CN106979838A - 一种点火状态下活塞组件与缸套摩擦力测试装置 - Google Patents

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王星
陈春
程伟胜
余昳
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Abstract

本发明公开了一种点火状态下活塞组件与缸套摩擦力测试装置，属于摩擦磨损测试技术领域，该测试装置包括上连接件、下连接件、力传感器、固定在缸盖和机体之间的气封套，所述力传感器的两端通过上连接件、下连接件分别与缸套和机体固定连接，所述缸套径向固定在机体内，并在轴向由力传感器限定处于浮动状态，所述气封套与缸套顶部之间留有浮动间隙，所述气封套与缸套内侧的接触面处还设有密封圈，且所述气封套上、下表面暴露在缸套内燃烧室的面积相等。本发明能精确测量实际内燃机在点火状态下不同工况的活塞组件与缸套摩擦力，精度高、结构简单、成本低、通用性好、安装拆卸简单方便、易于推广等。

Description

一种点火状态下活塞组件与缸套摩擦力测试装置
技术领域
本发明涉及一种点火状态下活塞组件与缸套摩擦力测试装置，尤其适用于点火状态下实际内燃机在不同工况条件下的活塞组件-缸套摩擦力的测试，属于摩擦磨损测试技术领域。
背景技术
活塞组件-缸套是内燃机的最主要摩擦副之一，其摩擦损失占内燃机摩擦损失总和的50%左右，其摩擦磨损性能的好坏直接影响到内燃机的使用性能。目前针对内燃机摩擦力的测试主要有两种方法:倒拖法和浮动缸套法。公知的一种变载荷缸套活塞环摩擦磨损试验装置(CN102288502B)，通过变载器产生交变力来实现活塞环对缸套的径向加载,利用程序控制电机转速，进行不同转速下的摩擦磨损试验，但其限制了活塞环在环槽内的周向转动，没有考虑内燃机燃烧爆发压力和温度的影响，无法反应实际热机状态下不同负荷情况。公知的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（CN105136373A），采用气体平衡机构抵消高压燃气对摩擦力测量的影响，但需要设计研发专门的试验设备，结构复杂，设计制造成本高，无法反应内燃机的实际使用工作状态，且平衡机构节流效应无法实现高压燃气的绝对平衡，测量误差大。
发明内容
本发明目的在于克服现有的不足，并提供一种点火状态下活塞组件与缸套摩擦力测试装置，该测量装置具有测量精度高、结构简单、成本低、通用性好、安装拆卸简单方便、易于推广等优点，解决现有的测试装置和测试方法，对活塞组件-缸套摩擦力的测试结构复杂、成本高、测量结果不准确和误差大等缺点。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种点火状态下活塞组件与缸套摩擦力测试装置，包括缸盖、机体、活塞及缸套，该测试装置还包括上连接件、下连接件、力传感器、固定在缸盖和机体之间的气封套，所述力传感器的两端通过上连接件、下连接件分别与缸套和机体固定连接，所述缸套径向固定在机体内，并在轴向由力传感器限定处于浮动状态，所述气封套与缸套顶部之间留有浮动间隙，所述气封套与缸套内侧的接触面处还设有密封圈，且所述气封套上、下表面暴露在缸套内燃烧室的面积相等。
进一步地，所述气封套与缸盖之间设有气缸垫。
进一步地，所述浮动间隙为0.1～1mm。
进一步地，所述的力传感器为拉压双向压电式力传感器，安装在缸套和机体之间的间隙中，位于活塞行程的中部。
进一步地，所述的活塞顶部外圆柱面开有环槽，当活塞运行到上止点时与气封套之间的轴向和径向间隙均为0.1～0.3mm。
进一步地，机体的两侧分别开有微小矩形窗口，满足力传感器的安装拆卸要求，并在微小矩形窗口处设一盖板与机体固连，且所述盖板与机体之间设有密封垫。
本发明的原理如下：
本发明中气封套结构简单，安装方便，当内燃机处于点火状态时，气封套的上、下表面暴露在燃烧室中的面积相等，高压燃气体对气封套的轴向作用力合力为零，气封套不会因受力变形影响缸套浮动间隙大小和使密封圈压缩变形，故对于活塞组件和缸套摩擦力的测试可靠性更高，测量结果更有说服力。
本发明中力传感器直接安装在缸套和机体之间的间隙中（活塞行程的中部），测量结果更加精确；力传感器具有体积小、耐高温、防水性能好和精度高等特点，其安装、拆卸和更换只需将盖板拆下即可，不需对其它零部件进行拆卸。
本发明气封套的装配仅需对现在内燃机机体上表面进行开孔，力传感器及其连接件的装配仅需在机体的侧面开微小的矩形（或圆形）窗口即可，对实际内燃机的改造少，成本低，在绝大多数内燃机中能满足测试要求，通用性好，易于推广。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）本发明所述的点火状态下摩擦力测试装置能实现不同内燃机在实际工作时不同工况下活塞组件-缸套的摩擦力实时测量；
（2）本发明所述的拉压力双向力传感器安装在缸套与机体间隙中，直接与缸套和机体固连，能精确测量活塞组件-缸套的摩擦力；
（3）本发明所述的测试装置零部件少，结构简单、改造制造成本低、通用性好、可靠性高、易于推广；
（4）本发明所述的测试装置安装拆卸更换快速、简单、方便。
附图说明
图1为本发明在点火状态下活塞组件与缸套摩擦力测试装置的结构示意图；
图2为本发明中燃气密封结构示意图；
图3为本发明中力传感器安装位置示意图；
图中：1、缸盖；2、气缸垫；3、气封套；4、机体；5、盖板；6、上连接件；7、力传感器；8、下连接件；9、活塞；10、缸套；11、密封垫；12、密封圈。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式和附图说明，进一步阐述本发明。
如图1所示，一种点火状态下活塞组件与缸套摩擦力测试装置，包括缸盖1、机体4、活塞9及缸套10，该测试装置还包括上连接件6、下连接件8、力传感器7、固定在缸盖1和机体4之间的气封套3，所述气封套3与缸盖1之间设有气缸垫2，所述力传感器7的两端通过上连接件6、下连接件8分别与缸套10和机体4固定连接，所述的力传感器7为拉压双向压电式力传感器，安装在缸套10和机体4之间的间隙中，位于活塞9行程的中部，所述缸套10径向固定在机体4内，并在轴向由力传感器7限定处于浮动状态，所述气封套3与缸套10顶部之间留有0.1～1mm的浮动间隙，所述气封套3与缸套10内侧的接触面处还设有密封圈12，且所述气封套3上、下表面暴露在缸套10内燃烧室的面积相等，即在图2中的径向距离a等于b。
在本实例中，所述的活塞9顶部外圆柱面开有环槽，当活塞9运行到上止点时与气封套3之间的轴向和径向间隙均为0.1～0.3mm。
在本实例中，机体4的两侧分别开有微小矩形窗口，满足力传感器7的安装拆卸要求，并在微小矩形窗口处设一盖板5与机体4固连，且所述盖板5与机体4之间设有密封垫11。
本实例中，力传感器7的一端通过内六角螺钉与上连接件6固连，上连接件6上设有销钉，缸套10上开有销孔，实现上连接件6的定位并与缸套10通过螺钉固连，其另一端先与下连接件8固连，而后通过螺钉与机体4固连，使缸套10处于浮动状态。
缸套10径向由机体定位，轴向仅通过力传感器7定位，缸套10上端与气封套3下端间的浮动间隙为0.1～1mm。
机体4的两侧开有微小矩形窗口，用于力传感器7的安装拆卸更换，盖板5通过螺钉与机体4固连，两者之间设有密封垫11，实现测试装置和内燃机冷却水的密封。
当内燃机点火运行时，活塞9在缸套10中往复运动，缸套10在轴向仅承受缸套10与活塞组件的摩擦力和力传感器7的支撑力；当内燃机压缩或做功行程时，燃烧室内的高压气体对气封套3的轴向合力为零，气封套3轴向受力变形为零，不改变气封套3与缸套10之间的浮动间隙，气封套3也不会挤压密封圈12使其变形，不改变缸套10与气封套3的摩擦力，活塞9与缸套10之间的摩擦力直接作用到力传感器7上，实现活塞组件-缸套摩擦力的精确测试。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求范围内。

Claims (6)

1.一种点火状态下活塞组件与缸套摩擦力测试装置，包括缸盖、机体、活塞及缸套，其特征在于，该测试装置还包括上连接件、下连接件、力传感器、固定在缸盖和机体之间的气封套，所述力传感器的两端通过上连接件、下连接件分别与缸套和机体固定连接，所述缸套径向固定在机体内，并在轴向由力传感器限定处于浮动状态，所述气封套与缸套顶部之间留有浮动间隙，所述气封套与缸套内侧的接触面处还设有密封圈，且所述气封套上、下表面暴露在缸套内燃烧室的面积相等。
2.根据权利要求1所述的一种点火状态下活塞组件与缸套摩擦力测试装置，其特征在于，所述气封套与缸盖之间设有气缸垫。
3.根据权利要求1所述的一种点火状态下活塞组件与缸套摩擦力测试装置，其特征在于，所述浮动间隙为0.1～1mm。
4.根据权利要求1所述的一种点火状态下活塞组件与缸套摩擦力测试装置，其特征在于，所述的力传感器为拉压双向压电式力传感器，安装在缸套和机体之间的间隙中，位于活塞行程的中部。
5.根据权利要求1所述的一种点火状态下活塞组件与缸套摩擦力测试装置，其特征在于，所述的活塞顶部外圆柱面开有环槽，当活塞运行到上止点时与气封套之间的轴向和径向间隙均为0.1～0.3mm。
6.权利要求1或4所述的一种点火状态下活塞组件与缸套摩擦力测试装置，其特征在于，机体的两侧分别开有能够满足力传感器的安装拆卸要求的微小矩形窗口，并在微小矩形窗口处设一盖板与机体固连，且所述盖板与机体之间设有密封垫。
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