CN110286247B - 发动机气门落座速率信号检测装置及方法 - Google Patents

发动机气门落座速率信号检测装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种发动机气门落座速率信号检测装置，它的信号触发座圈固定在发动机配气机构的气门的上部，发动机配气机构的气门弹簧套在气门上，且气门弹簧位于信号触发座圈与发动机缸盖之间，气门弹簧的顶端连接信号触发座圈，气门弹簧的底端连接发动机缸盖，所述信号触发座圈的侧面具有位移检测触发片，所述位移传感器通过传感器支架固定在位移检测触发片的上方，所述传感器支架安装在发动机气阀室上，位移传感器的位移传感探头与位移检测触发片之间具有预设距离。本发明结构简单，安装方便，成本较低，测量结果准确。

Description

发动机气门落座速率信号检测装置及方法
技术领域
本发明涉及发动机测试技术领域，具体地指一种发动机气门落座速率信号检测装置及方法。
背景技术
目前，发动机配气机构的气门落座速率没有无法直接测量得到，大多数情况都是通过软件仿真分析获得气门落座速率，但在发动机配气机构开发和优化过程中需要测量气门的落座速率来验证其是否满足设计要求。因此需要创新设计一种发动机动态气门落座速率信号检测装置及方法用于工程实践。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种发动机气门落座速率信号检测装置及方法，该装置和方法的结构简单，安装方便，成本较低，测量结果准确。
为实现此目的，本发明所设计的一种发动机气门落座速率信号检测装置，其特征在于，它包括信号触发座圈、位移传感器和传感器支架，所述信号触发座圈固定在发动机配气机构的气门的上部，发动机配气机构的气门弹簧套在气门上，且气门弹簧位于信号触发座圈与发动机缸盖之间，气门弹簧的顶端连接信号触发座圈，气门弹簧的底端连接发动机缸盖，所述信号触发座圈的侧面具有位移检测触发片，所述位移传感器通过传感器支架固定在位移检测触发片的上方，所述传感器支架安装在发动机气阀室上，位移传感器的位移传感探头与位移检测触发片之间具有预设距离；
所述位移传感器的位移信号输出端用于在发动机静态标定时与标定信号处理模块的信号输入端连接，位移传感器的位移信号输出端在发动机动态运行时与落座速率信号处理模块信号输入端连接，标定信号处理模块和落座速率信号处理模块的信号输出端连接落座速率信号计算模块的信号输入端。
一种利用上述装置进行发动机气门落座速率信号检测的方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：发动机静止状态，进行位移传感器标定，旋转发动机曲轴，将靠近发动机前端的第一个气缸活塞调整到气缸上止点位置，然后将位移传感器的位移传感探头与位移检测触发片之间的距离设置为预设距离L标定，将位移传感器的位移信号输出端与标定信号处理模块的信号输入端连接，此时发动机动态气门落座速率信号检测装置进入气门落座速率标定模式：
将等厚度的塞尺塞入位移传感器的位移传感探头与位移检测触发片之间，记录位移传感探头与位移检测触发片之间的间隙和位移传感器输出的电压信号之间的关系，具体方法为：位移传感探头与位移检测触发片之间的目标间隙Ln＝L标定-n*ΔL，其中，ΔL为一个塞尺的厚度，n为设置的塞尺个数，将位移传感探头与位移检测触发片之间各个目标间隙状态下的位移传感器输出的电压信号传输给标定信号处理模块，所有目标间隙对应的位移传感器输出的电压信号形成离散标定数据；
步骤2：在标定信号处理模块内对离散标定数据进行拟合，得到离散标定数据曲线，该离散标定数据曲线为位移传感探头和位移检测触发片之间的目标间隙Ln与位移传感器输出的电压信号Vn的对应关系，该离散标定数据曲线的关系式为Ln＝kVn+B，其中，Vn为Ln距离下的位移传感器输出的电压信号，k为标定系数，B为标定常量；
步骤3：将位移传感器的位移信号输出端与落座速率信号处理模块信号输入端连接，同时将位移传感器的位移传感探头与位移检测触发片之间的距离设置为预设距离L检测，此时发动机动态落座速率信号检测装置进入动态落座速率信号采集模式；
运转发动机，发动机配气机构的凸轮轴旋转推动挺杆和摇臂，从而推动信号触发座圈运动，使得信号触发座圈与位移传感器的位移传感探头产生位移变化，采集并记录发动机运转时位移传感器输出的电压信号V(t)，其中V(t)为发动机运转时位移传感器的位移传感探头与位移检测触发片的实时距离下的实时电压信号，t为时间秒；
步骤4：将标定信号处理模块和落座速率信号处理模块的信号输出端与落座速率信号计算模块的信号输入端连接，此时，发动机动态落座速率信号检测装置进入气门落座速率信号计算模式；
发动机运行时，落座速率信号计算模块(11)获取标定系数k、标定常量B和位移传感器(7)输出的实时电压信号V(t),代入如下公式L(t)＝kV(t)+B，获得到发动机气阀落座位移的实时信号L(t)，实时积分计算后得到发动机气门落座速率实时信号S(t)。
本发明通过将气门落座速率信号标定和气门落座速率信号处理相结合，能准确的得到发动机气门落座速率实时信号，本发明不受发动机及外界振动影响，可靠性好，直接采集气门运动信号，测量精度高，分析计算方便，适应性较强，重量轻，便携性强。
附图说明
图1为本发明的结构框图；
图2为本发明中信号触发座圈的结构图；
图3为本发明步骤2的离散标定信号曲线图；
图4为本发明步骤3的信号采集单元实时检测数据图；
图5为本发明步骤4的发动机气门落座速率实时数据图。
其中，1—凸轮轴、2—挺杆、3—摇臂、4—气门、5—气门弹簧、6—信号触发座圈、6.1—位移检测触发片、7—位移传感器、8—传感器支架、9—标定信号处理模块、10—落座速率信号处理模块、11—落座速率信号计算模块。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
如图1和2所示的发动机气门落座速率信号检测装置，它包括信号触发座圈6、位移传感器7(型号为3300XL11m)和传感器支架8，所述信号触发座圈6固定在发动机配气机构的气门4的上部，发动机配气机构的气门弹簧5套在气门4上，且气门弹簧5位于信号触发座圈6与发动机缸盖之间，气门弹簧5的顶端连接信号触发座圈6(信号触发座圈6随气门弹簧5顶面同步运动)，气门弹簧5的底端连接发动机缸盖，所述信号触发座圈6的侧面具有位移检测触发片6.1，所述位移传感器7通过传感器支架8固定在位移检测触发片6.1的上方，所述传感器支架8通过螺栓安装在发动机气阀室上，位移传感器7的位移传感探头与位移检测触发片6.1之间具有预设距离，所述信号触发座圈6的形状为凸轮样式，用于触发信号采集单元工作；
所述位移传感器7的位移信号输出端用于在发动机静态标定时与标定信号处理模块9的信号输入端连接，位移传感器7的位移信号输出端在发动机动态运行时与落座速率信号处理模块10信号输入端连接，标定信号处理模块9和落座速率信号处理模块10的信号输出端连接落座速率信号计算模块11的信号输入端。
发动机在运行过程中工作频率一般集中在20～150Hz，上述技术方案中所述传感器支架8的一阶固有频率范围为500～600Hz，可以避开发动机工作频率，自身刚度大，避免共振影响测量精度。
上述技术方案中，所述发动机配气机构包括凸轮轴1、挺杆2、摇臂3、气门4和气门弹簧5，所述挺杆2的底端与凸轮轴1配合，挺杆2的顶端连接摇臂3的一端，摇臂3通过通孔套在摇臂轴上，摇臂3的另一端连接气门4的顶端，气门4的气门弹簧5一端连接信号触发座圈6，气门弹簧5的另一端连接发动机缸盖。发动机运转时，凸轮轴1旋转，通过凸轮推动挺杆2，挺杆2驱动摇臂3的一端，摇臂3的另一端向下压气门4，气门信号座圈6同时向下运动，与此同时，压缩气门弹簧5，当凸轮尖远离挺杆2时，气门4停止下行，压缩的气门弹簧5开始释放弹力推动气门向上落座，完成一个工作循环。
一种利用上述装置进行发动机气门落座速率信号检测的方法，它包括如下步骤：
步骤1：发动机静止状态，进行位移传感器7标定，旋转发动机曲轴，将靠近发动机前端的第一个气缸活塞调整到气缸上止点位置，然后将位移传感器7的位移传感探头与位移检测触发片6.1之间的距离设置为预设距离L标定，将位移传感器7的位移信号输出端与标定信号处理模块9的信号输入端连接，此时发动机动态气门落座速率信号检测装置进入气门落座速率标定模式：
将等厚度的塞尺塞入位移传感器7的位移传感探头与位移检测触发片6.1之间，记录位移传感探头与位移检测触发片6.1之间的间隙和位移传感器7输出的电压信号之间的关系，具体方法为：位移传感探头与位移检测触发片6.1之间的目标间隙Ln＝L标定-n*ΔL，其中，ΔL为一个塞尺的厚度，n为设置的塞尺个数，n＝0,1,…,10，将位移传感探头与位移检测触发片6.1之间各个目标间隙状态下的位移传感器7输出的电压信号传输给标定信号处理模块9，所有目标间隙对应的位移传感器7输出的电压信号形成离散标定数据；
步骤2：在标定信号处理模块9内对离散标定数据进行拟合，得到离散标定数据曲线，如图3所示(图3中X表示电压，Y表示位移)，该离散标定数据曲线为位移传感探头和位移检测触发片6.1之间的目标间隙Ln与位移传感器7输出的电压信号Vn的对应关系，该离散标定数据曲线的关系式为Ln＝kVn+B，其中，n＝0,1,…,10，Vn为Ln距离下的位移传感器7输出的电压信号，k为标定系数，B为标定常量，将不同目标间隙下的电压值输入关系式Ln＝kVn+B，求得k＝-0.127，B＝-0.1731，得到关系式Ln＝-0.127Vn-0.1731；
步骤3：将位移传感器7的位移信号输出端与落座速率信号处理模块10信号输入端连接，同时将位移传感器7的位移传感探头与位移检测触发片6.1之间的距离设置为预设距离L检测，此时发动机动态落座速率信号检测装置进入动态落座速率信号采集模式；
运转发动机，发动机配气机构的凸轮轴1旋转推动挺杆2和摇臂3，从而推动信号触发座圈6运动，使得信号触发座圈6与位移传感器7的位移传感探头产生位移变化，采集并记录发动机运转时位移传感器7输出的电压信号V(t)，如图4所示，其中V(t)为发动机运转时位移传感器7的位移传感探头与位移检测触发片6.1的实时距离下的实时电压信号，t为时间秒；
步骤4：将标定信号处理模块9和落座速率信号处理模块10的信号输出端与落座速率信号计算模块11的信号输入端连接，此时，发动机动态落座速率信号检测装置进入气门落座速率信号计算模式；
发动机运行时，落座速率信号计算模块11获取标定系数k＝-0.127、标定常量B＝-0.1741和位移传感器7输出的实时电压信号V(t),代入如下公式L(t)＝kV(t)+B，获得到发动机气阀落座位移的实时信号L(t)＝-0.127V(t)-0.1741，实时积分计算后得到发动机气门落座速率实时信号S(t)，如图5所示。
上述技术方案的步骤1中L标定＝1mm，步骤3中L检测＝0.6mm。步骤3中t取值范围为20～30秒。0≤Ln≤1mm。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

1.一种发动机气门落座速率信号检测装置，其特征在于，它包括信号触发座圈(6)、位移传感器(7)和传感器支架(8)，所述信号触发座圈(6)固定在发动机配气机构的气门(4)的上部，发动机配气机构的气门弹簧(5)套在气门(4)上，且气门弹簧(5)位于信号触发座圈(6)与发动机缸盖之间，气门弹簧(5)的顶端连接信号触发座圈(6)，气门弹簧(5)的底端连接发动机缸盖，所述信号触发座圈(6)的侧面具有位移检测触发片(6.1)，所述位移传感器(7)通过传感器支架(8)固定在位移检测触发片(6.1)的上方，所述传感器支架(8)安装在发动机气阀室上，位移传感器(7)的位移传感探头与位移检测触发片(6.1)之间具有预设距离；所述信号触发座圈（6）的形状为凸轮样式，用于触发信号采集单元工作；
所述位移传感器(7)的位移信号输出端用于在发动机静态标定时与标定信号处理模块(9)的信号输入端连接，位移传感器(7)的位移信号输出端在发动机动态运行时与落座速率信号处理模块(10)信号输入端连接，标定信号处理模块(9)和落座速率信号处理模块(10)的信号输出端连接落座速率信号计算模块(11)的信号输入端；
所述发动机配气机构包括凸轮轴(1)、挺杆(2)、摇臂(3)、气门(4)和气门弹簧(5)，所述挺杆(2)的底端与凸轮轴(1)配合，挺杆(2)的顶端连接摇臂(3)的一端，摇臂(3)通过通孔套在摇臂轴上，摇臂(3)的另一端连接气门(4)的顶端，气门(4)的气门弹簧(5)一端连接信号触发座圈(6)，气门弹簧(5)的另一端连接发动机缸盖，发动机运转时，凸轮轴(1)旋转，通过凸轮推动挺杆(2)，挺杆(2)驱动摇臂(3)的一端，摇臂(3)的另一端向下压气门(4)，气门信号座圈(6)同时向下运动，与此同时，压缩气门弹簧(5)，当凸轮尖远离挺杆(2)时，气门(4)停止下行，压缩的气门弹簧(5)开始释放弹力推动气门向上落座，完成一个工作循环；
将等厚度的塞尺塞入位移传感器(7)的位移传感探头与位移检测触发片(6.1)之间，记录位移传感探头与位移检测触发片(6.1)之间的间隙和位移传感器(7)输出的电压信号之间的关系，具体方法为：位移传感探头与位移检测触发片(6.1)之间的目标间隙Ln＝L标定-n*ΔL，其中，ΔL为一个塞尺的厚度，n为设置的塞尺个数，将位移传感探头与位移检测触发片(6.1)之间各个目标间隙状态下的位移传感器(7)输出的电压信号传输给标定信号处理模块(9)，所有目标间隙对应的位移传感器(7)输出的电压信号形成离散标定数据。
2.根据权利要求1所述的发动机气门落座速率信号检测装置，其特征在于：所述传感器支架(8)的一阶固有频率范围为500～600Hz。
3.一种利用权利要求1所述装置进行发动机气门落座速率信号检测的方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：发动机静止状态，进行位移传感器(7)标定，将发动机调整到一缸上止点位置，然后将位移传感器(7)的位移传感探头与位移检测触发片(6.1)之间的距离设置为预设距离L标定，将位移传感器(7)的位移信号输出端与标定信号处理模块(9)的信号输入端连接，此时发动机动态气门落座速率信号检测装置进入气门落座速率标定模式：
将等厚度的塞尺塞入位移传感器(7)的位移传感探头与位移检测触发片(6.1)之间，记录位移传感探头与位移检测触发片(6.1)之间的间隙和位移传感器(7)输出的电压信号之间的关系，具体方法为：位移传感探头与位移检测触发片(6.1)之间的目标间隙Ln＝L标定-n*ΔL，其中，ΔL为一个塞尺的厚度，n为设置的塞尺个数，将位移传感探头与位移检测触发片(6.1)之间各个目标间隙状态下的位移传感器(7)输出的电压信号传输给标定信号处理模块(9)，所有目标间隙对应的位移传感器(7)输出的电压信号形成离散标定数据；
步骤2：在标定信号处理模块(9)内对离散标定数据进行拟合，得到离散标定数据曲线，该离散标定数据曲线为位移传感探头和位移检测触发片(6.1)之间的目标间隙Ln与位移传感器(7)输出的电压信号Vn的对应关系，该离散标定数据曲线的关系式为Ln＝kVn+B，其中，Vn为Ln距离下的位移传感器(7)输出的电压信号，k为标定系数，B为标定常量；
步骤3：将位移传感器(7)的位移信号输出端与落座速率信号处理模块(10)信号输入端连接，同时将位移传感器(7)的位移传感探头与位移检测触发片(6.1)之间的距离设置为预设距离L检测，此时发动机动态落座速率信号检测装置进入动态落座速率信号采集模式；
运转发动机，发动机配气机构的凸轮轴(1)旋转推动挺杆(2)和摇臂(3)，从而推动信号触发座圈(6)运动，使得信号触发座圈(6)与位移传感器(7)的位移传感探头产生位移变化，采集并记录发动机运转时位移传感器(7)输出的电压信号V(t)，其中V(t)为发动机运转时位移传感器(7)的位移传感探头与位移检测触发片(6.1)的实时距离下的实时电压信号，t为时间秒；
步骤4：将标定信号处理模块(9)和落座速率信号处理模块(10)的信号输出端与落座速率信号计算模块(11)的信号输入端连接，此时，发动机动态落座速率信号检测装置进入气门落座速率信号计算模式；
发动机运行时，落座速率信号计算模块(11)获取标定系数k、标定常量B和位移传感器(7)输出的实时电压信号V(t),代入如下公式L(t)＝kV(t)+B，获得到发动机气阀落座位移的实时信号L(t)，实时积分计算后得到发动机气门落座速率实时信号S(t)。
4.根据权利要求3所述的进行发动机气门落座速率信号检测的方法，其特征在于：所述步骤1中L标定＝1mm，步骤3中L检测＝0.6mm。
5.根据权利要求3所述的进行发动机气门落座速率信号检测的方法，其特征在于：所述步骤3中t取值范围为20～30秒。
6.根据权利要求3所述的进行发动机气门落座速率信号检测的方法，其特征在于：所述n＝0,1,…,10。
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