CN103335686A - 发动机气缸容积动态测量方法及装置 - Google Patents

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金隼
李鲁
林忠钦
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Abstract

一种活塞式内燃机技术领域的发动机气缸容积动态测量方法及装置，本发明通过将测量装置设置于发动机的火花塞孔内，测量装置与发动机的燃烧室构成一个共鸣器，采集气缸内的空气振动信号并通过信号处理获得内腔空气的共振频率；使用共振频率计算气缸的内腔容积；根据气缸的内腔容积，得出最小内腔容积，将气缸总容积与最小内腔容积相比得到压缩比。本发明能动态测量发动机气缸的容积并计算压缩比，无需拆下缸体缸盖，操作简单快速，测量精度高，可以一次性测量所有气缸的压缩比，且可实现在线测量。

Description

发动机气缸容积动态测量方法及装置
技术领域
本发明涉及的是一种活塞式内燃机技术领域的方法及装置，具体是一种发动机气缸容积动态测量方法及装置。
背景技术
压缩比是影响发动机性能的重要参数，它是气体压缩前的容积与压缩后的体积之比，即气缸总容积与燃烧室容积之比。在发动机研发与标定的过程中，都需要测量压缩比，测量压缩比的关键在于测量气缸的最小容积。目前，测量发动机压缩比都是采用滴定法。滴定法的操作步骤是，拆下气缸盖与气缸体，用百分表找到活塞上止点，再用滴定管或电子滴定器向燃烧室内滴入液体，分别测量出缸体部分燃烧室容积和缸盖燃烧室容积，然后根据公式计算压缩比。滴定法操作繁琐，测量效率低，且易受气泡等因素影响而致使测量精度不高，无法满足在线测量的要求。
经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101680364，公开日2010-03-24，记载了一种测量可变压缩比发动机中至少一个气缸的有效容积比的装置，所述装置包括至少一目标行程传感器以及计算机，所述目标行程传感器连接到气缸座上并检测连接到所述发动机的活塞上的至少一个目标，所述目标行程传感器与所述发动机的曲轴的至少一个角度位置传感器相互配合。但该技术活塞位置是基于由安装在所述齿条上的传感器测定的控制齿条的位置计算的，由活塞的位置间接计算得到气缸容积，因此所得的气缸容积和压缩比达不到所需的精度要求。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种发动机气缸容积动态测量装置，该装置在测量时无需拆开缸体缸盖，能快速、准确地同时测量各个气缸的容积及压缩比，并可实现在线测量。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种发动机压缩比测量方法，包括以下步骤：
步骤一、将测量装置设置于发动机的火花塞孔内，测量装置与发动机的燃烧室构成一个共鸣器，采集气缸内的空气振动信号并通过信号处理获得内腔空气的共振频率；
步骤二、使用共振频率计算气缸的内腔容积；
步骤三、根据步骤二的气缸的内腔容积，得出最小内腔容积，将气缸总容积与最小内腔容积相比得到该气缸的压缩比。
所述的信号处理具体是：对采集的空气振动信号滤波处理后，进行频谱分析，提取共振频率。
所述的步骤二的计算公式为：
Figure BDA00003515071200021
其中：f为共振频率，V为气缸的内腔容积，l、S分别为测量装置中声学管的截面积和长度，c为声速。
本发明涉及一种实现上述方法的装置，包括：测量装置、夹具装置、曲轴驱动装置和电气装置，其中：测量装置设置于发动机的火花塞孔内，夹具装置用于定位发动机，曲轴驱动装置与发动机的曲轴相连并带动曲轴转动，电气装置分别与测量装置和曲轴驱动装置连接；
测量装置包括若干与气缸数量相对应的探测端，每个探测端包括：圆柱形声学管、扬声器和传声器，其中：圆柱形声学管的一端开口并与气缸的燃烧室相通，另一端由导线与电气系统连接，扬声器和传声器分别设置于圆柱形声学管内，分别用于发生与采集信号。
所述的夹具装置包括：定位导块和夹紧机构，其中：定位导块设置于发动机的底部四个角，夹紧机构设置于发动机的底部两侧。
所述的曲轴驱动装置包括：依次相连的步进电机、减速器、联轴器和直线滑台，其中：联轴器与发动机的曲轴相连，直线滑台设置于步进电机的底部。
所述的电气装置包括：PLC、电机驱动器、信号处理模块，其中：PLC与电机驱动器相连，PLC通过数据采集卡与信号处理模块进行通信，实现自动化测量。
本发明能动态测量发动机气缸的容积并计算压缩比，无需拆下缸体缸盖，操作简单快速，测量精度高，可以一次性测量所有气缸的压缩比，且可实现在线测量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为探测端的结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将测量装置设置于发动机的火花塞孔内，测量装置与发动机的燃烧室构成一个共鸣器，采集气缸内的空气振动信号并通过信号处理获得内腔空气的共振频率；
步骤二、使用共振频率计算气缸的内腔容积；
步骤三、根据步骤二的气缸的内腔容积，得出最小内腔容积，将最小内腔容积于气缸总容积相比得到压缩比。
所述的信号处理具体是：对采集的空气振动信号滤波处理后，进行频谱分析，提取共振频率。
所述的步骤二的计算公式为：
Figure BDA00003515071200031
其中：f为共振频率，V为气缸的内腔容积，l、S分别为测量装置中声学管的截面积和长度，c为声速。
实施例2
如图1所示，本实施例包括：测量装置、夹具装置、曲轴驱动装置和电气装置7，其中：测量装置设置于发动机13的火花塞孔内，夹具装置用于定位发动机13，曲轴驱动装置与发动机13的曲轴12相连并带动曲轴12转动，电气装置7分别与测量装置和曲轴12驱动装置连接；
本实施例的气缸数量为4个。
如图2所示，测量装置包括四个探测端1，每个探测端1包括：圆柱形声学管14、扬声器16和传声器17，其中：圆柱形声学管14的一端开口并与气缸的燃烧室18相通，另一端由导线15与电气装置7连接，扬声器16和传声器17分别设置于圆柱形声学管14内，分别用于发生与采集信号。
所述的夹具装置包括：定位导块10和夹紧机构9，其中：定位导块10设置于发动机13的底部四个角，夹紧机构9设置于发动机13的底部两侧。
所述的曲轴12驱动装置包括：依次相连的步进电机4、减速器3、联轴器2和直线滑台8，其中：联轴器2与发动机13的曲轴12相连，直线滑台8设置于步进电机4的底部。步进电机4与直线滑台8之间设置电机支架5。
曲轴12转动后，带动气缸的燃烧室18内的活塞19运动。
所述的电气装置7包括：PLC、电机驱动器、信号处理模块，其中：PLC与电机驱动器相连，PLC通过数据采集卡与信号处理模块进行通信，实现自动化测量。
电气装置7与人机界面6相连。
所述的发动机13的底部设置底座11。
待测工件定位完毕后，用夹紧机构9夹紧，拆下各缸火花塞，将四个探测端1从各火花塞孔插入，步进电机4带动曲轴12旋转，探测端1内的扬声器16发生信号，传声器17采集气缸燃烧室内的振动信号，所采集的信后由信号处理模块进行处理，根据测得的共振频率计算出变化的气缸容积，再由最小容积得出压缩比。

Claims (7)

1.一种发动机压缩比测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将测量装置设置于发动机的火花塞孔内，测量装置与发动机的燃烧室构成一个共鸣器，采集气缸内的空气振动信号并通过信号处理获得内腔空气的共振频率；
步骤二、使用共振频率计算气缸的内腔容积；
步骤三、根据步骤二的气缸的内腔容积，得出最小内腔容积，将最小内腔容积于气缸总容积相比得到压缩比。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的信号处理具体是：对采集的空气振动信号滤波处理后，进行频谱分析，提取共振频率。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，所述的步骤二的计算公式为：其中：f为共振频率，V为气缸的内腔容积，l、S分别为测量装置中声学管的截面积和长度，c为声速。
4.一种实现权利要1-3任一项所述方法的装置，其特征在于，包括：测量装置、夹具装置、曲轴驱动装置和电气装置，其中：测量装置设置于发动机的火花塞孔内，夹具装置用于定位发动机，曲轴驱动装置与发动机的曲轴相连并带动曲轴转动，电气装置分别与测量装置和曲轴驱动装置连接；
测量装置包括若干与气缸数量相对应的探测端，每个探测端包括：圆柱形声学管、扬声器和传声器，其中：圆柱形声学管的一端开口并与气缸的燃烧室相通，另一端由导线与电气系统连接，扬声器和传声器分别设置于圆柱形声学管内，分别用于发生与采集信号。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征是，所述的夹具装置包括：定位导块和夹紧机构，其中：定位导块设置于发动机的底部四个角，夹紧机构设置于发动机的底部两侧。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征是，所述的曲轴驱动装置包括：依次相连的步进电机、减速器、联轴器和直线滑台，其中：联轴器与发动机的曲轴相连，直线滑台设置于步进电机的底部。
7.根据权利要求4所述的装置，其特征是，所述的电气装置包括：PLC、电机驱动器、信号处理模块，其中：PLC与电机驱动器相连，PLC通过数据采集卡与信号处理模块进行通信，实现自动化测量。
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