CN105486440A - 活塞组缸套摩擦力无线测量方法及其实施装置 - Google Patents

活塞组缸套摩擦力无线测量方法及其实施装置 Download PDF

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Abstract

一种属于内燃机技术领域的活塞组缸套摩擦力无线测量方法及其实施装置，无线测量装置包括应变片、无线发送模块、接收天线、压力传感器、电荷放大器、光电编码器、信号采集模块、计算机，应变片贴于连杆中部两侧并与无线发送模块相连接，接收天线通过机油底壳加工的信号孔伸入发动机缸内，接收天线与信号采集模块相连接。本发明在平均有效压力指示法(IMEP)的基础上提出了无线测量活塞组缸套摩擦力方法与装置，解决了采用有线测量过程中，发动机工作状态下连杆随曲轴一直处于高速运动中，必须设计特殊的引线装置将信号线导出，导线容易折损，进而使得测量系统失效的问题。本发明设计合理，结构简单，适用于活塞组缸套摩擦力测量系统的优化设计。

Description

活塞组缸套摩擦力无线测量方法及其实施装置
技术领域
本发明涉及发动机测试技术领域，具体涉及一种活塞组缸套摩擦力无线测量方法及其实施装置。
背景技术
随着汽车行业的发展及环保意识的加强，相关法规对发动机节能减排的要求越来越严格。同时，内燃机的紧凑化与强化水平不断在提升，对发动机的高效率与低摩擦性能提出了更高的要求。目前，内燃机中机械摩擦产生的能量损失占所消耗燃料能量的4-15％。众所周知，活塞组摩擦损失占发动机总体机械损失的大部分。提高活塞组与缸套内壁之间的润滑性能对减少发动机摩擦损失具有深远意义。因此测量发动机在不同工况下的摩擦力在设计和改进活塞组-缸套系统中具有关键作用。
目前，对于活塞组-缸套系统摩擦力的测量，应用最为广泛的方法主要是浮动缸套法和平均有效压力指示法(IMEP)。浮动缸套法虽然应用最为广泛，测量最为直接，但需要对发动机进行较大规模的改造，将缸套从气缸缸体中分离开来，需要解决气体的密封和气体力所产生的轴向力的分离问题。因而无法反映真实热机状态下的情况。平均有效压力指示法(IMEP)通过测量连杆作用力及缸内气体力，并计算活塞-连杆的惯性力从而换算出活塞组件的摩擦力。该方法对发动机几乎不用进行改造，但对传感器及测量系统的精度要求很高。
当前，对于连杆轴向力测量的传输主要是通过在连杆上安装应变片后，信号通过导线输进应变仪，由于发动机工作状态下连杆随曲轴一直处于高速运动中，必须设计特殊的引线装置将信号线导出，但是在高速工况下，导线还是很容易发生折损，使测量失效。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种内燃机活塞组缸套摩擦力无线测量方法及其实施装置。
本发明的无线测量方法通过以下技术方案来实现的，本方法包括以下步骤：第一，发动机倒拖或热机状态下，通过上位机触发，同步记录下实验过程中发动机的缸内气体压力及连杆轴向应力及曲轴的转角信息；第二，将测得的缸内气体压力数据或连杆应力数据的变化周期进行识别，然后通过测量系统的采样频率计算出发动机转速；第三，通过相关公式计算获得活塞组及应变片上部的连杆的惯性力；第四，综合测量得到的缸内气体压力，连杆轴向力，活塞组重力及惯性力，应变片上部分连杆惯性力可计算得出发动机活塞组-缸套摩擦力。
本发明还包括一种实施该方法的活塞组缸套摩擦力无线测量装置，本装置包括应变片、无线发送模块、接收天线、压力传感器、电荷放大器、光电编码器、信号采集模块、计算机，应变片贴于连杆中部两侧并与无线发送模块相连接，接收天线通过机油底壳加工的信号孔伸入发动机缸内，接收天线与信号采集模块相连接，光电编码器与实验发动机输出轴相连接，光电编码器信号线与信号采集模块相连接，信号采集模块与计算机相连接。
进一步地，在本发明的无线测量装置中，电阻应变片连接方式采用全桥方式，无线通讯采用Zigbee传输方式，无线模块电路板采用热套管包裹，外壳采用柔性铜皮封装。
本发明的有益效果：本测量装置通过同步测量发动机的缸内气体压力，连杆轴向力间接计算得到发动机活塞组-缸套系统摩擦力，不需要对发动机进行改造，成本较低；在连杆上安装应变片与无线发送模块，通过遥测获得连杆的轴向力，与有线方式相比，不需要针对高速运动副专门设计引线装置，也不存在导线的折损问题，并且安装相对更方便。测得对缸内气体压力数据或连杆应力数据的变化周期进行识别，并通过测试系统中的采样频率计算出发动机的转速，更省时省力。
附图说明
图1为本发明的测量系统示意图；
图2为本发明的工作原理示意图；
图1中:1、实验发动机，2、连杆，3、应变片，4、无线发送模块，5、接收天线，6、压力传感器，7、电荷放大器，8、光电编码器，9、信号采集模块，10、计算机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，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
本发明的实施例如图1、图2所示，本发明包括实验发动机1、连杆2、应变片3、无线发送模块4、接收天线5、压力传感器6、电荷放大器7、光电编码器8、信号采集模块9、计算机10，应变片3贴于连杆2中部两侧并与无线发送模块4相连接，接收天线5通过机油底壳加工的信号孔伸入发动机缸内，接收天线5与信号采集模块9相连接，光电编码器8与实验发动机1输出轴相连接，光电编码器8信号线与信号采集模块9相连接，信号采集模块9与计算机10相连接。
如图2所示，本发明的工作原理图：首先，打开无线发送模块4，让其处于待机状态，准备工作完毕后，启动实验发动机1，在计算机10通过上位机软件唤醒无线发送模块4，在上位机软件中设置一个触发按钮，点击触发按钮后，计算机10根据光电编码器8的脉冲信号触发采样，无线发送模块4采集应变片3测得的连杆2的应变量后发送给信号采集模块9，信号采集模块9通过接收天线5接收到发动机运转过程中连杆2的应变量，与此同时，信号采集模块9通过电荷放大器7采集压力传感器6测得的缸内气体压力数据，同时，通过光电编码器8采集曲轴的转角数据。信号采集模块9将所有的信号数据通过USB接线或者1394火线传给计算机10，计算机10通过上位机软件将测得的缸内气体压力数据或连杆应力数据的变化周期进行识别，然后通过测量系统的采样频率计算出发动机转速，然后通过相关公式计算获得活塞组及应变片上部的连杆的惯性力，综合上述测量得到的缸内气体压力，连杆轴向力，活塞组重力及惯性力，应变片上部分连杆惯性力可通过平衡方程计算得出发动机活塞组-缸套摩擦力。
本发明在平均有效压力指示法(IMEP)的基础上提出了无线测量活塞组-缸套摩擦力方法与装置，解决了采用有线测量过程中，发动机工作状态下连杆随曲轴一直处于高速运动中，必须设计特殊的引线装置将信号线导出，导线容易折损，进而使得测量失效的问题，增加了测量的可靠性，降低了测量难度；提出对测得的缸内气体压力数据或连杆应力数据的变化周期进行识别，并通过测试系统中设置的采样频率计算出发动机的转速，更省时省力。
本发明通过具体实施过程进行说明的，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明利进行各种变换及等同代替，因此，本发明专利不局限于所公开的具体实施过程，而应当包括落入本发明专利权利要求范围内的全部实施方案。

Claims (5)

1.一种活塞组缸套摩擦力无线测量方法，其特征在于包括以下步骤：第一，发动机倒拖或热机状态下，通过上位机触发，同步记录下实验过程中发动机的缸内气体压力及连杆轴向应力及曲轴的转角信息；第二，将测得的缸内气体压力数据或连杆应力数据的变化周期进行识别，然后通过测量系统的采样频率计算出发动机转速；第三，通过相关公式计算获得活塞组及应变片上部的连杆的惯性力；第四，综合测量得到的缸内气体压力，连杆轴向力，活塞组重力及惯性力，应变片上部分连杆惯性力可计算得出发动机活塞组-缸套摩擦力。
2.一种实施权利要求1所述方法的活塞组缸套摩擦力无线测量装置，其特征在于，包括应变片、无线发送模块、接收天线、压力传感器、电荷放大器、光电编码器、信号采集模块、计算机，应变片贴于连杆中部两侧并与无线发送模块相连接，接收天线通过机油底壳加工的信号孔伸入发动机缸内，接收天线与信号采集模块相连接，光电编码器与实验发动机输出轴相连接，光电编码器信号线与信号采集模块相连接，信号采集模块与计算机相连接。
3.根据权利要求2所述的活塞组缸套摩擦力无线测量装置，其特征在于电阻应变片连接方式采用全桥方式。
4.根据权利要求3所述的活塞组缸套摩擦力无线测量装置，其特征在于无线通讯采用Zigbee传输方式。
5.根据权利要求4所述的活塞组缸套摩擦力无线测量装置，其特征在于无线模块电路板采用热套管包裹，外壳采用柔性铜皮封装。
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