CN107607241A - 一种内燃机活塞与缸套组件摩擦力的测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种浮动缸套与活塞组件摩擦力的测量装置及方法，属于内燃机摩擦磨损测试技术领域。通过高压导管将密封用内燃机燃烧室与测量用内燃机密封腔连接，使密封腔内压力与测量用内燃机燃烧室缸内压力达到同步等值，从而实现浮动缸套的主动密封。在浮动缸套与缸体之间安装力传感器用来测量活塞与缸套间摩擦力。本发明实现了浮动缸套的主动密封，实现内燃机在正常燃烧条件下对活塞与缸套间摩擦力进行测量。

Description

一种内燃机活塞与缸套组件摩擦力的测量装置

技术领域

本发明属于内燃机的测试领域，具体涉及一种内燃机活塞与缸套组件摩擦力的测量装置。

背景技术

内燃机是国民经济中最主要的动力机械之一，也是系统零部件繁多、摩擦学行为复杂的机械系统之一。活塞-缸套组件是内燃机中最为重要的摩擦系统，其润滑性能的好坏将直接影响到内燃机整机的动力性、经济性、排放性及运行可靠性。活塞环-缸套摩擦副工作在高温、高压的环境下，运行条件非常恶劣。研究表明，内燃机摩擦功损失的45%～50%是由活塞环-缸套摩擦副消耗掉的。因此，对活塞与缸套组件的摩擦润滑性能进行研究，以此来改善活塞环的润滑状况，减少活塞与缸套间的摩擦损失就显得尤为重要。

为了测量分析活塞与缸套组件摩擦副的摩擦损失情况，研究人员进行了大量尝试，以期开发出可测量内燃机实际运行工况下活塞与缸套组件间摩擦力情况的试验设备。在这类摩擦力测量系统的设计中，常使用浮动缸套法进行摩擦力测量，需要确保缸套和内燃机缸体之间始终处于非接触状态，而这势必会破坏气缸的密封性。内燃机，尤其是压燃式内燃机，对气缸的密封性要求特别高。气缸密封不足可能使得内燃机无法正常燃烧，导致活塞与缸套间摩擦力测量的失真。但是，目前为止，浮动缸套的密封问题一直都未能得到有效的解决。

发明内容

本发明为了解决浮动缸套的密封问题，提供一种内燃机活塞与缸套组件摩擦力的测量装置。

本发明是采用如下的技术方案实现的：一种内燃机活塞与缸套组件摩擦力的测量装置，包括密封用内燃机、测量用内燃机、高压导管、发动机测控系统和计算机，测量用内燃机包括缸盖、浮动缸套、活塞和缸体，缸体中靠近缸盖的部位加工了密封腔，缸体上位于密封腔的上下位置处分别设置有蛇形密封迷宫，以提高密封腔的气密性，密封腔内安装有压力传感器，测量密封腔的压力，测量用内燃机的缸盖上安装有缸内压力传感器，测量其燃烧室的压力，力传感器一端与缸体连接，另一端与缸套连接，高压导管一端与密封腔连接，另一端与密封用内燃机燃烧室连接，从而可以对测量用内燃机的浮动缸套进行主动密封；密封用内燃机与测量用内燃机的输出轴通过第一齿轮、第二齿轮啮合相连接，测量用内燃机的输出轴与测功机通过第二齿轮、第三齿轮啮合相连接；发动机测控系统将所有的信号数据传给计算机，同时通过计算机可以输出各种不同的试验工况。

本发明中测量用内燃机采用浮动缸套来测量活塞与缸套间摩擦力，在浮动缸套与缸体之间安装力传感器来进行摩擦力采集。在测量用内燃机靠近缸盖的缸体部位加工了密封腔，高压导管一端与密封腔连接，另一端与密封用内燃机燃烧室连接，从而使密封用内燃机燃烧室的高压传递至密封腔；密封腔处安装压力传感器用于测量密封腔的压力，密封用内燃机燃烧室安装缸内压力传感器用于测量燃烧室的压力，通过监测两压力传感器的压力，检查两者压力峰值的相位差是否在一定范围内，若超出一定范围，则通过调整两发动机输出端的啮合齿轮来进行相位补偿，使密封腔与测量用内燃机缸内峰值压力达到同步，从而实现浮动缸套的主动密封。

本发明实现了浮动缸套的主动密封，从而确保活塞与缸套间摩擦力可在内燃机正常燃烧条件下得以测量。

附图说明

图1为本发明的摩擦力测量装置示意图。

图2为本发明的发动机结构示意图。

图中：1-密封用内燃机；2-测量用内燃机；3-高压导管；4-第一齿轮；5-第二齿轮；6-第三齿轮；7-测功机；8-发动机测控系统；9-电脑；10-缸盖；11-浮动缸套；12-活塞；13-缸体；14-力传感器；15-蛇形密封迷宫；16-密封腔；17-压力传感器；18-缸内压力传感器。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图1、2，对本发明做进一步的说明。

该摩擦力测量装置包括密封用内燃机1、测量用内燃机2、高压导管3、第一齿轮4、第二齿轮5、第三齿轮6、测功机7、发动机测控系统8、电脑9。其中高压导管3将密封用内燃机1燃烧室与测量用内燃机2的密封腔16连通。密封用内燃机1与测量用内燃机2的输出轴通过第一齿轮4、第二齿轮5啮合相连接。同时，测量用内燃机2的输出轴与测功机7通过第二齿轮5、第三齿轮6啮合相连接。发动机测控系统8将所有的信号数据传给计算机9，同时通过计算机9可以输出各种不同的试验工况。

如图2所示，本发明的测量用内燃机结构示意图：包括缸盖10、浮动缸套11、活塞12、缸体13、力传感器14、蛇形密封迷宫15、密封腔16、压力传感器17、缸内压力传感器18。力传感器14分为上下两组，每组两个。力传感器14一端与缸体13连接，另一端与缸套11连接，这样力传感器不仅可以测量浮动缸套11与活塞12间的轴向摩擦力和径向侧击力，同时也充当了浮动缸套11的径向支架。缸体13中靠近缸盖10的部位加工了密封腔16，缸体13上密封腔16上下部分设置有蛇形密封迷宫15以提高密封腔16的气密性，高压导管3一端与密封腔16连接，另一端与密封用内燃机1燃烧室连接。压力传感器17安装在密封腔16内，测量密封腔16的压力。缸内压力传感器18安装在测量用内燃机2的缸盖10上，测量其燃烧室的压力。通过监测两压力传感器的压力，检查两者压力峰值相位差是否在一定范围内，若超出一定范围，则通过调整两发动机输出端的第一齿轮4与第二齿轮5之间啮合相位来进行相位补偿，使密封腔16与测量用内燃机2的缸内压力峰值达到同步，从而解决浮动缸套11的密封问题，实现在燃烧状态下对活塞与缸套间摩擦力的测量。

Claims (1)

1.一种内燃机活塞与缸套组件摩擦力的测量装置，其特征在于包括密封用内燃机（1）、测量用内燃机（2）、高压导管（3）、发动机测控系统（8）和计算机（9），测量用内燃机（2）包括缸盖（10）、浮动缸套（11）、活塞（12）和缸体（13），缸体（13）中靠近缸盖（10）的部位加工了密封腔（16），缸体（13）上位于密封腔（16）的上下位置处分别设置有蛇形密封迷宫（15），以提高密封腔（16）的气密性，密封腔（16）内安装有压力传感器（17），测量密封腔（16）的压力，测量用内燃机（2）的缸盖（10）上安装有缸内压力传感器（18），测量其燃烧室的压力，力传感器（14）一端与缸体（13）连接，另一端与缸套（11）连接，高压导管（3）一端与密封腔（16）连接，另一端与密封用内燃机（1）燃烧室连接，从而可以对测量用内燃机（2）的浮动缸套（11）进行主动密封，密封用内燃机（1）与测量用内燃机（2）的输出轴通过第一齿轮（4）、第二齿轮（5）啮合相连接，测量用内燃机（2）的输出轴与测功机（7）通过第二齿轮（5）、第三齿轮（6）啮合相连接，发动机测控系统（8）将信号数据传给计算机（9），同时通过计算机（9）可以输出各种不同的试验工况。