分，通过止口定位并连接。将密封盘安放于稳压筒上侧，通过橡胶圈密封。此时，气流只能从汽油机气缸盖进气口进入，从稳压筒排出，各个零部件连接处不允许有漏气现象。将待测汽油机气缸盖的气门升程设置为7mm，从气缸盖进气口进入的气流通过方箱及导向套筒的导向后，进气流动由滚流转变为涡流，此旋流分别驱动（位于方箱和导向套筒内）叶片旋转。霍尔传感器记录转数，并将数据由数据线引出到采集器，通过叶片转速与涡流强度和滚流强度之间的关系，并通过计算修正可得出该气门升程下缸内的涡流强度和滚流强度，从而实现了对涡流及滚流运动的测量。

Claims (3)

1.可同时测量汽油机气道涡流与滚流的快速测试装置，包括工作台面、连接板、同步电机、联轴器、蜗杆轴、蜗杆轴支架、蜗杆、蜗轮、凸轮轴、凸轮、凸轮轴支架、辊道、方箱、导向套筒、风速仪支架、波纹管、过渡套筒、防护管、连接套筒、稳压筒、密封盘、哑铃型叶片、风速仪主轴、上滚动轴承、下滚动轴承、上轴承盖、下轴承盖、风速仪外套、上定位套、下定位套、霍尔传感器套以及磁芯套，其特征在于：工作台面（1）一侧的下方通过两块连接板（2）分别固定有两个同步电机（3），每个同步电机的旋转轴通过联轴器（4）与蜗杆轴（5）相连，蜗杆轴通过蜗杆轴支架（6）支撑，每个蜗杆轴设有两个蜗杆（7），每个蜗杆与各自的蜗轮（8）啮合，蜗轮固定于凸轮轴（9）的外端，凸轮（10）位于凸轮轴中间，四个凸轮轴均通过各自的凸轮轴支架（11）支撑，辊道（12）置于工作台面的矩形孔内，辊道用于放置待测缸盖，凸轮轴以线接触方式推动辊道使缸盖产生垂直于工作台面方向上下位移，方箱（13）垂直固定安装于工作台面的下端，方箱内侧为圆筒结构，叶片式风速仪组件通过风速仪支架（15）支撑，风速仪支架两侧分别连接有导向套筒（14）和连接套筒（17），导向套筒与方箱的内空腔构成90°空心弯头并焊接为一体，方箱上部与待测试气缸盖相连，连接套筒通过波纹管（18）与过渡套筒（19）连接，风速仪支架下侧设有防护管（16），过渡套筒与工作台面固定为一体，过渡套筒下侧设有稳压筒（20），稳压筒通过管道连接至压气机，过渡套筒上侧通过密封盘（21）与工作台面固定，风速仪主轴（23）头部装有哑铃型叶片（22），风速仪主轴装有上、下两个滚动轴承（25、26），上轴承盖（27）通过螺纹与风速仪外套相连并压紧上滚动轴承，上定位套（28）用于定位上、下滚动轴承的定位，下定位套（32）压紧下滚动轴承内圈，下轴承端盖（29）左侧通过螺纹与风速仪外套相连以压紧下滚动轴承外圈；下轴承端盖右侧通过螺纹与霍尔传感器套（30）相连，磁芯套（31）与风速仪主轴尾部螺纹相连，霍尔传感器尾部连接密封端盖。

2.按照权利要求1所述的同时测量汽油机气道涡流及滚流的快速测试系统，其特征是所述系统由辊道升降组件、气流导向组件以及叶片式风速仪组件三大部分组成，辊道升降组件由所述连接板（2）、同步电机（3）、联轴器（4）、蜗杆轴（5）、蜗杆轴支架（6）、蜗杆（7）、蜗轮（8）、凸轮轴（9）、凸轮（10）、凸轮轴支架（11）以及辊道（12）部件组成；气流导向组件由所述方箱（13）、导向套筒（14）、叶片式风速仪支架（15）、防护管（16）、连接套筒（17）、波纹管（18）、过渡套筒（19）、稳压筒（20）以及密封盘（21）部件组成；叶片式风速仪组件由所述哑铃型叶片（22）、风速仪主轴（23）、风速仪外套（24）、上向心滚动轴承（25）、下向心滚动轴承（26）、上轴承盖（27）、上定位套（28）、下轴承盖（29）、霍尔传感器套（30）、磁芯套（31）以及下定位套（32）部件组成。

3.按照权利要求1或2所述可同时测量汽油机气道涡流与滚流的快速测试装置，其特征所述连接板（2）与工作台面（1）焊接，所述风速仪支架（15）采用偏心设计，所述过渡套筒（19）与密封盘（21）的接触面采用橡胶圈密封。

Images