CN107356418A - 一种用于活塞冷却喷嘴性能实验的快速检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于活塞冷却喷嘴性能实验的快速检测方法，包括以下步骤：按设定的排气供油流量值向PCN定量供油，排出供油管路和PCN内的空气；按设定的关闭压力检测供油流量值向PCN定量供油，检测关闭压力；停止向PCN供油；按设定的开启压力检测供油流量值向PCN定量供油，检测开启压力；按多个流量值依次顺序向PCN定量供油，检测泄油量和打靶力；按设定的泄露流量检测供油流量上限值向PCN定量供油，检测泄漏流量；停止向PCN供油，结束该PCN的检测。本发明采用定量供油流量调节的实验测试方式来实现PCN的性能检测，显著提高了检测效率，最快检测时间可达6.5s/件。

Description

一种用于活塞冷却喷嘴性能实验的快速检测方法

技术领域

本发明涉及一种用于活塞冷却喷嘴性能实验的检测方法，尤其涉及一种基于定量供油流量的用于活塞冷却喷嘴性能实验的快速检测方法。

背景技术

活塞冷却喷嘴即PCN(下面均称为PCN)，作为汽车发动机的重要组成部分，其性能的优劣对发动机运动活塞的润滑、冷却效果具有极其重要的作用。

PCN的开关特性、流量特性测试是出厂检验项目，要求对所有出厂产品进行100％全数检验测试。PCN的规格、型号不同，其技术指标要求有所差异。

需要检测的技术指标参数包括：

开启压力：流量由低到高上升到规定值时的供油压力值。如：30mL、200kPa±20kPa。

关闭压力：流量由高到底下降到规定值时的供油压力值。如：30mL、大于170kPa。

泄漏流量：开启前指定压力值时的流量值。如：150kPa、小于0.1L/min。

泄油量：流量由低到高上升到规定压力值时的流量值。如：400kPa、1.15L/min～1.55L/min。

打靶位置：供油压力达到泄油流量测试压力值时，油束喷射打击的位置。如：400kPa、喷入指定区域内流量大于等于90％。

传统方法的PCN性能实验台架均采用基于压力调节的供油装置，在进行PCN性能实验时，按排气、低速降压、低速升压、快速升压、快速降压的顺序进行分段压力调节供油，在整个过程中实时测试供油压力、流量和打靶力，获得如图1所示的测试曲线。从曲线上提取各参数检测条件所对应的检测结果，并按其技术指标要求判定其是否合格。

打靶位置的测试用打靶力测试来替代，用打靶位置测试装置进行测试，获得油束喷射打靶的打靶力F，按打靶力的阀值设定判定其是否合格。

打靶力的阀值按泄油量下限值流量在供油压力等于泄油流量测试压力值时全部喷入指定区域内时打靶力的90％来设定。如：400kPa、大于等于0.4N。

其检测操作流程如下：

第一步：按设定升压速率将供油压力由0bar升压至设定终止压力p1(压力一般用P来表示，但为了将背景技术内容与新技术内容在表达上进行区分，这里用p来表示，下同)，在此期间排出供油管路和PCN内的空气。

第二步：按设定低速降压速率将供油压力由p1降压至设定低速降压终止压力p4，在此期间完成关闭压力和泄漏流量的测试。

在此期间，压力、流量覆盖了关闭压力和泄漏流量测试所需要的压力、流量的量值范围，流量由高到低变化，符合关闭压力测试要求流量由高到低下降到规定值的条件。

从曲线上提取规定流量值q1(压力一般用Q来表示，但为了将背景技术内容与新技术内容在表达上进行区分，这里用q来表示，下同)对应的供油压力p2，此p2即为关闭压力，按判据判断其是否合格。如判据：q1＝30mL、p2＞170kPa。

从曲线上提取开启前指定压力值p3对应的流量q2，此q2即为泄漏流量，按判据判断其是否合格。如判据：p3＝150kPa、p2＜0.1L/min。

第三步：按设定低速升压速率将供油压力由p4升压至设定低速升压终止压力P6，在此期间完成开启压力的测试。

在此期间，压力、流量覆盖了开启压力测试所需要的压力、流量的量值范围，流量由低到高变化，符合开启压力测试要求流量由低到高上升到规定值的条件。

从曲线上提取规定流量值q3对应的供油压力p5，此p5即为开启压力，按判据判断其是否合格。如判据：q3＝30mL、p5＝200kPa±20kPa。

第四步：按设定高速升压速率将供油压力由p6升压至设定高速升压终止压力P8，在此期间完成泄油量和打靶位置的测试。

在此期间，压力、流量覆盖了泄油量和打靶位置测试所需要的压力、流量的量值范围。

从曲线上提取规定压力值p7对应的流量q4，此q4即为泄油量，按判据判断其是否合格。如判据：p7＝400kPa、q4＝1.15L/min～1.55L/min。

从曲线上提取规定压力值p7对应的打靶力Fm，此Fm即代表了打靶位置，按判据判断其是否合格。如判据：p7＝400kPa、Fm≥0.4N。

第五步：按设定高速降压速率将供油压力由p8降压0。

至此，完成1个PCN的测试。

在第一步至第四步进行中，特殊情况下，当达到设定最长升压/降压时间，压力仍未能升压/降压至目标压力时，说明产品异常。此时，直接判定该PCN不合格，不再进行后续测试，并直接将供油压力降压0，结束该PCN的测试。

由于上述传统检测方法均采用基于供油压力调节的实验原理，即进行压力扫描测试。如扫描测试过快，则测试准确度不能满足对检测设备的重复性、再现性要求。特别是在进行泄漏量、开启压力、关闭压力测试期间，更加需要缓慢加载、卸载。因此，检测用时都比较长，一般需要20s/件～30/件，检测效率不尽人意。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种检测效率显著提高的用于活塞冷却喷嘴性能实验的快速检测方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种用于活塞冷却喷嘴性能实验的快速检测方法，设各项参数定义如下：Q1表示设定的排气供油流量值，Q2表示设定的关闭压力检测供油流量值，Q3表示设定的泄露流量检测供油流量上限值，Q4表示设定的开启压力检测供油流量值，Q5表示设定的泄油量检测供油流量下限值，Q6表示设定的泄油量检测供油流量上限值，Q1-Q4满足以下要求：Q1>Q2，Q3>0，Q4>0，Q7、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12、Q13、Q14分别是以泄油量测试时给定的Q5、Q6为基准并按等分或近似等分内插的、由小到大依次确定的8个点流量点，Q15、Q16为扩展的2个流量点且满足以下要求：Q15<Q5，Q16>Q6，Q5-Q15＝Q7-Q5，Q16-Q6＝Q6-Q14；P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8、P9、P10、P11、P12、P13、P14、P15、P16分别是与Q2-Q16对应的供油压力，F5、F6、F7、F8、F9、F10、F11、F12、F13、F14、F15、F16分别是与Q5-Q16对应的打靶力；

所述快速检测方法包括以下步骤：

(1)按Q1向PCN定量供油，并保持1.5s，在此期间排出供油管路和PCN内的空气；

(2)按Q2向PCN定量供油，并保持0.3s，在此期间检测关闭压力：流量从Q1跳变到Q2，提取Q2对应的供油压力P2，此P2即为关闭压力；

(3)停止向PCN供油，并保持0.3s，为开启压力的检测做准备；

(4)按Q4向PCN定量供油，并保持0.3s，在此期间检测开启压力：流量从0跳变到Q4，提取Q4对应的供油压力P4，此P4即为开启压力；

(5)按Q15、Q5、Q7、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12、Q13、Q14、Q6、Q16依次顺序向PCN定量供油，各流量值均保持0.3s，在此期间检测泄油量和打靶力：分别提取Q15、Q5、Q7、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12、Q13、Q14、Q6、Q16对应的供油压力P15、P5、P7、P8、P9、P10、P11、P12、P13、P14、P6、P16及其对应的打靶力F15、F5、F7、F8、F9、F10、F11、F12、F13、F14、F6、F16，并从各压力点中提取一个最为接近泄油量测试压力值的点Pm，取其对应的打靶力作为Fm；

(6)按Q3向PCN定量供油，并保持0.3s，在此期间检测泄漏流量；

(7)停止向PCN供油，并保持0.2s后结束该PCN的检测。

进一步，所述步骤(2)中，若Q2＝30mL时P2＞170kPa，则判断为合格，否则判断为不合格；所述步骤(4)中，若Q4＝30mL时P4＝200kPa±20kPa，则判断为合格，否则判断为不合格；所述步骤(5)中，若同时满足以下条件：第一，Q5＝1.15L/min时P5≤400kPa，第二，Q6＝1.55L/min时P6≥400kPa，第三，Pm＝400kPa时Fm≥0.4N，第四，获得的Pm值所对应的流量值点不是Q15或Q16，则判断为合格，否则判断为不合格；所述步骤(6)中，若Q3＝0.1L/min时P3＞150kPa，则判断为合格，否则判断为不合格。

本发明的有益效果在于：

本发明采用定量供油流量调节的实验测试方式来实现PCN的性能检测，显著提高了检测效率，最快检测时间可达6.5s/件；通过设置18个流量值(其中含2个流量值0)，包括以泄油量技术指标要求的上、下限流量为基准，近似等分内插8个流量点，并扩展2个流量点，可以获得更精确的检测数据和检测结果，也满足开启压力、关闭压力、泄油流量等参数检测条件定义的流量变化方向的要求的实验流程顺序。

附图说明

图1是传统检测方法的测试曲线示意图；

图2是本发明所述快速检测方法的测试曲线示意图；

图3是本发明实施例中优选定量供油流量调节装置的主视剖视结构图，其中液压缸采用了主视效果图且用虚线示出了内部活塞和活塞杆；

图4是本发明实施例中优选定量供油流量调节装置的俯视剖视结构图，其中液压缸采用了主视效果图且用虚线示出了内部活塞和活塞杆；

图5是本发明实施例中优选活塞冷却喷嘴性能实验台架的油路结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

结合图2，本发明所述用于活塞冷却喷嘴性能实验的快速检测方法，首先设各项参数定义如下：Q1表示设定的排气供油流量值，Q2表示设定的关闭压力检测供油流量值，Q3表示设定的泄露流量检测供油流量上限值，Q4表示设定的开启压力检测供油流量值，Q5表示设定的泄油量检测供油流量下限值，Q6表示设定的泄油量检测供油流量上限值，Q1-Q4满足以下要求：Q1>Q2，Q3>0，Q4>0，Q7、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12、Q13、Q14分别是以泄油量测试时给定的Q5、Q6为基准并按等分或近似等分内插的、由小到大依次确定的8个点流量点，Q15、Q16为扩展的2个流量点且满足以下要求：Q15<Q5，Q16>Q6，Q5-Q15＝Q7-Q5，Q16-Q6＝Q6-Q14；P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8、P9、P10、P11、P12、P13、P14、P15、P16分别是与Q2-Q16对应的供油压力，F5、F6、F7、F8、F9、F10、F11、F12、F13、F14、F15、F16分别是与Q5-Q16对应的打靶力；

说明：Q1-Q16、P2-P16、F5-F16均在图2中示出，图中可见各参数的大小关系和测试时的先后顺序；另外，Q1也有对应的供油压力P1，但P1与检测无关，Q1、Q2、Q3、Q4则没有对应的打靶力F1、F2、F3、F4，这些与检测无关；

所述快速检测方法包括以下步骤：

(1)按Q1向PCN定量供油，并保持1.5s，在此期间排出供油管路和PCN内的空气；

(2)按Q2向PCN定量供油，并保持0.3s，在此期间检测关闭压力：流量从Q1跳变到Q2，提取Q2对应的供油压力P2，此P2即为关闭压力；若Q2＝30mL时P2＞170kPa，则判断为合格，否则判断为不合格；

(3)停止向PCN供油，并保持0.3s，为开启压力的检测做准备；

(4)按Q4向PCN定量供油，并保持0.3s，在此期间检测开启压力：流量从0跳变到Q4，提取Q4对应的供油压力P4，此P4即为开启压力；若Q4＝30mL时P4＝200kPa±20kPa，则判断为合格，否则判断为不合格；

(5)按Q15、Q5、Q7、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12、Q13、Q14、Q6、Q16依次顺序向PCN定量供油，各流量值均保持0.3s，在此期间检测泄油量和打靶力：分别提取Q15、Q5、Q7、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12、Q13、Q14、Q6、Q16对应的供油压力P15、P5、P7、P8、P9、P10、P11、P12、P13、P14、P6、P16及其对应的打靶力F15、F5、F7、F8、F9、F10、F11、F12、F13、F14、F6、F16，并从各压力点中提取一个最为接近泄油量测试压力值的点Pm，取其对应的打靶力作为Fm；若同时满足以下条件：第一，Q5＝1.15L/min时P5≤400kPa，第二，Q6＝1.55L/min时P6≥400kPa，第三，Pm＝400kPa时Fm≥0.4N，第四，获得的Pm值所对应的流量值点不是Q15或Q16，则判断为合格，否则判断为不合格；

(6)按Q3向PCN定量供油，并保持0.3s，在此期间检测泄漏流量；若Q3＝0.1L/min时P3＞150kPa，则判断为合格，否则判断为不合格；

(7)停止向PCN供油，并保持0.2s后结束该PCN的检测；整个检测时间为6.5s。

综上，采用本发明所述快速检测方法进行PCN性能实验时，按排气、关闭压力测试、开启压力测试、合并进行泄油量和打靶力(打靶位置)测试、泄漏流量测试的顺序依次进行，通过18个流量值(其中含2个流量值0)的定量供油，在整个过程中实时测试供油压力和打靶力，获得如图2所示的测试曲线。从曲线上提取各参数检测条件所对应的检测结果，并按判据判断其是否合格。

为了说明上述方法能够实现，下面以实施例和附图说明能够实现上述方法的活塞冷却喷嘴性能实验台架是存在的。

实施例：

首先说明优选定量供油流量调节装置的具体结构：

如图3和图4所示，一种定量供油流量调节装置，包括底座50、第一推板51、液压缸57、液压缸支撑架55、第一侧板69、第二推板60、第二侧板70、止推板61、移动板63、丝杠62、导向杆65、铜滑套64、步进电机66和电机安装板67，液压缸57的两端分别通过液压缸支撑架55安装于底座50上，止推板61的下端安装于底座50上，步进电机66通过电机安装板67安装于底座50上，第一推板51与第二推板60之间通过第一侧板69连接，液压缸57的活塞杆54的两端分别穿出液压缸57的缸套两端且分别通过推力球轴承53与第一推板51和第二推板60连接，液压缸57的活塞58位于活塞杆54的中段且位于所述缸套上的第一油孔56和第二油孔59之间的位置，第二推板60与移动板63之间通过第二侧板70连接，移动板63的中心位置设有螺孔且丝杠62穿过所述螺孔，移动板63上位于所述螺孔周围的位置均匀设有多个导向通孔，多个铜滑套64分别对应安装于多个所述导向通孔内，与丝杠62平行的多个导向杆65的一端安装于电机安装板67上，多个导向杆65分别对应穿过多个铜滑套64，丝杠62的一端通过深沟球轴承68与止推板61连接，丝杠62的另一端与步进电机66的转轴通过健连接，丝杠62的中心轴线与活塞杆54的中心轴线平行或重叠，优选重叠。

图3和图4中还示出了设于底座50上的多个安装孔501。

如图3和图4所示，所述定量供油流量调节装置的工作原理如下：

步进电机66启动运行后，其转轴带动丝杠62旋转，由于移动板63与丝杠62之间为螺纹连接，所以丝杠62旋转会带动移动板63作直线运动，移动板63会带动第二侧板70、第二推板60、第一侧板69、第一推板51、活塞杆54和活塞58同步移动，活塞58推动液压缸57内的液压油流动，并通过第一油孔56或第二油孔59排出为活塞冷却喷嘴性能实验台架的PCN供油，通过改变步进电机66的转速，可以改变供油速度，通过改变步进电机66的旋转方向，可以实现第一油孔56和第二油孔59之间的供油孔位变化，从而配合活塞冷却喷嘴性能实验台架的其它结构实现连续供油。

其供油流量可按下式计算：

Q＝S·V

式中：Q是供油流量(L/min)，S是液压缸有效工作截面面积(cm²)，V是液压缸57的活塞58的运动速度(cm/min)。

假设丝杠62的螺距为4mm，步进电机66的转速为4000步/转，则液压缸57的活塞58做往复运动的步长为1μm；若步进电机66按1Hz的频率运行，则液压缸57的活塞58的运动速度为0.006cm/min。

假设液压缸57的缸内径为154.8mm，活塞58的轴径52mm，则其有效工作截面面积为200cm2。这样，步进电机66按1Hz的频率运行时，本定量供油流量调节装置的供油输出速度为1mL/min，理论误差为0.1％。

由上可知，通过设定各部件的具体参数，就可以通过控制步进电机66的转速(与频率对应)实现供油速度的准确控制，而且控制过程因为只需控制部件电机66而大大缩短时间，从而提高检测效率。

然后说明包括上述定量供油流量调节装置的优选活塞冷却喷嘴性能实验台架的具体油路结构：

如图5所示，一种活塞冷却喷嘴性能实验台架的油路结构，包括外供气源70、气压调节器71、三口二位电磁阀72、第一角座阀74、第二角座阀73、第三角座阀79、第四角座阀80、第一油箱75、第二油箱81、流量传感器76、压力传感器77和PCN(即活塞冷却喷嘴)78，外供气源70和气压调节器71为四个三口二位电磁阀72提供气源，四个三口二位电磁阀72分别控制第一角座阀74、第二角座阀73、第三角座阀79和第四角座阀80的开关，第一角座阀74、第二角座阀73、第三角座阀79和第四角座阀80相互串联安装于油管上且油管的两端，分别外接第一油箱75和第二油箱81，第二角座阀73和第三角座阀79之间的油管上外接与PCN 78相通连接的第一支油管且流量传感器76和压力传感器77安装于该第一支油管上；第一角座阀74和第二角座阀73之间的油管、第三角座阀79和第四角座阀80之间的油管分别与本定量供油流量调节装置的第一油孔56和第二油孔59通过第二支油管连接。

运行时，液压缸57的第一油孔56和第二油孔59交替向PCN 78供油以及自第一油箱75或第二油箱81补充进油，其具体过程如下：

步进电机66正向运行时，三口二位电磁阀72驱动关闭第一角座阀74和第三角座阀79，同时开启第二角座阀73和第四角座阀80，液压缸57的第一油孔56向PCN 78供油，同时，液压缸57的第二油孔59自第二油箱81补充进油；

步进电机66反向运行时，三口二位电磁阀72驱动关闭第二角座阀73和第四角座阀80，同时开启第一角座阀74和第三角座阀79，液压缸57的第二油孔59向PCN 78供油，同时，液压缸57的第一油孔56自第一油箱75补充进油。

液压缸57的活塞58的有效运动行程为200mm，内腔最大可供油容量大于3.3L。检测1只PCN 78的用油量最大不超过0.2L。因此，本装置的1个单向行程足以满足检测1只PCN 78的用油量。1只PCN 78检测完成，更换检测下1只PCN 78时，程序控制步进电机66变换运行方向即可。

步进电机66的运行频率与该装置供油流量的关系如前所述为1Hz对应1mL/min，程序控制步进电机66的运行频率，即可获得需要的供油流量，如电机按1kHz运行，则其输出流量为1L/min。这样就实现了定量供油的流量调节。

由于步进电机66的响应迅速，通过上述活塞冷却喷嘴性能实验台架可以瞬时达到设定的定量供油，进行多点或连续的定量供油流量调节也很方便、快捷，从而PCN性能快速检测提供了物理条件。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (2)

1.一种用于活塞冷却喷嘴性能实验的快速检测方法，其特征在于：设各项参数定义如下：Q1表示设定的排气供油流量值，Q2表示设定的关闭压力检测供油流量值，Q3表示设定的泄露流量检测供油流量上限值，Q4表示设定的开启压力检测供油流量值，Q5表示设定的泄油量检测供油流量下限值，Q6表示设定的泄油量检测供油流量上限值，Q1-Q4满足以下要求：Q1>Q2，Q3>0，Q4>0，Q7、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12、Q13、Q14分别是以泄油量测试时给定的Q5、Q6为基准并按等分或近似等分内插的、由小到大依次确定的8个点流量点，Q15、Q16为扩展的2个流量点且满足以下要求：Q15<Q5，Q16>Q6，Q5-Q15＝Q7-Q5，Q16-Q6＝Q6-Q14；P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8、P9、P10、P11、P12、P13、P14、P15、P16分别是与Q2-Q16对应的供油压力，F5、F6、F7、F8、F9、F10、F11、F12、F13、F14、F15、F16分别是与Q5-Q16对应的打靶力；

所述快速检测方法包括以下步骤：

(1)按Q1向PCN定量供油，并保持1.5s，在此期间排出供油管路和PCN内的空气；

(2)按Q2向PCN定量供油，并保持0.3s，在此期间检测关闭压力：流量从Q1跳变到Q2，提取Q2对应的供油压力P2，此P2即为关闭压力；

(3)停止向PCN供油，并保持0.3s，为开启压力的检测做准备；

(4)按Q4向PCN定量供油，并保持0.3s，在此期间检测开启压力：流量从0跳变到Q4，提取Q4对应的供油压力P4，此P4即为开启压力；

(5)按Q15、Q5、Q7、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12、Q13、Q14、Q6、Q16依次顺序向PCN定量供油，各流量值均保持0.3s，在此期间检测泄油量和打靶力：分别提取Q15、Q5、Q7、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12、Q13、Q14、Q6、Q16对应的供油压力P15、P5、P7、P8、P9、P10、P11、P12、P13、P14、P6、P16及其对应的打靶力F15、F5、F7、F8、F9、F10、F11、F12、F13、F14、F6、F16，并从各压力点中提取一个最为接近泄油量测试压力值的点Pm，取其对应的打靶力作为Fm；

(6)按Q3向PCN定量供油，并保持0.3s，在此期间检测泄漏流量；

(7)停止向PCN供油，并保持0.2s后结束该PCN的检测。

2.根据权利要求1所述的用于活塞冷却喷嘴性能实验的快速检测方法，其特征在于：所述步骤(2)中，若Q2＝30mL时P2＞170kPa，则判断为合格，否则判断为不合格；所述步骤(4)中，若Q4＝30mL时P4＝200kPa±20kPa，则判断为合格，否则判断为不合格；所述步骤(5)中，若同时满足以下条件：第一，Q5＝1.15L/min时P5≤400kPa，第二，Q6＝1.55L/min时P6≥400kPa，第三，Pm＝400kPa时Fm≥0.4N，第四，获得的Pm值所对应的流量值点不是Q15或Q16，则判断为合格，否则判断为不合格；所述步骤(6)中，若Q3＝0.1L/min时P3＞150kPa，则判断为合格，否则判断为不合格。