CN106555699A - 活塞装置及测试发动机缸孔变形的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种活塞装置及测试发动机缸孔变形的系统，该活塞装置包括：活塞本体；以及位移传感器，内嵌安装于活塞本体的外表面上，用于在活塞本体工作过程中检测发动机缸孔的形变并输出检测信号。由此，可以实现发动机缸孔变形的动态测试。在发动机的工作过程中，能够实时测量发动机缸孔的形变量，从而可以为缸体设计、缸孔变形仿真计算、可靠性试验提供准确的形变值。
Description
技术领域
本发明涉及发动机领域，具体地，涉及一种活塞装置及测试发动机缸孔变形的系统。
背景技术
随着科学技术的不断进步，汽车行业取得了突飞猛进的发展，对应的排放法规越来越严格，用户对发动机性能的要求也日益提高。发动机缸体作为内燃机的重要组成部分，缸孔变形直接影响缸体和活塞环的贴合。缸孔变形过大使活塞环的密封性变差，内燃机的漏气量随之上升，导致机油消耗量增加、排放恶化。因此，量化并严格控制缸孔变形显得尤为重要，缸体结构设计、测试试验和制造也成为了发动机开发中的重要工作。
目前，测量发动机缸孔变形的方法主要是冷态条件静态测量。但在发动机实际运转过程中，由于受到燃烧气体产生的压力、温度及活塞敲击力等的作用，缸孔的动态变形远远大于缸孔的静态变形；现有的缸孔变形动态测试需要对发动机结构做较大的改动，且结构复杂、可靠性差，难以投入实际应用。
发明内容
本发明的目的是针对无法简单可靠地动态测试发动机缸孔变形的问题，提供一种活塞装置及测试发动机缸孔变形的系统。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，本发明提供一种活塞装置，该活塞装置包括：活塞本体；以及位移传感器，内嵌安装于所述活塞本体的外表面上，用于在活塞本体工作过程中检测发动机缸孔的形变并输出检测信号。
优选地，所述位移传感器安装在所述活塞本体的头部。
优选地，所述位移传感器安装在所述活塞本体的头部的第一气环环岸处。
优选地，所述位移传感器为多个，并且多个位移传感器沿所述活塞本体轴向均匀分布在所述活塞本体的外表面。
优选地，所述位移传感器包括多组位移传感器组，每组位移传感器组包括多个位移传感器，并且多组位移传感器组沿所述活塞本体轴向均匀分布在所述活塞本体的外表面。
优选地，所述活塞装置还包括保护导管，所述位移传感器的导线置于所述保护导管内。
优选地，所述保护导管与所述活塞本体之间为浮动连接。
优选地，所述活塞本体具有中空的裙部，在所述活塞本体的外表面上形成有至少一个贯穿该外表面的通孔，所述位移传感器位于所述通孔中，所述保护导管的一端插入所述通孔中，另一端在所述裙部内部延伸。
优选地，所述保护导管为多个，所述活塞装置还包括导管连接件，位于所述活塞本体的内部，所述导管连接件用于连接多个保护导管。
优选地，在所述活塞本体的裙部内侧固定有电池，该电池与所述位移传感器电连接。
根据本发明的另一方面，本发明还提供一种测试发动机缸孔变形的系统，该系统包括：根据本发明提供的所述活塞装置；以及信号处理单元，用于接收来自所述活塞装置中的所述位移传感器输出的检测信号，所述信号处理单元包括：模数转换模块，用于将检测信号转换成数字信号；以及存储模块，用于将转换后的数字信号进行存储。
优选地，所述信号处理单元还包括信号调理模块，用于将接收到的所述检测信号进行放大和滤波，并将放大和滤波后的检测信号输出到所述模数转换模块。
优选地，所述信号处理单元固定在所述活塞本体的裙部内侧。
优选地，该系统还包括电池，固定在所述活塞本体的裙部内侧，并与所述位移传感器、所述信号处理单元电连接。
优选地，所述信号处理单元固定在所述活塞本体的裙部内侧，沿所述活塞本体径向与所述电池的固定位置相对。
优选地，所述存储模块包括：存储元件，用于存储发动机缸孔形变的数据；以及处理元件，与所述模数转换模块连接，用于将接收到的数字信号存储到存储元件中。
优选地，所述存储元件是可插拔的。
通过上述技术方案，可以实现发动机缸孔变形的动态测试。在发动机的工作过程中，能够实时测量发动机缸孔的形变量，从而可以为缸体设计、缸孔变形仿真计算、可靠性试验提供准确的形变值。此外，所测得的缸孔形变量具有精度高、误差小的特点。整个系统制造简单、成本低、安装调试方便、并且运行可靠，为缸体轻量化设计、试验测试、节能环保、降低排放等设计提供了重要的测试技术手段。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是根据本发明的一种实施方式提供的活塞装置沿轴向的截面图。
图2是根据本发明的一种实施方式提供的活塞装置沿径向的截面图。
图3是根据本发明的另一种实施方式提供的活塞装置沿径向的截面图。
图4是根据本发明的另一种实施方式提供的活塞装置沿轴向的截面图。
图5是根据本发明的一种实施方式提供的测试发动机缸孔变形的系统的结构框图。
图6是根据本发明的另一种实施方式提供的测试发动机缸孔变形的系统的结构框图。
图7是根据本发明的另一种实施方式提供的活塞装置沿轴向的截面图。
图8是根据本发明的一种实施方式提供的存储模块的结构框图。
附图标记说明
10 测试发动机缸孔变形的系统 100 活塞装置
101 活塞本体 102 位移传感器
103 保护导管 104 导管连接件
105 电池 106 活塞本体的头部
107 活塞本体的裙部 108 通孔
200 信号处理单元 201 模数转换模块
202 存储模块 203 信号调理模块
2021 存储元件 2022 处理元件
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指相对于活塞正常工作时的方向。
图1是根据本发明的一种实施方式提供的活塞装置沿轴向的截面图。如图1所示，该活塞装置100可以包括：活塞本体101；以及位移传感器102，内嵌安装于活塞本体101的外表面上，用于在活塞本体101工作过程中检测发动机缸孔的形变并输出检测信号。
正常情况下，发动机的活塞与缸孔是贴合的关系，因此，将位移传感器102安装在活塞本体101的外表面上，能够对缸孔的形变进行检测。
位移传感器102可以包括多种形式的位移传感器，例如：电涡流式位移传感器、霍尔式位移传感器、电容式位移传感器、电感式位移传感器等等。本发明使用的是电涡流式位移传感器，该位移传感器是非接触式的线性化计量工具，在往复式机械运动中能够准确地测量出被测体与探头端面静态与动态的相对位移，长期工作可靠性好，灵敏度高。不过应当理解的是，本发明中所述的位移传感器102并不限于此。
由此，发动机工作过程中，活塞本体101外表面上的位移传感器102能够准确、动态地检测发动机缸孔的形变并输出检测信号。下面将进一步结合附图详细描述活塞本体101和位移传感器102的具体实施方式。
首先，位移传感器102的安装位置可以在活塞本体101外表面的任何位置，例如，安装在活塞本体101的头部106或者裙部107。优选情况下，如图1所示，位移传感器102安装在活塞本体101的头部106。更进一步的，安装在活塞本体101的头部106的第一气环环岸处。虽然本发明列举了位移传感器安装位置的具体实施方式，但是本发明并不限于此，其他符合本发明要求的具体实施方式也属于本发明。
根据发动机的工作原理，在压缩过程中，活塞需要向上运动来压缩缸体内部的气体，使得缸体内部油气混合物的燃烧具有更大的能量。因此在本发明的优选实施方式中，将位移传感器102安装在活塞本体101的头部106的第一气环环岸处，在此处检测到的发动机缸孔的形变信号对发动机的设计更有帮助。
图2是根据本发明的一种实施方式提供的活塞装置沿径向的截面图。优选情况下，如图2所示，位移传感器102的数量为多个，并且多个位移传感器102可以沿活塞本体101的轴向均匀分布在活塞本体101的外表面。
由此，多个位移传感器102可以从多个方位测量缸孔的形变，从而得到整个缸孔变形的数据，使检测信号更加准确可靠。
在另一实施方式中，位移传感器102还可以包括多组位移传感器组，每组位移传感器组可以包括多个位移传感器，并且多组位移传感器组沿活塞本体101轴向均匀分布在活塞本体101的外表面。如图2所示，可以采用3个位移传感器为一组位移传感器组。
图3是根据本发明的另一种实施方式提供的活塞装置沿径向的截面图。如图3所示，优选情况下，活塞装置100还可以包括保护导管103，位移传感器102的导线可以置于保护导管103内。
这样，通过保护导管103的保护，能够避免在发动机工作过程中，由活塞本体101做往复运动而造成的位移传感器102的导线纠缠不清的问题，从而使得位移传感器102可以更高效地工作。
保护导管103与活塞本体101之间的连接可以有多种方式，例如：刚性连接、弹性连接等等。优选情况下，保护导管103与活塞本体101之间可以为浮动连接。这种连接方式更能够适应活塞本体101在工作时的往复运动，能够达到预期的保护效果。
优选情况下，如图3所示，活塞本体101具有中空的裙部107，并且在活塞本体101的外表面上形成有至少一个贯穿该外表面的通孔108，位移传感器102可以位于通孔108中，保护导管103的一端插入该通孔108中，另一端在裙部107内部延伸。这种安装方式可以使位移传感器102与保护导管103之间的连接更牢固，不易脱落，受活塞本体101的往复式运动影响较小。
如图3所示，优选情况下，保护导管103为多个，活塞装置100还可以包括导管连接件104，位于活塞本体101的内部，该导管连接件104可以用于连接多个保护导管103。
如图3所示，导管连接件104可以用来固定多个保护导管103在活塞本体101裙部内延伸的一端，且多个位移传感器102的多条导线可以在此集合，从而易于整理与使用。由于长期在高温环境内工作，导管连接件104需要采用低热膨胀系数、低导热率的材料制成，例如：热膨胀系数的范围可以为：0.5x10-6/k～3x10-6/k，导热率的范围可以为：10.88～13.4W/mK，本发明中导管连接件104使用的材料例如是因瓦合金(Invar)。
此外，如图4所示，该活塞装置100还可以包括电池105，固定在活塞本体101的裙部内侧，并与位移传感器102电连接。电池105为位移传感器102供电。
电池105与活塞本体101的固定方式有多种，例如：粘贴、机械固定等。本发明中，电池105使用环氧树脂粘贴在活塞本体101的裙部内侧。环氧树脂对金属和非金属材料的表面具有优异的粘接强度，适用于高温环境中。为了进一步适应活塞装置100的工作环境，本发明中的电池105采用高温抗震电池。此外，根据系统连续工作的时间，电池105的体积一般在1-5cm3就可以满足工作需求。
图5是根据本发明的一种实施方式提供的测试发动机缸孔变形的系统的结构框图。如图5所示，该测试发动机缸孔变形的系统10可以包括：根据本发明提供的所述活塞装置100；以及信号处理单元200，用于接收来自活塞装置100中的位移传感器102输出的检测信号，所述信号处理单元200可以包括：模数转换模块201，用于将检测信号转换成数字信号；以及存储模块202，用于将转换后的数字信号进行存储。
由此，可以实现发动机缸孔变形的动态测试。在发动机的工作过程中，能够实时测量发动机缸孔的形变量，从而可以为缸体设计、缸孔变形仿真计算、可靠性试验提供准确的形变值。此外，所测得的缸孔形变量具有精度高、误差小的特点。整个系统制造简单、成本低、安装调试方便、并且运行可靠，为缸体轻量化设计、试验测试、节能环保、降低排放等设计提供了重要的测试技术手段。
图6是根据本发明的另一种实施方式提供的测试发动机缸孔变形的系统的结构框图。如图6所示，优选情况下，信号处理单元200还可以包括信号调理模块203，用于将接收到的检测信号进行放大和滤波，并将放大和滤波后的检测信号输出到模数转换模块201。
由于活塞装置100在工作过程中会受到电磁干扰，以及来自其本身的影响，信号调理模块203能够对活塞装置100输出的检测信号进行放大和滤波，提高信噪比，并根据位移传感器102和缸孔变形量的粗估值选定合适的增益系数，使输出电压信号的范围在0.1V～3.4V。
由此，来自活塞装置100中的位移传感器102检测的发动机缸孔形变的检测信号经过信号调理模块203的放大和滤波，得到满足模数转换模块201要求的信号，供模数转换模块201使用。
优选情况下，信号处理单元200可以固定在活塞本体101的裙部107内侧，如图7所示。这种安装方式方便其与活塞装置100的连接，并方便获得位移传感器102输出的检测信号。
优选情况下，如图6所示，该系统10还可以包括电池，例如，图4和图7中示出的电池105，固定在活塞本体101的裙部107内侧，并与位移传感器102、信号处理单元200电连接。电池105可以使用环氧树脂粘贴在活塞本体101的裙部内侧，方便为整个系统供电。
此外，如图7所示，信号处理单元200可以固定在活塞本体101的裙部内侧，沿活塞本体101径向与电池105的固定位置相对。通过电池105与信号处理单元200之间的这种位置关系，能够使活塞装置100保持平衡，保证该测试发动机缸孔变形的系统10在工作过程中，不会受到活塞本体101自身的影响，使发动机缸孔变形的测试结果更加准确。
图8是根据本发明的一种实施方式提供的存储模块的结构框图。如图8所示，优选情况下，存储模块202可以包括：存储元件2021，用于存储发动机缸孔形变的数据；以及处理元件2022，与模数转换模块201连接，用于将接收到的数字信号存储到存储元件2021中。
处理元件2022接收到模数转换模块201输出的数字信号后，将其存储在存储元件2021中。将发动机缸孔变形的测试数据，即缸孔形变的数字信号存储在存储元件2021中，以备后续对发动机缸孔变形的测试数据的使用。本发明中，处理元件2022可以例如是单片机，单片机可以接收模数转换模块201的数字信号，并将其存储在存储元件2021中。虽然本发明提供了处理元件2022的一种具体实施方式，但是应当理解的是，其他能够实现该功能的处理元件也属于本发明。
另外，优选情况下，存储元件2021是可插拔的，例如，为USB存储芯片、SD存储卡等。使用可插拔的存储元件进行存储，不仅方便用户的使用，还可以将测试结果打包应用，快捷可靠。
综上所述，通过本发明的技术方案，可以实现发动机缸孔变形的动态测试。在发动机的工作过程中，能够实时测量发动机缸孔的形变量，从而可以为缸体设计、缸孔变形仿真计算、可靠性试验提供准确的形变值。此外，所测得的缸孔形变量具有精度高、误差小的特点。整个系统制造简单、成本低、安装调试方便、并且运行可靠，为缸体轻量化设计、试验测试、节能环保、降低排放等设计提供了重要的测试技术手段。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种活塞装置，该活塞装置包括：
活塞本体；以及
位移传感器，内嵌安装于所述活塞本体的外表面上，用于在所述活塞本体工作过程中检测发动机缸孔的形变并输出检测信号。
2.根据权利要求1所述的活塞装置，其特征在于，所述位移传感器安装在所述活塞本体的头部的第一气环环岸处。
3.根据权利要求1或2所述的活塞装置，其特征在于，所述位移传感器为多个，并且多个位移传感器沿所述活塞本体轴向均匀分布在所述活塞本体的外表面。
4.根据权利要求1所述的活塞装置，其特征在于，所述活塞装置还包括保护导管，所述位移传感器的导线置于所述保护导管内。
5.根据权利要求4所述的活塞装置，其特征在于，所述活塞本体具有中空的裙部，在所述活塞本体的外表面上形成有至少一个贯穿该外表面的通孔，所述位移传感器位于所述通孔中，所述保护导管的一端插入所述通孔中，另一端在所述裙部内部延伸。
6.根据权利要求4所述的活塞装置，其特征在于，所述保护导管为多个，所述活塞装置还包括导管连接件，位于所述活塞本体的内部，所述导管连接件用于连接多个保护导管。
7.一种测试发动机缸孔变形的系统，该系统包括：
根据权利要求1-6中任一项权利要求所述的活塞装置；以及
信号处理单元，用于接收来自所述活塞装置中的所述位移传感器输出的检测信号，所述信号处理单元包括：
模数转换模块，用于将检测信号转换成数字信号；以及
存储模块，用于将转换后的数字信号进行存储。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述信号处理单元还包括信号调理模块，用于将接收到的所述检测信号进行放大和滤波，并将放大和滤波后的检测信号输出到所述模数转换模块。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，该系统还包括电池，固定在所述活塞本体的裙部内侧，并与所述位移传感器、所述信号处理单元电连接；
所述信号处理单元固定在所述活塞本体的裙部内侧，沿所述活塞本体径向与所述电池的固定位置相对。
10.根据权利要求7-9中任一项权利要求所述的系统，其特征在于，所述存储模块包括：
存储元件，用于存储发动机缸孔形变的数据；以及
处理元件，与所述模数转换模块连接，用于将接收到的数字信号存储到存储元件中。
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