CN113325777B - 一种双活塞对置内燃机测试平台的动力控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双活塞对置内燃机测试平台的动力控制系统，包括：电机和由电机驱动的齿轮箱，所述齿轮箱用于提供两个转动方向相反的输出轴，所述输出轴通过联轴器连接有曲柄滑块机构；所述曲柄滑块机构将作用于曲柄的转动转化为滑块的直线运动，所述滑块为被测双活塞对置内燃机的活塞。发明在内燃机运行过程中，遇到扫气效果不佳、喷油脉动循环、燃烧效果不佳、爆震等情况时，活塞运动出现的波动将有动力控制系统实时予以能量补偿，使得内燃机活塞能够在给定运动轨迹下稳定运行，可长时间的模拟内燃机的稳定运行工况；本发明通过调整连杆长度，可以拟合不同的活塞运动轨迹，进而适配多种结构参数的发动机测试。

Description

一种双活塞对置内燃机测试平台的动力控制系统
技术领域
本发明涉及发动机测试领域，特别是一种双活塞对置内燃机测试平台的动力控制系统。
背景技术
双活塞对置内燃机通过两个对置活塞的对向运动，压缩缸内为可燃混合气。当混合气到达燃烧临界条件时，火花塞点火实现混合气燃烧放热，进而膨胀推动两活塞做功。双活塞对置结构使得发动机结构更加紧凑，功率密度也得到进一步提升。
在长时间测试双活塞对置内燃机的燃烧性能时，双活塞对置发动机在运动过程中容易出现燃烧效果不佳、爆震等情况，使得活塞极易失速，脱离预定轨迹；另一方面两个对置活塞由于漏气效果不同、所受摩擦力不同等原因，容易发生运动的不同步。
因此，用于测试双活塞对置内燃机的测试平台需要满足以下条件：使两个活塞运动稳定可控；可实时采集燃烧数据；可调整控制喷油点火的时序；可将燃烧参数实时储存与显示；便于调整适应不同结构参数的双活塞对置内燃机。
用于测试双活塞对置内燃机的测试平台包括动力控制系统、传感器和数据采集系统、喷油点火驱动系统和上位机操作系统。其中，动力控制系统对于活塞运动的稳定可控起到了决定性作用。
公开号为CN210571808U的说明书公开了一种内燃机活塞环缸套摩擦磨损性能测试平台。该平台中试验台主体为发动机原件，活塞环与活塞配合安装在缸套内形成活塞环—缸套摩擦副；试验台基座用于安装支撑试验台主体；传动控制系统通过曲柄连杆机构为活塞往复运动提供动力；气动力日载系统用于控制缸内气体压力和温度；温度控制系统用于调节缸套壁温并保持恒定；润滑供油系统为测试台摩擦副提供滑油；膜厚测量系统用于测试活塞环与缸套间的油膜厚度；数据采集系统用于测量试验台转速、温度和压力。
公开号为CN1159519C的说明书公开了一种内燃机输出状态检测装置，检测发电机的转矩反力，从该转矩反力检测内燃机的输出状态。具有内燃机、由该内燃机驱动产生电力的发电机、检测该发电机的转矩反力的转矩检测装置、及检测内燃机的输出状态的输出状态检测装置。输出状态检测装置根据由转矩检测装置检测的发电机的转矩反力检测内燃机的输出状态。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种双活塞对置内燃机测试平台的动力控制系统，通过常啮合齿轮的传动与换向，实现双活塞运动控制精准、传动平稳的对向运动。
一种双活塞对置内燃机测试平台的动力控制系统，包括：电机和由电机驱动的齿轮箱，所述齿轮箱用于提供两个转动方向相反的输出轴，所述输出轴通过联轴器连接有曲柄滑块机构；所述曲柄滑块机构将作用于曲柄的转动转化为滑块的直线运动，所述滑块为被测双活塞对置内燃机的活塞。
电机驱动齿轮箱内部的齿轮组转动，齿轮相互啮合实现换向运动，选取其中两个转动方向相反的齿轮设置输出轴。转动方向相反的输出轴将转矩通过联轴器作用于曲柄滑块机构的曲柄，曲柄将相反方向的转动转化为滑块部分对向的直线运动，实现两个活塞的对向运动。
所述齿轮箱包括箱体和设于齿轮箱内常啮合的齿轮组，所述齿轮组的啮合方式包括内啮合传动和外啮合传动，齿轮组布置结构和齿轮数量可根据测试平台的动力需求做出调整。
优选地，所述齿轮组包括2n个齿轮，所述n为大于等于2的整数。
所述箱体的一侧设有输入轴，所述输入轴通过联轴器与电机的转轴固定；所述箱体的另一侧设有两个输出轴。将输入轴和输出轴分别置于齿轮箱的两侧，可防止电机与被测双活塞对置内燃机干涉。
优选地，所述齿轮采用6级磨齿加工的斜齿轮，斜齿轮组成的齿轮组传动更加平稳且噪声小。
所述曲柄采用整体式的曲轴的结构，所述曲轴的一端通过联轴器与所述输出轴固定，所述齿轮箱工作时，输出轴带动曲轴沿中心线旋转。
所述曲柄滑块机构还包括连接曲柄和滑块的连杆机构，所述连杆机构为可伸缩结构。
所述连杆机构包括外套杆、第一内缩杆和第二内缩杆，外套杆为正反丝套筒结构，所述第一内缩杆和第二内缩杆的一端通过锁紧螺母与外套杆相配合。调整连杆机构时，松开设于外套杆两端的锁紧螺母，转动第一内缩杆和第二内缩杆调节活塞与曲轴之间的距离，旋紧锁紧螺母固定连杆机构的长度。
所述第一内缩杆的另一端设有与活塞连接的关节轴承，关节轴承载荷能力大、抗冲击，防止被测双活塞对置内燃机在出现爆震现象时，对连接件造成破坏。
所述第二内缩杆的另一端设有与曲轴的连杆轴颈配合的转动副。
优选地，所述联轴器均采用尼龙弹性的梅花联轴器，梅花联轴器在安装过程中对两轴的同轴要求较低，方便安装；同时也可吸收转动过程中产生的振动。
本发明相比现有技术，其优点在于：
1、本发明在内燃机运行过程中，遇到扫气效果不佳、喷油脉动循环、燃烧效果不佳、爆震等情况时，活塞运动出现的波动将有动力控制系统实时予以能量补偿，使得内燃机活塞能够在给定运动轨迹下稳定运行，可长时间的模拟内燃机的稳定运行工况；
2、本发明通过调整连杆长度，可以拟合不同的活塞运动轨迹，进而适配多种结构参数的发动机测试。
附图说明
图1是本发明实施例中双活塞对置内燃机测试平台的动力控制系统的爆炸结构示意图。
图2是图1所示的连杆机构的结构示意图。
图3是本发明实施例中双活塞对置内燃机测试平台的检测控制示意图。
具体实施方式
如图1所示，双活塞对置内燃机测试平台的动力控制系统，包括：电机(图中并未标出)和由电机驱动的齿轮箱1，齿轮箱1用于提供两个转动方向相反的第一输出轴2和第二输出轴3。
齿轮箱1包括左箱体11、右箱体12和设于左箱体11和右箱体12之间的常啮合的齿轮组，齿轮组有4个外啮合传动的齿轮。
齿轮采用6级磨齿加工的斜齿轮，斜齿轮组成的齿轮组传动更加平稳且噪声小。
在齿轮组的第一级齿轮13处设置穿过左箱体11的输入轴4和穿过右箱体12的第一输出轴2；在齿轮组第四级齿轮14处设置的第二输出轴3，第一输出轴2和第二输出轴3均位于右箱体12的同侧，各齿轮和左箱体11及右箱体12通过轴承与油封定位，左箱体11和右箱体12采用螺栓固定。
输入轴4通过联轴器5与电机的转轴固定。
第一输出轴2和第二输出轴3分别通过联轴器4连接曲柄滑块机构；曲柄滑块机构将作用于曲柄的转动转化为滑块的直线运动，滑块为被测双活塞对置内燃机8的两个活塞23。
曲柄采用整体式的曲轴6的结构，曲轴6的一端通过联轴器5与对应的输出轴固定，齿轮箱1工作时，输出轴带动曲轴6沿中心线旋转，曲轴6的两端通过轴承座7进行定位，保证曲轴6旋转的平稳性。
如图2所示，曲柄滑块机构还包括连接曲柄和滑块的连杆机构，连杆机构为可伸缩结构，包括外套杆20、第一内缩杆21和第二内缩杆22，外套杆20为正反丝套筒结构，第一内缩杆21和第二内缩杆22的一端分别通过锁紧螺母24与外套杆20相配合。调整连杆机构时，松开设于外套杆20两端的锁紧螺母24，转动第一内缩杆21和第二内缩杆22调节活塞23与曲轴6之间的距离，旋紧锁紧螺母24固定连杆机构的长度。
第一内缩杆21的另一端设有与活塞23连接的关节轴承25，关节轴承25载荷能力大、抗冲击，防止被测双活塞对置内燃机8在出现爆震现象时，对连接件造成破坏。
第二内缩杆22的另一端设有与曲轴6的连杆轴颈配合的转动副26。
联轴器5均采用尼龙弹性的梅花联轴器，梅花联轴器在安装过程中对两轴的同轴要求较低，方便安装；同时也可吸收转动过程中产生的振动。
电机通过输入轴4驱动齿轮箱1内部的齿轮转动，齿轮相互啮合实现换向运动，选取其中两个转动方向相反的齿轮处设置第一输出轴2和第二输出轴3。转动方向相反的第一输出轴2和第二输出轴3将转矩通过联轴器5作用于曲柄滑块机构的曲轴6，曲轴6将相反方向的转动转化为活塞23的直线运动，实现两个活塞23的对向运动。电机通过齿轮箱1和曲柄滑块机构与被测样机活塞23相连，通过恒转速控制，电机可吸收被测样机工况不稳定时产生的活塞23速度波动，维持活塞23特定工况的轨迹。
如图3所示，双活塞对置内燃机测试平台完成双活塞对置内燃机的燃烧测试还需测试控制部分，包括缸内压强传感器31、曲轴转角传感器30、数据采集卡34、双向桥驱动器37、运动控制卡35和上位机操作系统36。
被测双活塞对置内燃机8的喷油点火使用运动控制卡35控制双向桥驱动器37进行驱动。
曲轴转角传感器30设于曲轴6处，曲轴转角传感器30采集曲轴6转角信息传递给数据采集卡34。数据采集卡34将信息传递给运动控制卡35作为位移参考。
缸内压强传感器31通过数据采集卡34传入上位机操作系统36进行数据的储存与实时显示，上位机操作系统36通过C语言编译控制。
其中，运动控制卡35与上位机操作系统36采用dSPACE或Speedgoat厂家的成熟产品，采用MATLAB的Simulink模块进行程序编写与在线调参。
双活塞对置内燃机测试平台进行燃烧测试时，动力控制系统运行，曲轴转角传感器30采集曲轴转角信号，并通过数据采集卡34传入运动控制卡35，缸内压强传感器31经运算放大器33将缸内压强信号通过数据采集卡34传入运动控制卡35。运动控制卡35接收上位机操作系统36的触发条件指令。
当曲轴转角到达设定的触发条件后，运动控制卡35发送调制脉冲到双向桥驱动器37。双向桥驱动器37发送调制脉冲信号到被测双活塞对置内燃机8的喷油器17和火花塞，驱动喷油和点火动作。运动控制卡35将收集到的曲轴转角信息和缸内压强信息传入上位机操作系统36进行实时显示。

Claims (4)

1.一种双活塞对置内燃机测试平台的动力控制系统，其特征在于，包括：电机和由电机驱动的齿轮箱，所述齿轮箱用于提供两个转动方向相反的输出轴，所述输出轴通过联轴器连接有曲柄滑块机构；所述曲柄滑块机构将作用于曲柄的转动转化为滑块的直线运动，所述滑块为被测双活塞对置内燃机的活塞；
所述曲柄滑块机构还包括连接曲柄和滑块的连杆机构，所述连杆机构为可伸缩结构；所述连杆机构包括外套杆、第一内缩杆和第二内缩杆，外套杆为正反丝套筒结构，所述第一内缩杆和第二内缩杆的一端通过锁紧螺母与外套杆相配合；所述第一内缩杆的另一端设有与活塞连接的关节轴承；所述第二内缩杆的另一端设有与曲轴的连杆轴颈配合的转动副；
所述曲柄采用整体式的曲轴的结构，所述曲轴的一端通过联轴器与所述输出轴固定；
还包括测试控制部分，所述测试控制部分包括缸内压强传感器、曲轴转角传感器、数据采集卡、双向桥驱动器、运动控制卡和上位机操作系统；
被测双活塞对置内燃机的喷油点火使用运动控制卡控制双向桥驱动器进行驱动；
曲轴转角传感器设于曲轴处，曲轴转角传感器采集曲轴转角信息传递给数据采集卡；数据采集卡将信息传递给运动控制卡作为位移参考；
双活塞对置内燃机测试平台进行燃烧测试时，动力控制系统运行，曲轴转角传感器采集曲轴转角信号，并通过数据采集卡传入运动控制卡，缸内压强传感器经运算放大器将缸内压强信号通过数据采集卡传入运动控制卡，运动控制卡接收上位机操作系统的触发条件指令；
当曲轴转角到达设定的触发条件后，运动控制卡发送调制脉冲到双向桥驱动器，双向桥驱动器发送调制脉冲信号到被测双活塞对置内燃机的喷油器和火花塞，驱动喷油和点火动作，运动控制卡将收集到的曲轴转角信息和缸内压强信息传入上位机操作系统进行实时显示。
2.如权利要求1所述的双活塞对置内燃机测试平台的动力控制系统，其特征在于，所述齿轮箱包括箱体和设于齿轮箱内常啮合的齿轮组。
3.如权利要求2所述的双活塞对置内燃机测试平台的动力控制系统，其特征在于，所述箱体的一侧设有输入轴，所述输入轴通过联轴器与电机的转轴固定；所述箱体的另一侧设有两个输出轴。
4.如权利要求2所述的双活塞对置内燃机测试平台的动力控制系统，其特征在于，所述齿轮采用6级磨齿加工的斜齿轮。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2828338Y (zh) * 2005-06-01 2006-10-18 胡在权 一种内燃机可伸缩连杆
CN104791096A (zh) * 2015-03-23 2015-07-22 邵金彪 二缸合一水平对置双曲轴发动机
CN105673242A (zh) * 2014-12-08 2016-06-15 卡特彼勒公司 预测发动机系统和方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7156056B2 (en) * 2004-06-10 2007-01-02 Achates Power, Llc Two-cycle, opposed-piston internal combustion engine
CN210571808U (zh) * 2019-03-25 2020-05-19 华中科技大学 一种内燃机活塞环-缸套摩擦磨损性能测试平台

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2828338Y (zh) * 2005-06-01 2006-10-18 胡在权 一种内燃机可伸缩连杆
CN105673242A (zh) * 2014-12-08 2016-06-15 卡特彼勒公司 预测发动机系统和方法
CN104791096A (zh) * 2015-03-23 2015-07-22 邵金彪 二缸合一水平对置双曲轴发动机

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