CN110426213A - 一种液压加载发动机多功能配气机构试验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压加载发动机多功能配气机构试验台，包括主体结构、传动系统、液压系统、被测机体与数据采集系统。试验台工作时，液压油从油泵输出，供给凸轮轴和摇臂轴润滑，当高压回路的高速电磁阀打开后，液压油在极短的时间内充满燃烧室以模拟发动机辅助制动时燃烧室内的高压。控制回路的高速电磁阀打开后驱动配气机构进入缸内制动模式，排气门克服阻力打开，迫使缸内少量液压油经排气道排出，缸内压力瞬间下降，以此来模拟缸内辅助制动时排气门的受载情况。本发明通过液压来模拟排气制动时缸内的高压来使配气机构的运行环境更接近真实工况，可信程度高；且本发明使用了多种传感器，扩大了试验数据的来源，能够较好地辅助设计。

Description

一种液压加载发动机多功能配气机构试验台

技术领域

本发明涉及发动机测试技术领域，具体地说，涉及一种液压加载发动机多功能配气机构试验台。

背景技术

重载货车在下长坡时制动失效的问题频频发生，存在巨大的安全隐患。发动机辅助制动作为一种高效的辅助制动方式，有效地减少了下长坡时主制动系统的负担，尤其是压缩释放式的发动机辅助制动，是效率最高的辅助制动方式。

但是，要实现压缩释放式制动，就要求排气门在压缩冲程上止点附近克服高压气体的阻力打开，这会对相关零件产生巨大的应力。现有的发动机配气机构试验台缺少对气门升程、速度、加速度等参数的测量手段，无法对配气机构的动力学性能进行验证。

公布号为CN102539161A的发明提出了一种发动机配气机构试验台系统，采用多种传感器测量配气机构动力学参数，但系统中只有油箱、进油管和回油管构成的润滑油路，无法模拟模拟压缩释放式制动时缸内高压气体对气门产生的阻力，在此基础上进行的可靠性试验不能很好地检测零件的性能。公布号为CN109387371A的发明提出了一种发动机配气机构试验台架，其中润滑系统中包括了对润滑油进行加热的加热元件，模拟发动机的工作温度，但工作温度的调节并不能很好地模拟发动机点火燃烧后的全部工况，在实际工况下的发动机燃烧室内部充满了高压气体，排气门需要克服高压气体的阻力进行工作，而现有的配气机构试验台难以满足需要。

发明内容

本发明目的在于针对现有设备存在的不足，提供一种能够模拟发动机辅助制动时缸内高压的发动机配气机构综合试验台架。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种液压加载发动机多功能配气机构试验台，其特征在于：包括主体结构、传动系统、液压系统和被测机体；

所述主体结构为上下分层结构，包括铝型材框架，电机座和油槽，所述电机座安装在铝型材框架下部，油槽安装在铝型材框架上部；

所述被测机体包括缸体、缸盖和安装在缸盖上的配气机构，所述缸体固定在油槽内，缸盖和缸体通过螺栓联接；所述缸盖的排气门上设有激光位移传感器，用于采集排气门的升程参数；所述配气机构的凸轮轴上设有编码器，用于采集凸轮轴的角位移参数；所述激光位移传感器和编码器分别与数据采集器连接，数据采集器与计算机连接；

所述传动系统安装于铝型材框架和电机座上，用于驱动配气机构的凸轮轴；所述液压系统布置在铝型材框架中部，通过液压油管与被测机体连接。

作为本发明优选的方案，所述传动系统包括电机、飞轮、主动轮和从动轮；所述主动轮、从动轮和飞轮构成一个三角形，安装在铝型材框架的左侧板上，通过同步带传动；主动轮与从动轮之间、主动轮与飞轮之间还分别设有惰轮和张紧轮，惰轮和张紧轮均位于同步带的外侧；所述电机安装在电机座上，依次通过联轴器B和联轴器A驱动主动轮，所述联轴器A和联轴器B之间安装有扭矩传感器，所述扭矩传感器与数据采集器连接，用于测量配气机构消耗的功率；所述从动轮通过联轴器C与配气机构的凸轮轴联接。

作为本发明优选的方案，所述联轴器A、联轴器B和联轴器C均为弹性联轴器。

作为本发明优选的方案，所述液压系统需要提供高压来模拟燃烧室内的高压、为摇臂轴及凸轮轴提供润滑以及为配气机构切换工作模式提供控制油压，包括高压油路、控制油路和润滑油路，三条油路同源，进油口处设有压力表和泄压阀，排油口与油槽连接；三条油路的入口处均设有压力传感器，此外，所述高压油路中还设有高速电磁阀并配备蓄能器，蓄能器与高速电磁阀通过在铝型材框架前方布置横板安装，液压泵外置连接，作为液压系统的输入端，蓄能器起到的作用是在该制动装置制动后需向缸内补充油路的情况下，在短时间内辅助液压泵补充供油；蓄能器出口设有压力表，高压油路出口连接缸体中的燃烧室；所述控制油路中还设有普通电磁阀和流量计，经普通电磁阀控制油路的通断，可通过流量计测量耗油量，控制油路出口连接配气机构的摇臂内部的模式切换执行机构；所述润滑油路直接连接缸体，通过缸体内部油路为配气机构的凸轮轴和摇臂轴供给润滑油；所述流量计和压力传感器均与数据采集器连接；

作为本发明优选的方案，所述燃烧室中仅保留满足气门升程的深度。

作为本发明优选的方案，所述高速电磁阀、蓄能器、压力传感器、泄压阀和压力表均集成在电磁阀座上。

本发明使用到的传感器包括扭矩传感器、激光位移传感器、流量计、编码器和压力传感器。其中扭矩传感器直接与电机联接，测得的扭矩可用于计算配气机构消耗的功率；激光位移传感器安装在缸盖上用于测量排气门的位移，以研究配气机构的动力学特性；流量计安装在控制回路入口用于测量其消耗的油量；编码器安装在从动轮处，与凸轮轴同轴，将凸轮轴的角位移转变为电信号输出；压力传感器用于测量液压系统的进油口的油压。所有的传感器均与数据采集器连接，数据采集器通过计算机控制，构成数据采集系统。

本发明的工作原理是：启动油泵后，液压油从油泵输出，供给配气机构的凸轮轴和摇臂轴润滑，当高压回路的高速电磁阀打开后，液压油在极短的时间内充满燃烧室以提供模拟真实工况的缸压。控制回路的普通电磁阀在合适的时间打开，驱动排气摇臂内模式切换执行机构使发动机进入缸内制动模式，排气门克服阻力打开，缸内少量液压油经排气道排出，缸内压力瞬间下降，以此来模拟缸内辅助制动时排气门所受到的交变载荷。

本发明与已有技术相比，有益效果主要有以下方面：

1.普通配气机构试验台只设有润滑油路，与普通配气机构试验台相比，本发明的液压系统中设有三条油路，其中通过高压油路中的液压油对气门进行加载来模拟压缩释放式制动时缸内高压气体对气门产生的阻力，能够较真实地模拟发动机辅助制动时的使用工况。

2.本发明的高压油路中配备有蓄能器，在该制动装置制动后需向缸内补充油路的情况下，可以在短时间内辅助液压泵补充供油，因此液压油可以在极短的时间内充满燃烧室以模拟发动机辅助制动时燃烧室内的高压；

3.本发明能够对配气机构进行多方面的试验：应用激光位移传感器进行气门位移、速度和加速度测量；使用扭矩传感器和转速测出配气系统消耗功率；使用流量计测量配气机构消耗的油量。

附图说明

图1是本发明装置的总体正视图；

图2是本发明装置的总体左视图；

图3是本发明液压系统的正视图；

图4是本发明液压系统的俯视图；

图5是本发明中缸体的局部剖视图；

图中：1—主体结构；11—铝型材框架；12—电机座；13—油槽；2—传动系统：21—电机；22—飞轮：23—联轴器A；24—联轴器B；25—同步带；26—联轴器C；27—从动轮；28—张紧轮；29—主动轮；210—惰轮；3—液压系统；31—高速电磁阀；32—蓄能器；33—高压油路；34—控制油路；35—泄压阀；36—压力表；37—排油口；38—普通电磁阀；39—电磁阀座；310—进油口；311—润滑油路；4—被测机体；41—配气机构；42—摇臂座；43—缸体；44—缸盖；5—数据采集系统；51—扭矩传感器；52—编码器；53—激光位移传感器；54—流量计；55—压力传感器；61—燃烧室；62—排气门凹槽；63—喷油口；64—螺栓孔；65—润滑油道；66—高压油道；67—进气门凹槽。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

除非另有定义，本发明中所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体实施方法，而不是旨在限制本发明。

参阅附图1-附图3所示，本发明的这种发动机配气机构试验台包括主体结构1、传动系统2、液压系统3、被测机体4与数据采集系统5组成。

如附图1和附图2所示，所述主体结构1由铝型材框架11，电机座12和油槽13组成，其中电机座12安装在铝型材框架11下部，油槽13安装在铝型材框架11上部，保证足够空间布置传动系统、液压系统以及被测机体，在其左侧安装有侧板用以布置传动系统。所述传动系统2的电机21安装在电机座12上，并通过联轴器B 24与扭矩传感器51联接，扭矩传感器左端作为传动系统的输出端，扭矩传感器51又通过联轴器A 23与主动轮29联接。如图2所示，所述主动轮29、飞轮22、惰轮210和从动轮27通过同步带25建立传动，通过张紧轮28调节同步带的张力。电机驱动主动轮来带动从动轮运动，从动轮27与编码器52联接，通过联轴器C26与被试配气机构的凸轮轴联接完成动力的传输。

所述被测机体4由缸盖44和缸体43组成，缸体与缸盖通过螺栓联接，缸盖上安装有被测配气机构41，配气机构凸轮轴通过联轴器与传动系统中的从动轮相联获得动力输入，配气机构的摇臂轴安装在摇臂座42上；如图5所示为缸体的局部剖视图，所述缸体并无真正意义上的燃烧室，仅在结构上有与燃烧室直径大小相同的浅凹槽以及满足进排气升程的排气门凹槽62和进气门凹槽67构成燃烧室61。此外，缸体内还设有内部油道，所述内部油道包括润滑油道65和高压油道66，高压油道直接连接燃烧室；所述燃烧室中还设有喷油口63；所述缸体上设有多个螺栓孔64，用于与缸盖之间采用螺栓连接。

如附图1、附图3、附图4和附图5所示，所述液压系统3主要包括高速电磁阀31、蓄能器32、高压油路33、控制油路34、泄压阀35、压力表36、排油口37、普通电磁阀38、电磁阀座39、进油口310和润滑油路311；高速电磁阀31、蓄能器32、泄压阀35、压力表36以及压力传感器55均集成在电磁阀座39上；电磁阀座39出口分高压油路33、控制油路34和润滑油路311三条支路，高压油路33中装有高速电磁阀31，由高速电磁阀控制，通过缸体内部的高压油道66直接向缸体43中的模拟燃烧室61供高压油；控制油路34装有普通电磁阀38和流量计54，普通电磁阀用于控制油路通断，以实现配气机构在正常工作模式和制动模式两种工作模式之间切换；润滑油在润滑油路311末端流入缸体43，经缸体与缸盖44之间的润滑油道65供给摇臂和凸轮轴的润滑；

如附图1所示，所述数据采集系统5包括扭矩传感器51、编码器52、激光位移传感器53、流量计54和压力传感器55；扭矩传感器51安装于电机21的输出轴处，用于采集电机输出的扭矩，测得的扭矩可用于计算配气机构消耗的功率；编码器52安装于凸轮轴输入端以采集凸轮轴的角位移参数，将凸轮轴的角位移转变为电信号输出；激光位移传感器53安装在缸盖44上排气门一侧，用于采集排气门的升程参数，以研究配气机构的动力学特性；压力传感器55安装于电磁阀座39上，用于采集高压油路供给的油压参数；流量计安装在控制回路入口用于测量其消耗的油量。

本发明的工作过程如下：

参阅附图1、附图3、附图4和附图5所示，外接泵站启动后，液压油从进油口310进入电磁阀座39随后经润滑油路311充入缸体43中的内部润滑油道65为摇臂和凸轮轴润滑，同时蓄能器32开始充能。启动电机21后，动力经过同步带传递到配气机构的凸轮轴从而驱动配气机构工作，传动系统2中的飞轮22用于吸收配气机构工作时带来的冲击，此时本发明介绍的试验台架可以用于进行发动机正常工作时配气机构的动力学试验等。

参阅附图1、附图3、附图4和附图5所示，上位机下达切换制动模式命令后，控制油路34中的普通电磁阀38动作，驱动排气摇臂内部模式切换执行机构，发动机即切换为制动模式，排气门将在压缩冲程上止点开启。为模拟此时燃烧室内高压工况，计算机根据编码器52提供的凸轮轴的相位信息和凸轮轴转速信息，控制高速电磁阀31在合适的时间开启，此时燃烧室61内迅速充满高压油并在极短的时间内建立稳定高压，随后高速电磁阀31关闭，一段时间后，排气门开启。排气门克服缸内高压开启后，燃烧室61内的液压油被排气门挤出，经排气道外泄，流入油槽13，加载结束，油槽中的液压油通过排油口37排出。在下一次循环开始时，蓄能器32将辅助液压泵站在短时间内补充液压油以达到快速建立高压的目的。

参阅附图1所示，扭矩传感器51采集到的扭矩信息可用于计算配气机构消耗的功率；激光位移传感器53采集到的排气门升程数据以及编码器52采集到的凸轮轴相位数据，经过处理可得到升程-相位，速度-相位以及加速度-相位图，用于进行配气机构动力学分析；流量计54则可用于计算配气机构的耗油量。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种液压加载发动机多功能配气机构试验台，其特征在于：包括主体结构(1)、传动系统(2)、液压系统(3)和被测机体(4)；

所述主体结构为上下分层结构，包括铝型材框架(11)，电机座(12)和油槽(13)，所述电机座安装在铝型材框架下部，油槽安装在铝型材框架上部；

所述被测机体包括缸体(43)、缸盖(44)和安装在缸盖上的配气机构(41)，所述缸体固定在油槽内，缸盖和缸体通过螺栓联接；所述缸盖的排气门上设有激光位移传感器(53)，用于采集排气门的升程参数；所述配气机构的凸轮轴上设有编码器(52)，用于采集凸轮轴的角位移参数；所述激光位移传感器和编码器分别与数据采集器连接，数据采集器与计算机连接；

所述传动系统安装于铝型材框架和电机座上，用于驱动配气机构的凸轮轴；所述液压系统布置在铝型材框架中部，通过液压油管与被测机体连接。

2.根据权利要求1所述的一种液压加载发动机多功能配气机构试验台，其特征在于：所述传动系统(2)包括电机(21)、飞轮(22)、主动轮(29)和从动轮(27)；所述主动轮、从动轮和飞轮构成一个三角形，安装在铝型材框架的左侧板上，通过同步带(25)传动；主动轮与从动轮之间、主动轮与飞轮之间还分别设有惰轮(210)和张紧轮(28)，惰轮(210)和张紧轮(28)均位于同步带(25)的外侧；所述电机安装在电机座上，依次通过联轴器B和联轴器A驱动主动轮，所述联轴器A和联轴器B之间安装有扭矩传感器(51)，所述扭矩传感器与数据采集器连接，用于测量配气机构消耗的功率；所述从动轮通过联轴器C(26)与配气机构的凸轮轴联接。

3.根据权利要求1所述的一种液压加载发动机多功能配气机构试验台，其特征在于：所述联轴器A、联轴器B和联轴器C均为弹性联轴器。

4.根据权利要求1所述的一种液压加载发动机多功能配气机构试验台，其特征在于：所述液压系统(3)包括高压油路(33)、控制油路(34)和润滑油路(311)，三条油路同源，进油口(310)处设有压力表(36)和泄压阀(35)，排油口与油槽连接；油路的入口处均设有压力传感器，此外，所述高压油路中还设有高速电磁阀(31)并配备蓄能器(32)，蓄能器出口设有压力表，高压油路出口连接缸体中的燃烧室(61)；所述控制油路中还设有普通电磁阀(38)和流量计(54)，控制油路出口连接配气机构的摇臂内部的模式切换执行机构；所述润滑油路直接连接缸体，通过缸体内部油路为配气机构的凸轮轴和摇臂轴供给润滑油；所述流量计和压力传感器均与数据采集器连接。

5.根据权利要求4所述的一种液压加载发动机多功能配气机构试验台，其特征在于：所述燃烧室(61)中仅保留满足气门升程的深度。

6.根据权利要求4所述的一种液压加载发动机多功能配气机构试验台，其特征在于：所述高速电磁阀、蓄能器、压力传感器、泄压阀和压力表均集成在电磁阀座(39)上。