CN105136373A - 测量点火状态下活塞与缸套间摩擦力及活塞侧推力的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量点火状态下活塞与缸套间摩擦力及活塞侧推力的装置，包括浮动缸套（1）、活塞（2）、缸盖（3）、固定缸体（7）和水套（10），水套（10）固定设置在浮动缸套（1）的外表面上，其特征在于：还包括三分力传感器（8），三分力传感器（8）一端通过三分力传感器固定侧安装台（6）和固定缸体（7）连接，三分力传感器（8）另一端通过三分力传感器浮动侧安装台（9）和水套（10）连接；还包括气体平衡机构（5），以抵消高压燃气作用在本测量装置的浮动部分向下的力从而消除该力对活塞与缸套间摩擦力测量的影响；气体平衡机构（5）设置在浮动缸套（1）和水套（10）的外壁、缸盖（3）以及固定缸体（7）内壁围成的空间内。

Description

测量点火状态下活塞与缸套间摩擦力及活塞侧推力的装置

技术领域

本发明属于车用内燃机的测试领域，具体涉及一种测量点火状态下活塞与缸套间摩擦力及活塞侧推力的装置。

背景技术

当前，矿物性燃料已经接近枯竭，相应的油耗法规日趋严格。对于车用内燃机而言，如何降低燃油消耗，成为非常重要而且必须开展的工作。在改善燃油经济性的诸多技术中，降低摩擦损失是非常关键和基础性的技术。一般而言，活塞组和缸套之间的摩擦损失占到车用内燃机总摩擦损失的50%左右，所以应该尽可能地降低这一部分的摩擦损失，进而改善燃油消耗。为了更好地研究活塞组和缸套之间的摩擦情况，明确降摩擦技术的实际效果，精确测量其摩擦力就变得尤为重要。在车用内燃机的点火状态下，测量活塞组和缸套摩擦力的方法一般分为两大类，即平均指示压力法和浮动缸套法。对于平均指示压力法，这种方法对传感器精度要求非常高，同时也对测量仪表的误差很敏感，虽然这种方法相对易于实现，但测量精度不容易保证。对于浮动缸套法，现有技术中，这种方法通常情况下只能测量活塞组和缸套之间的轴向作用力，而为了更加细致全面的研究两者之间的摩擦情况，仅仅测量一个方向的作用力是不够的，活塞组对缸套的径向作用力也必须进行测量。

而且，在采用浮动缸套法精确测量点火状态下活塞组和缸套之间的摩擦力时，有三个问题必须解决：其一、应该尽可能地减小缸内高压气体对测量结果所产生的不利影响。车用内燃机在点火状态时，高压燃气会作用于缸套的上端面，产生与所测摩擦力平行的轴向作用力，这个作用力是摩擦力测量所不希望出现的，但这个力又是客观存在的，所以，为了实现精确测量，必须设法对这一高压燃气所产生的作用力进行平衡，避免其对测量的结果产生显著的影响。其二、传感器的选择和合理布置问题。要实现同时测量活塞组和缸套之间的轴向作用力和径向作用力，又要保证测量精度和测量系统的可靠性。其三、测量过程中缸套的径向支撑问题。内燃机运行时，活塞组对缸套的侧推力明显比不点火状态下要大，这就对缸套产生了比较大冲击，影响摩擦力的测量精度和测试系统的可靠性。

发明内容

为了解决上述存在的技术问题，本发明设计了一种测量点火状态下活塞与缸套间摩擦力及活塞侧推力的装置。在点火状态下，解决了缸内高压燃气对测量精度的不利影响问题，并且在实现两者径向力测量的同时，解决了缸套的径向支撑问题。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：

一种测量点火状态下活塞与缸套间摩擦力及活塞侧推力的装置，包括浮动缸套（1）、活塞（2）、缸盖（3）、固定缸体（7）和水套（10），水套（10）固定设置在浮动缸套（1）的外表面上，其特征在于：还包括三分力传感器（8），三分力传感器（8）设置在水套（10）和固定缸体（7）之间，以测量点火状态下活塞（2）和浮动缸套（1）之间的摩擦力以及活塞（2）的侧推力，同时也充当浮动缸套（1）的径向支架。

进一步，三分力传感器（8）一端通过三分力传感器固定侧安装台（6）和固定缸体（7）连接，三分力传感器（8）另一端通过三分力传感器浮动侧安装台（9）和水套（10）连接。

进一步，三分力传感器（8）有上下两组，每组两个。

进一步，还包括气体平衡机构（5），以抵消点火状态下高压燃气作用在浮动缸套（1）和水套（10）上的力从而消除该力对活塞（2）与浮动缸套（1）间摩擦力测量的影响；气体平衡机构（5）设置在浮动缸套（1）和水套（10）的外壁、缸盖（3）以及固定缸体（7）内壁围成的空间内，并位于三分力传感器（8）的上方。

进一步，气体平衡机构（5）包括气体平衡腔上盖（51）、气体平衡腔下盖（52）和气体平衡腔密封底座（54），气体平衡腔密封底座（54）带有密封垫片（11），气体平衡腔上盖（51）、气体平衡腔下盖（52）和气体平衡腔密封底座（54）围成一空腔形成气体平衡腔（53），气体平衡腔（53）通过气体平衡孔（511）与浮动缸套（1）和缸盖（3）形成的空腔连通；气体平衡腔密封底座（54）一侧和固定缸体（7）内壁固连，气体平衡腔上盖（51）的一端和水套（10）的外壁连接。

进一步，气体平衡腔密封底座（54）上加工有凹槽结构以容纳气体平衡腔下盖（52）；气体平衡腔下盖（52）上设置有一突起结构，该突起结构与气体平衡腔上盖(51)的另一端配合工作从而对气体平衡腔上盖(51)起支撑作用并对气体平衡腔上盖(51)进行径向定位。

进一步，气体平衡孔（511）设置在气体平衡腔上盖(51)上和水套（10）外壁连接的一端端部。

进一步，点火状态的高压燃气对本测量装置的浮动部分产生向下作用力的作用面积和高压燃气通过气体平衡孔（511）进入到气体平衡腔（53）内且对本测量装置的浮动部分产生向上作用力的作用面积相同；本测量装置的浮动部分包括浮动缸套（1）、水套（10）、三分力传感器浮动侧安装台（9）以及气体平衡机构（5）中的气体平衡腔上盖（51）和气体平衡腔下盖(52)。

该测量点火状态下活塞与缸套间摩擦力及活塞侧推力的装置具有以下有益效果：

（1）本发明设置了气体平衡机构，通过采用平衡腔，使得高压燃气作用在测量装置浮动部分上的力得以抵消，从而消除了其对活塞与浮动缸套间摩擦力测量的影响。

（2）本发明在力传感器的选择上，采用四个高精度、高测量频率的三分力传感器，三分力传感器分为两组，每组两个，设置在整个测量装置的浮动部分和固定部分之间，在实现测量活塞和缸套之间的摩擦力（轴向力）和侧推力（径向力）的同时，也充当了缸套径向支架。

附图说明

图1：本发明测量点火状态下活塞与缸套间摩擦力及活塞侧推力的装置的结构示意图；

图2：本发明中气体平衡机构的结构示意图。

附图标记说明：

1—浮动缸套；2—活塞；3—缸盖；4—垫圈；5—气体平衡机构；51—气体平衡腔上盖；511—气体平衡孔；52—气体平衡腔下盖；53—气体平衡腔；54—气体平衡腔密封底座；6—三分力传感器固定侧安装台；7—固定缸体；8—三分力传感器；9—三分力传感器浮动侧安装台；10—水套；11—密封垫。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明做进一步说明：

图1和图2示出了一种测量点火状态下活塞与缸套间摩擦力及活塞侧推力的装置，包括浮动缸套1、活塞2、缸盖3、垫圈4、气体平衡机构5、三分力传感器固定侧安装台6、固定缸体7、三分力传感器8、三分力传感器浮动侧安装台9和水套10，三分力传感器8有上下两组，每组两个。三分力传感器8一端通过三分力传感器固定侧安装台6和固定缸体7连接，三分力传感器8另一端通过三分力传感器浮动侧安装台9和水套10连接，水套10设置在浮动缸套1的外表面上，这样三分力传感器8不仅可以测量活塞2和浮动缸套1之间的摩擦力（轴向力）和侧推力（径向力），同时也充当了浮动缸套1径向支架。气体平衡机构5设置在浮动缸套1和水套10的外壁、缸盖3以及固定缸体7内壁围成的空间内，位于三分力传感器8的上方。气体平衡机构5包括气体平衡腔上盖51、气体平衡腔下盖52和气体平衡腔密封底座54，气体平衡腔密封底座54和固定缸体7固连，气体平衡腔密封底座54上加工有凹槽结构以容纳气体平衡腔下盖52，气体平衡腔下盖52上设置有一突起结构。气体平衡腔上盖51一端和水套10的外壁连接，气体平衡腔上盖51另一端和气体平衡腔下盖52上的突起结构配合工作从而对气体平衡腔上盖51起到支撑作用并对气体平衡腔上盖51进行径向定位。气体平衡腔上盖51、气体平衡腔下盖52和气体平衡腔密封底座54围成一空腔，也即气体平衡腔53，气体平衡腔密封底座54带有密封垫片11进行密封，气体平衡腔53通过气体平衡孔511与浮动缸套1和缸盖3形成的空腔连通，气体平衡孔511设置在气体平衡腔上盖51上和水套10外壁连接的一端端部。本装置中浮动缸套1、水套10、三分力传感器浮动侧安装台9以及气体平衡机构5中的气体平衡腔上盖51和气体平衡腔下盖52组成浮动部分，本装置中三分力传感器固定侧安装台6和缸体7组成固定部分，浮动部分通过三分力传感器8和固定部分相连接，气体平衡腔密封底座54和固定缸体7固连。

当内燃机在点火状态运行时，高压燃气会进入浮动缸套1与缸盖3之间所形成的腔体内部，并作用在宽度为a的环带上，如图2所示，会对测量装置的浮动部分产生向下的作用力，而与此同时，高压燃气也会通过气体平衡孔511进入到气体平衡腔53内，作用在宽度为b的环带上，对测量装置的浮动部分产生向上的作用力。当宽度为a的环带和宽度为b的环带的面积相同时，作用在a宽度环带上的向下的作用力与作用于b宽度环带上的向上的作用力就相互抵消，同时，进入气体平衡腔53内的高压燃气作用于b宽度环带上的作用力的反作用力向下通过带密封垫片11的气体平衡腔密封底座54传递到测量装置的固定部分，也即固定缸体7，这样，高压燃气对浮动部分产生的作用力就得以平衡。

本发明所涉及的测量装置设置了缸内高压燃气的气体平衡机构，通过采用平衡腔，使得高压燃气作用在测量装置浮动部分上的力得以抵消，从而消除了其对摩擦力测量的影响。在力传感器的选择上，采用四个高精度、高测量频率的三分力传感器，分为两组，每组两个，设置在整个测量装置的浮动部分和固定部分之间，在实现测量活塞和缸套之间的摩擦力（轴向力）和活塞侧推力（径向力）的同时，也充当了浮动缸套径向支架。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种测量点火状态下活塞与缸套间摩擦力及活塞侧推力的装置，包括浮动缸套（1）、活塞（2）、缸盖（3）、固定缸体（7）和水套（10），水套（10）固定设置在浮动缸套（1）的外表面上，其特征在于：还包括三分力传感器（8），三分力传感器（8）设置在水套（10）和固定缸体（7）之间，以测量点火状态下活塞（2）和浮动缸套（1）之间的摩擦力以及活塞（2）的侧推力，同时也充当浮动缸套（1）的径向支架。

2.根据权利要求1所述的测量点火状态下活塞与缸套间摩擦力及活塞侧推力的装置，其特征在于：三分力传感器（8）一端通过三分力传感器固定侧安装台（6）和固定缸体（7）连接，三分力传感器（8）另一端通过三分力传感器浮动侧安装台（9）和水套（10）连接。

3.根据权利要求1或2所述的测量点火状态下活塞与缸套间摩擦力及活塞侧推力的装置，其特征在于：三分力传感器（8）有上下两组，每组两个。

4.根据权利要求1或2所述的测量点火状态下活塞与缸套间摩擦力及活塞侧推力的装置，其特征在于：还包括气体平衡机构（5），以抵消点火状态下高压燃气作用在浮动缸套（1）和水套（10）上的力从而消除该力对活塞（2）与浮动缸套（1）间摩擦力测量的影响；气体平衡机构（5）设置在浮动缸套（1）和水套（10）的外壁、缸盖（3）以及固定缸体（7）内壁围成的空间内，并位于三分力传感器（8）的上方。

5.根据权利要求4所述的测量点火状态下活塞与缸套间摩擦力及活塞侧推力的装置，其特征在于：气体平衡机构（5）包括气体平衡腔上盖（51）、气体平衡腔下盖（52）和气体平衡腔密封底座（54），气体平衡腔密封底座（54）带有密封垫片（11），气体平衡腔上盖（51）、气体平衡腔下盖（52）和气体平衡腔密封底座（54）围成一空腔形成气体平衡腔（53），气体平衡腔（53）通过气体平衡孔（511）与浮动缸套（1）和缸盖（3）形成的空腔连通；气体平衡腔密封底座（54）一侧和固定缸体（7）内壁固连，气体平衡腔上盖（51）的一端和水套（10）的外壁连接。

6.根据权利要求5所述的测量点火状态下活塞与缸套间摩擦力及活塞侧推力的装置，其特征在于：气体平衡腔密封底座（54）上加工有凹槽结构以容纳气体平衡腔下盖（52）；气体平衡腔下盖（52）上设置有一突起结构，该突起结构与气体平衡腔上盖(51)的另一端配合工作从而对气体平衡腔上盖(51)起支撑作用并对气体平衡腔上盖(51)进行径向定位。

7.根据权利要求5或6所述的测量点火状态下活塞与缸套间摩擦力及活塞侧推力的装置，其特征在于：气体平衡孔（511）设置在气体平衡腔上盖(51)上和水套（10）外壁连接的一端端部。

8.根据权利要求5、6或7所述的测量点火状态下活塞与缸套间摩擦力及活塞侧推力的装置，其特征在于：点火状态的高压燃气对本测量装置的浮动部分产生向下作用力的作用面积和高压燃气通过气体平衡孔（511）进入到气体平衡腔（53）内且对本测量装置的浮动部分产生向上作用力的作用面积相同；本测量装置的浮动部分包括浮动缸套（1）、水套（10）、三分力传感器浮动侧安装台（9）以及气体平衡机构（5）中的气体平衡腔上盖（51）和气体平衡腔下盖(52)。