CN112610385A - 发动机点火提前角的测定装置及测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发动机点火提前角的测定装置及测定方法，包括用于测试待测发动机性能指标的测功机，还包括控制器、点火器、活塞位移检测器、曲轴角位移检测器，所述控制器分别与点火器、活塞位移检测器、曲轴角位移检测器电连接；所述点火器与待测发动机的火花塞电连接，火花塞与待测发动机的火花塞安装孔对应，用于在接收到点火信号后对待测发动机进行点火；所述活塞位移检测器与待测发动机的火花塞安装孔对应，用于检测待测发动机的活塞位移并向控制器发送活塞的位移信号；所述曲轴角位移检测器用于检测待测发动机曲轴的角位移并将所检测到的角位移信号发送至控制器；所述测功机的转轴与待测发动机的曲轴连接用于测试待测发动机的性能参数。

Description

发动机点火提前角的测定装置及测定方法

技术领域

本发明涉及发动机的技术领域，特别涉及一种发动机点火提前角的测定装置及测定方法。

背景技术

发动机点火提前角是从点火时刻起到活塞到达压缩上止点的这段时间内发动机曲轴转过的角度。在发动机的设计过程中，需要寻找达到发动机效率最高、振动最小、温升最低的工作性能的点火提前角，测定的点火提前角可保证实际使用时发动机在各种工况下均能够使气体膨胀趋势的最大段处于活塞做功的下降行程。目前，都是通过预设多个不同夹角的飞轮来测定发动机的点火提前角，采用飞轮测定增加了设计成本，且在测定的过程中还需要多次更换飞轮，测定的操作复杂，测定的效率也低，影响了生产进度。并且，飞轮的制造存在不可避免的误差，该误差还会导致测定的点火提前角与实际的点火提前角不相符。此外，若采用飞轮测定的结果越准确，则需要制造的不同夹角的飞轮数量也越多，大大增加了生产成本。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种发动机点火提前角的测定装置及测定方法，其通过曲轴角位移检测器及活塞位移检测器可确定活塞位于上止点时曲轴的位置，测定的点火提前角更准确，测定的操作简单、效率高，测定的成本也低。

本发明的技术方案是：一种发动机点火提前角的测定装置，包括用于测试待测发动机性能指标的测功机，还包括控制器、点火器、活塞位移检测器、曲轴角位移检测器，所述控制器分别与点火器、活塞位移检测器、曲轴角位移检测器电连接；

所述控制器用于通过活塞位移检测器获取待测发动机的活塞上止点，通过曲轴角位移检测器获取曲轴的角位移，并向点火器发送点火信号；

所述点火器与待测发动机的火花塞电连接，火花塞与待测发动机的火花塞安装孔对应，用于在接收到点火信号后对待测发动机进行点火；

所述活塞位移检测器与待测发动机的火花塞安装孔对应，用于检测待测发动机的活塞上止点并向控制器发送信号；

所述曲轴角位移检测器用于检测待测发动机曲轴的角位移并将所检测到的角位移信号发送至控制器；

所述测功机的转轴与待测发动机的曲轴连接用于测试待测发动机的性能参数。

进一步地，所述曲轴角位移检测器为环形编码器。

进一步地，所述环形编码器的外圈与一支架连接固定，所述支架固定在底板上。

进一步地，所述支架呈“L”形，“L”形的一直臂通过螺栓与底板连接固定，另一直臂向上延伸固定安装环形编码器的外圈。

进一步地，所述环形编码器的内圈与一联轴器固定，所述联轴器位于连接测功机的转轴与待测发动机的曲轴之间将测功机的转轴与待测发动机的曲轴连接固定。

进一步地，所述活塞位移检测器的外周通过螺纹连接一连接套，所述连接套的外周设置外螺纹用于与待测发动机的火花塞安装孔螺纹配合，该连接套的外周设有用于轴向限位的凸缘。

进一步地，所述活塞位移检测器为位移传感器。

一种采用上述测定装置的发动机点火提前角的测定方法，包括以下步骤：

S1：依据活塞位移检测器发出的活塞位于上止点的信号和此刻曲轴角位移检测器检测到的曲轴角位移信号，控制器确定待测发动机在活塞位于上止点时对应的曲轴位置P；

S2：以将曲轴位置P所对应的曲轴转动角度作为基准0度，预设提前角度范围作为点火提前角测试范围，在点火提前角测试范围内，在控制器上预设任一初始点火提前角；

S3：启动待测发动机，控制器依据曲轴角位移检测器所检测到的角位移信号，判断曲轴转动的角度位置与S2中预设的初始点火提前角一致时，控制器向点火器发出点火信号，待测发动机点火运行；

S4：待测发动机驱动测功机运行，取得一组待测发动机的性能参数；

S5：在点火提前角测试范围内在初始点火提前角的基础上，通过控制器预设不同的点火提前角，依次重复步骤S2至步骤S4，得到多组待测发动机的性能参数，比对各组待测发动机的性能参数确定出一组需要的待测发动机性能参数，该组待测发动机性能参数所对应设置的点火提前角即为测定出的所需点火提前角。

进一步地，步骤S2、S5中所述设置的点火提前角的角度测试范围为5度~40度。

采用上述技术方案：一种发动机点火提前角的测定装置，包括用于测试待测发动机性能指标的测功机，还包括控制器、点火器、活塞位移检测器、曲轴角位移检测器，所述控制器分别与点火器、活塞位移检测器、曲轴角位移检测器电连接；所述点火器与待测发动机的火花塞电连接，火花塞与待测发动机的火花塞安装孔对应，用于在接收到点火信号后对待测发动机进行点火；所述活塞位移检测器与待测发动机的火花塞安装孔对应，用于检测待测发动机的活塞上止点并向控制器发送信号；所述曲轴角位移检测器用于检测待测发动机曲轴的角位移并将所检测到的角位移信号发送至控制器；所述测功机的转轴与待测发动机的曲轴连接用于测试待测发动机的性能参数。该测定装置能够方便地确定上止点所对应的曲轴位置P，将该曲轴位置P的角位移定为0度，则在预设的点火提前角的范围内，如提前10度到40度，可按任意增减幅度，如每次增加1度，预设不同的点火提前角，并按每一预设的点火提前角运行待测发动机、再通过控制器得到对应的预设性能指标，如：扭矩、功率、油耗、机油温度、汽缸头温度等等，这样就能克服现有测试技术的不足，极方便地更换预设任意角度的点火提前角并得到相应的多组预设的性能指标实测参数，在综合比较、判断的基础上，确定符合预期的一组参数，与之对应的点火提前角即为需要的点火提前角，完成点火提前角的测定。如此测定简便易行，由于可显著增加实测参数的组数，需要的点火提前角的测定更为精确。测试装置的结构简单，使用过程中其不需要更换不同型号的构成零件，制作成本也低。点火提前角的测定受控制器控制，使用简便。且活塞位移检测器能够实时检测活塞的位移，曲轴角位移检测器能够实时检测曲轴的位置，活塞及曲轴位置的采集的结果更准确，能够确定出任意点火提前角的点火时刻，测定结果更加准确可靠。

进一步地，所述曲轴角位移检测器为环形编码器；进一步地，所述活塞位移检测器为位移传感器。环形编码器、位移传感器更加灵敏，活塞的上止点确定更准确。

进一步地，所述环形编码器的外圈与一支架连接固定，所述支架固定在底板上，支架方便了环形编码器的安装。进一步地，所述支架呈“L”形，“L”形的一直臂通过螺栓与底板连接固定，另一直臂向上延伸固定安装环形编码器的外圈。“L”形支架的制作简单，安装也简便。

进一步地，所述环形编码器的内圈与一联轴器固定，所述联轴器位于连接测功机的转轴与待测发动机的曲轴之间将测功机的转轴与待测发动机的曲轴连接固定。联轴器方便了测功机转轴与发动机曲轴之间的连接。

进一步地，所述位移传感器的外周通过螺纹连接一连接套，所述连接套的外周设置外螺纹用于与待测发动机的火花塞安装孔螺纹配合，该连接套的外周设有用于轴向限位的凸缘。连接套对位移传感器的固定好，位移传感器的拆卸也简单，连接套外周的凸缘可限制连接套旋入火花塞安装孔的深度。

一种采用上诉测定装置的发动机点火提前角的测定方法，包括以下步骤：S1：依据活塞位移检测器发出的活塞位于上止点的信号和此刻曲轴角位移检测器检测到的曲轴角位移信号，控制器确定待测发动机在活塞位于上止点时对应的曲轴位置P；S2：以将曲轴位置P所对应的曲轴转动角度作为基准0度，预设提前角度范围作为点火提前角测试范围，在点火提前角测试范围内，在控制器上预设任一初始点火提前角；S3：启动待测发动机，控制器依据曲轴角位移检测器所检测到的角位移信号，判断曲轴转动的角度位置与S2中预设的初始点火提前角一致时，控制器向点火器发出点火信号，待测发动机点火运行；S4：待测发动机驱动测功机运行，取得一组待测发动机的性能参数；S5：在点火提前角测试范围内初始点火提前角的基础上，通过控制器预设不同的点火提前角。在控制器上预设任一点火提前角，可以按预设规律来进行预设，也可以不按规律来进行预设。依次重复步骤S2至步骤S4，得到多组待测发动机的性能参数，比对各组待测发动机的性能参数确定出一组需要的待测发动机性能参数，该组待测发动机性能参数所对应设置的点火提前角即为测定出的所需点火提前角。

该测定方法的步骤简单，不同的点火提前角通过控制器设置即可，不再需要手动更换不同的飞轮，提高了测定效率，保证了生产进度。控制器通过曲轴角位移检测器确定出的点火时刻准确可靠，每次设置的点火提前角之间的间隔可以足够小，能够确定出一组更准确的发动机性能参数，由此得到的点火提前角准确可靠。

进一步地，步骤S2、S5中所述点火提前角测试范围为5度~40度。5度~40度的点火提前角可保证发动机正常工作，防止点火提前角过大或过小对发动机造成损伤。

本发动机点火提前角的测定装置及测定方法能够通过曲轴角位移检测器及活塞位移检测器确定活塞位于上止点时曲轴的位置，由此便可确定发动机的点火时刻，测定的点火提前角更准确，测定的操作简单、效率高，测定的成本也低。

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发动机点火提前角的测定装置的结构示意图；

图2为环形编码器与联轴器配合的示意图；

图3为位移传感器通过连接套与发动机的火花塞安装孔配合的示意图；

图4为火花塞配合在发动机火花塞安装孔中的示意图；

图5为本发动机点火提前角的测定方法流程图。

具体实施方式

参见图1至图4，一种发动机点火提前角的测定装置，包括点火器3、控制器1、点火器3、活塞位移检测器5、曲轴角位移检测器7、测功机9。点火器3设有一升压线圈10，该升压线圈10用于将点火器3的调压整流器输入的电压进行升压并输送给火花塞4。控制器1包括可输入点火提前角的工控机。点火器3的可控硅与控制器1电连接用于控制调压整流器与升压线圈10之间的通断。所述控制器1分别与点火器3、活塞位移检测器5、曲轴角位移检测器7电连接，所述点火器3与待测发动机2的火花塞4电连接，该火花塞4与待测发动机2的火花塞安装孔对应。所述活塞位移检测器5与待测发动机2的火花塞安装孔对应用于伸入发动机缸体内检测活塞2-1上止点的位置。所述活塞位移检测器5为位移传感器。所述活塞位移检测器5的外周通过螺纹连接一连接套2-2，所述连接套2-2的外周设置外螺纹用于与待测发动机2的火花塞安装孔螺纹配合，该连接套2-2的外周设有用于轴向限位的凸缘。连接套2-2对活塞位移检测器5的固定好，活塞位移检测器5的拆卸也简单，连接套2-2外周的凸缘可限制连接套2-2旋入火花塞安装孔的深度。所述曲轴角位移检测器7为环形编码器或角位移传感器，用于检测发动机曲轴2-3的角位移，环形编码器、角位移传感器、位移传感器更加灵敏，活塞的上止点确定更准确。所述曲轴角位移检测器7安装在一支架11上，所述支架11固定在一底板8上。所述支架11呈“L”形，“L”形的一直臂通过螺栓与底板8连接固定，另一直臂向上延伸固定安装曲轴角位移检测器7。支架11方便了曲轴角位移检测器7的安装，“L”形支架11的制作简单，安装也简便。所述测功机9安装在底板8上，测功机9的转轴与待测发动机2的曲轴2-3连接固定用于测试待测发动机2的性能参数。测功机9与现有用于测试发动机性能的测控系统电连接，该测控系统设有用于显示发动机性能的仪表或显示屏。所述测功机9的转轴与待测发动机2的曲轴2-3通过联轴器6连接固定，本实施例的曲轴角位移检测器7选用环形编码器，环形编码器包括内圈、外圈。曲轴角位移检测器7的内圈与联轴器6通过螺钉连接固定，曲轴角位移检测器7的外圈通过螺钉与支架11向上延伸的直臂连接固定。联轴器6方便了测功机9转轴与发动机2曲轴2-3之间的连接。

该测定装置能够方便地确定上止点所对应的曲轴位置P，将该曲轴位置P的角位移定为0度，则在预设的点火提前角的范围内，如提前10度到40度，可按任意增减幅度，如每次增加1度，预设不同的点火提前角，并按每一预设的点火提前角运行待测发动机2、再通过控制器1得到对应的预设性能指标，如：扭矩、功率、油耗、机油温度、汽缸头温度等等，这样就能克服现有测试技术的不足，极方便地更换预设任意角度的点火提前角并得到相应的多组预设的性能指标实测参数，在综合比较、判断的基础上，确定符合预期的一组参数，与之对应的点火提前角即为需要的点火提前角，完成点火提前角的测定。如此测定简便易行，由于可显著增加实测参数的组数，需要的点火提前角的测定更为精确。该测定装置的结构简单、使用简便，减少了操作人员的工作量，提高了测试效率，其制作成本也低。点火提前角的测定由控制器1控制，活塞位移检测器5能够实时检测活塞2-1的位移，曲轴角位移检测器7能够实时检测曲轴2-3的位置，活塞2-1及曲轴2-3位置的采集的结果更准确，能够确定出任意点火提前角的点火时刻，测定结果更加准确可靠。测功机9可测试发动机的功率、油耗、扭矩、温度等参数。此外还可采用排放仪来检测发动机的尾气排放参数。

一种采用上诉测定装置的发动机点火提前角的测定方法，如图5所示，包括以下步骤：

S1：将活塞位移检测器5通过连接套2-2安装在待测发动机2的火花塞安装孔上使活塞位移检测器5的探测头伸入待测发动机缸体内。再手动转动待测发动机2的曲轴2-3，曲轴角位移检测器7检测待测发动机2曲轴2-3的角位移，活塞位移检测器5检测待测发动机2活塞2-1的位置。同时控制器1采集曲轴角位移检测器7、活塞位移检测器5的信号并处理，确定出待测发动机活塞2-1位于上止点时对应的曲轴位置P，P代表活塞上止点时曲轴位置。

S2：取下活塞位移检测器5，将火花塞4通过螺纹连接在待测发动机2的火花塞安装孔上。以曲轴位置P为0度，在控制器1的工控机上上预设初始点火提前角。通过控制器1预设点火提前角可由控制器1自动进行，也可由操作人员每次手动输入。控制器1根据初始点火提前角及S1中的曲轴位置P计算出点火时刻，该点火时刻为曲轴相对S1中确定出的曲轴位置P少转一个角度，该少转的角度与初始点火提前角相同的时刻，计算出的点火时刻存储在控制器1中。

S3：启动待测发动机2，控制器1依据曲轴角位移检测器7所检测到的曲轴角位移信号，判断曲轴转动的角度位置与S2中计算出的点火时刻一致时，控制器1向点火器3发出点火信号，待测发动机2点火运行。

S4：待测发动机2驱动测功机9运行，取得一组待测发动机2的性能参数。

S5：在初始点火提前角的基础上，每增加1度预设不同的点火提前角，依次重复步骤S2至步骤S4，得到各点火提前角之间间隔1度的多组待测发动机2的性能参数，通过人工或者软件比对各组待测发动机的性能参数确定出一组需要的待测发动机性能参数，该组待测发动机性能参数所对应设置的点火提前角即为测定出的所需点火提前角。S2及步骤S5中设置的点火提前角的角度均在5度~40度的范围内。5度~40度的点火提前角可保证发动机正常工作，防止点火提前角过大或过小对发动机造成损伤。但在不同的应用场合其也可以小于5度，或者可以大于40度。

其中，对于曲轴位置P即活塞在上止点位置时对应的曲轴的转动角度是一定的，步骤S2中将其作为基准，就是可以将此刻曲轴旋转角度视为0度，点火提前角范围就是在曲轴还未旋转到0度之前，所预设的提前一定角度范围的曲轴旋转角度，对应地，是活塞在到达上止点前一定范围的升程行程，例如：如实测曲轴位置P对应的曲轴转动角为350度，则控制器将该350度作为基准，可将其视为0度；假定在某次测试中预设点火提前角为提前15度，则控制器依据曲轴角位移检测器所检测到的角位移信号（即曲轴转动角的度数），在曲轴转动角为335度（基准角350度与提前角15度的差值）时，判断曲轴转动的角度位置与示例中预设的点火提前角（提前15度）相一致，此时，控制器向点火器发出点火信号。当然，在待测发动机为电喷发动机的情况下，控制器并不限于仅向点火器发出点火信号，还可按预设方式发出喷油信号，本发明不作限定。

该测定方法的步骤简单，不同的点火提前角通过控制器设置即可，不再需要手动更换不同的飞轮，提高了测定效率，保证了生产进度，也减少了测试及生产成本。控制器通过曲轴角位移检测器可获取发动机曲轴的位置信号，通过活塞位移检测器可获取发动机活塞的位置信号，控制器根据曲轴角位移检测器判断出的点火时刻也准确可靠，每次设置的点火提前角之间的间隔可以足够小，能够确定出一组更准确的发动机性能参数，由此得到的点火提前角准确可靠。

Claims (9)

1.一种发动机点火提前角的测定装置，包括用于测试待测发动机（2）性能指标的测功机（9）,其特征在于：还包括控制器（1）、点火器（3）、活塞位移检测器（5）、曲轴角位移检测器（7），所述控制器（1）分别与点火器（3）、活塞位移检测器（5）、曲轴角位移检测器（7）电连接；

所述控制器（1）用于通过活塞位移检测器（5）获取待测发动机（2）的活塞上止点，通过曲轴角位移检测器（7）获取曲轴的角位移，并向点火器（3）发送点火信号；

所述点火器（3）与待测发动机（2）的火花塞（4）电连接，火花塞（4）与待测发动机（2）的火花塞安装孔对应，用于在接收到点火信号后对待测发动机（2）进行点火；

所述活塞位移检测器（5）与待测发动机（2）的火花塞安装孔对应，用于检测待测发动机（2）的活塞上止点并向控制器（1）发送信号；

所述曲轴角位移检测器（7）用于检测待测发动机（2）曲轴的角位移并将所检测到的角位移信号发送至控制器（1）；

所述测功机（9）的转轴与待测发动机（2）的曲轴连接用于测试待测发动机（2）的性能参数。

2.根据权利要求1所述的发动机点火提前角的测定装置，其特征在于：所述曲轴角位移检测器（7）为环形编码器。

3.根据权利要求2所述的发动机点火提前角的测定装置，其特征在于：所述环形编码器的外圈与一支架（11）连接固定，所述支架（11）固定在底板（8）上。

4.根据权利要求3所述的发动机点火提前角的测定装置，其特征在于：所述支架（11）呈“L”形，“L”形的一直臂通过螺栓与底板（8）连接固定，另一直臂向上延伸固定安装环形编码器的外圈。

5.根据权利要求2所述的发动机点火提前角的测定装置，其特征在于：所述环形编码器的内圈与一联轴器（6）固定，所述联轴器（6）位于连接测功机（9）的转轴与待测发动机（2）的曲轴之间将测功机（9）的转轴与待测发动机（2）的曲轴连接固定。

6.根据权利要求1所述的发动机点火提前角的测定装置，其特征在于：所述活塞位移检测器（5）的外周通过螺纹连接一连接套（2-2），所述连接套（2-2）的外周设置外螺纹用于与待测发动机（2）的火花塞安装孔螺纹配合，该连接套（2-2）的外周设有用于轴向限位的凸缘。

7.根据权利要求1所述的发动机点火提前角的测定装置，其特征在于：所述活塞位移检测器（5）为位移传感器。

8.一种采用权利要求1所述测定装置的发动机点火提前角的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：依据活塞位移检测器发出的活塞位于上止点的信号和此刻曲轴角位移检测器检测到的曲轴角位移信号，控制器确定待测发动机在活塞位于上止点时对应的曲轴位置P；

S2：以将曲轴位置P所对应的曲轴转动角度作为基准0度，预设提前角度范围作为点火提前角测试范围，在点火提前角测试范围内，在控制器上预设任一初始点火提前角；

S3：启动待测发动机，控制器依据曲轴角位移检测器所检测到的角位移信号，判断曲轴转动的角度位置与S2中预设的初始点火提前角一致时，控制器向点火器发出点火信号，待测发动机点火运行；

S4：待测发动机驱动测功机运行，取得一组待测发动机的性能参数；

S5：在点火提前角测试范围内在初始点火提前角的基础上，通过控制器预设不同的点火提前角，依次重复步骤S2至步骤S4，得到多组待测发动机的性能参数，比对各组待测发动机的性能参数确定出一组需要的待测发动机性能参数，该组待测发动机性能参数所对应设置的点火提前角即为测定出的所需点火提前角。

9.根据权利要求8所述的发动机点火提前角的测定方法，其特征在于：S2、S5中所述设置的点火提前角测试范围为5度~40度。

Images