CN114486034B - 测量气门落座力的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种测量气门落座力的方法，包括：步骤S1.应变信号采集：在配气机构试验工况下采集应变信号；步骤S2.应变信号处理：提取应变信号，基于曲轴转角得到每一循环的应变信号，将同一工况下采集的K次循环应变信号进行平均处理得到平均应变信号曲线；步骤S3.特征信号提取：在步骤S2得到的平均应变信号曲线中分别提取气门关闭段平均应变εaverage、最大应变εmax和气门开启段平均应变εmin；步骤S4.气门落座力计算：按照下列公式计算气门落座力Fseating；
Figure DDA0003471901010000011
Figure DDA0003471901010000012
其中Fspring为气门弹簧预紧力；输出不同工况下的气门落座力。本发明提升了气门落座力测量精度。

Description

测量气门落座力的方法
技术领域
本发明涉及发动机试验技术领域，具体涉及一种测量气门落座力的方法。
背景技术
在发动机正常工作中，当气门关闭时，由于气门在气门弹簧和凸轮轴等运动部件联合作用下，在气门落座时，会产生撞击，造成气门和气门座圈接触表面出现冲击磨损。冲击磨损情况与落座力成正比关系。而气门与气门座圈如出现严重磨损，将会导致气门关闭不严漏气、气门座圈磨损、发动机性能劣化等影响发动机正常工作的故障。因此，在发动机配气机构设计开发时，应考虑对气门的落座冲击力加以限制。为了验证气门落座力是否达到设计要求，就需要更准确地测量气门落座力。
目前，测量气门落座力的方法通常为通过测量气门加速度，反算气门落座力。这种方法存在的问题如下：
(1)气门加速度的测量不准确。气门加速度的测量方式主要有两种：第一种是通过在气门端面上安装加速度传感器测量气门加速度，但是这种方式由于在气门上增加了传感器会对气门运动会产生影响，导致测量到的加速度会有一定误差；第二种是利用位移传感器测量气门位移，通过二次求导得出加速度，这种方式得到的气门加速度由于是纯计算得出，与真实情况也有一定偏差。
(2)由于气门落座过程是一个非常复杂的非线性过程，因此气门落座时的加速度也存在较大波动，无法得到准确气门落座时的加速度数值。因此，利用气门加速度反算得到的气门落座力误差较大。
(3)应用范围不广，只能在缸盖总成上进行测量，无法在发动机整机以及整车上测量。
因此，有必要开发一种新的测量气门落座力的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种测量气门落座力的方法，能提升气门落座力的测量精度。
本发明所述的一种测量气门落座力的方法，包括以下步骤：
步骤S1.应变信号采集：在配气机构试验工况下采集应变信号；
步骤S2.应变信号处理：提取应变信号，基于曲轴转角得到每一循环的应变信号，将同一工况下采集的K次循环应变信号进行平均处理得到平均应变信号曲线；
步骤S3.特征信号提取：在步骤S2得到的平均应变信号曲线中分别提取气门关闭段平均应变εaverage、最大应变εmax和气门开启段平均应变εmin；
步骤S4.气门落座力计算：按照下列公式计算气门落座力Fseating；
Figure BDA0003471899990000021
其中Fspring为气门弹簧预紧力；
输出不同工况下的气门落座力。
可选地，所述步骤S1具体包括：
步骤S101：将发动机或缸盖总成按照配气机构试验工况运行，转速范围至少覆盖怠速至额定功率转速，采集各转速工况下气门落座应变信号，同一工况采集循环数≥50；
步骤S102：检查步骤S101中采集的应变信号是否包含气门关闭段应变，气门开启段应变，气门落座力引起的最大应变，如未包含，则执行步骤S103,如包含，则执行步骤S2；
步骤S103：检查应变片布置位置以及应变信号采集设备，确保采集的应变信号曲线中包含气门关闭段应变，气门开启段应变，气门落座力引起的最大应变，并重复步骤S101，重新采集配气机构试验工况下的应变信号.
可选地，所述步骤S2具体包括：
步骤S201：对同一工况下连续采集的多个循环应变信号，基于曲轴转角进行转换处理，得到基于发动机曲轴转角下的应变信号，并检查处理后的数据的一致性，如同一工况下不同循环应变信号的差异大于预设阈值，则执行步骤S103，如满足要求，则执行步骤S202；
步骤S202：将步骤S201中处理得到的多个循环应变信号进行平均化处理，得到不同工况下的平均应变信号曲线。
可选地，所述步骤S3：在步骤S202处理得到的平均应变信号曲线中提取气门关闭段平均应变εaverage、最大应变εmax和气门开启段平均应变εmin；具体提取方式如下：
在平均应变信号曲线中将气门关闭段所有点应变值取平均值得到气门关闭段平均应变εaverage，在平均应变信号曲线中将气门开启段所有点应变值取平均值得到气门开启段平均应变εmin，在平均应变信号曲线中取最大应变值得到最大应变εmax。
本发明具有以下优点：相较于基于加速度传感器测量气门落座力方法而言，本方法无需在气门上布置传感器，不改变气门本来运动特性，测试结果更接近真实。相比基于加速度反算气门落座力，本方法以气门落座力所引起的应变作为参考变量，而气门落座力与引起的应变成线性比例关系，因此本方法通过应变测量气门落座力，精度更高。另外，本方法既可以用于缸盖总成测试，也可用于发动机整机测试，甚至可以应用在整车上进行气门落座力的测量，应用范围广。
附图说明
图1为本实施例中所采用的应变信号曲线示意图；
图2为本实施例的流程图；
图3为本实施例中实际测试结果与仿真结果对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1至图3所示，本实施例中，一种测量气门落座力的方法，包括以下步骤：
步骤S1.应变信号采集：在配气机构试验工况下采集应变信号；具体如下：
步骤S101：将发动机或缸盖总成按照配气机构试验工况运行，转速范围至少覆盖怠速至额定功率转速，采集各转速工况下气门落座应变信号，同一工况采集循环数≥50；
步骤S102：检查步骤S101中采集的应变信号，是否包含特征信号，特征信号包括气门关闭段应变2、气门开启段应变3和气门落座力引起的最大应变1，如未包含，则执行步骤S103,如包含，则执行步骤S201；
步骤S103：检查应变片布置位置以及应变信号采集设备，确保采集的应变信号曲线中包含气门关闭段应变2、气门开启段应变3和气门落座力引起的最大应变1，并重复步骤S101，重新采集配气机构试验工况下的应变信号。
步骤S2.应变信号处理：提取应变信号，基于曲轴转角得到每一循环的应变信号，将同一工况下采集的K次循环应变信号进行平均处理得到平均应变信号曲线；具体为：
步骤S201：对同一工况下连续采集的多个循环应变信号，基于曲轴转角进行转换处理，得到基于发动机曲轴转角下的应变信号，并检查处理后的数据的一致性，如同一工况下不同循环应变信号的差异大于预设阈值，则表示一致性不满足要求，执行步骤S103，如满足要求，则表示一致性满足要求，执行步骤S202；
步骤S202：将步骤S201中处理得到的多个循环应变信号进行平均化处理，得到不同工况下的平均应变信号曲线5，类似图1所示，如图1中的黑线曲线为气门升程曲线4。
步骤S3.特征信号提取：在步骤S2得到的平均应变信号曲线中分别提取气门关闭段平均应变εaverage、最大应变εmax和气门开启段平均应变εmin；具体为：
在平均应变信号曲线5中将气门关闭段所有点应变值取平均值得到气门关闭段平均应变εaverage，在平均应变信号曲线中将气门开启段所有点应变值取平均值得到气门开启段平均应变εmin，在平均应变信号曲线中取最大应变值得到最大应变εmax。
步骤S4：根据步骤S301提取的特征信号值，按照下列公式计算气门落座力Fseating；其中Fspring为气门弹簧预紧力(需在试验前进行测试)；
Figure BDA0003471899990000041
输出不同工况下的气门落座力。
参见图1，本方法采用的应变信号应具有以下特征：
气门关闭段应变2，其持续时间能够完全对应气门关闭段时刻；
气门开启段应变3，其持续时间能完全对应气门开启段时刻；
气门落座力引起的最大应变1，最大应变出现时刻应与气门落座时刻能够完全对应。
如图3所示，为实际测试结果与仿真结果的对比图，从3图中可以看出测试结果非常接近于真实情况。
本实施例中，主要是基于气门落座时，气门对气门座圈的冲击会引起气门座圈处气道壁面应变变化特征，通过在靠近气门座圈位置布置应变片，测量应变信号，再基于应变与力的线性比例关系：F＝kε，测量气门落座力。不仅提升了气门落座力测量精度，也解决了无法在发动机整机以及整车上无法测量的问题。

Claims (4)

1.一种测量气门落座力的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1.应变信号采集：在靠近气门座圈位置布置应变片，在配气机构试验工况下采集应变信号；
步骤S2.应变信号处理：提取应变信号，基于曲轴转角得到每一循环的应变信号，将同一工况下采集的K次循环应变信号进行平均处理得到平均应变信号曲线；
步骤S3.特征信号提取：在步骤S2得到的平均应变信号曲线中分别提取气门关闭段平均应变εaverage、最大应变εmax和气门开启段平均应变εmin；
步骤S4.气门落座力计算：按照下列公式计算气门落座力Fseating；
Figure FDA0004180765240000011
其中：Fspring为气门弹簧预紧力；
输出不同工况下的气门落座力。
2.根据权利要求1所述的测量气门落座力的方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括：
步骤S101：将发动机或缸盖总成按照配气机构试验工况运行，转速范围至少覆盖怠速至额定功率转速，采集各转速工况下气门落座应变信号，同一工况采集循环数≥50；
步骤S102：检查步骤S101中采集的应变信号是否包含气门关闭段应变(2)，气门开启段应变(3)，气门落座力引起的最大应变(1)，如未包含，则执行步骤S103，如包含，则执行步骤S2；
步骤S103：检查应变片布置位置以及应变信号采集设备，确保采集的应变信号曲线中包含气门关闭段应变(2)，气门开启段应变(3)，气门落座力引起的最大应变(1)，并重复步骤S101，重新采集配气机构试验工况下的应变信号。
3.根据权利要求1或2所述的测量气门落座力的方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括：
步骤S201：对同一工况下连续采集的多个循环应变信号，基于曲轴转角进行转换处理，得到基于发动机曲轴转角下的应变信号，并检查处理后的数据的一致性，如同一工况下不同循环应变信号的差异大于预设阈值，则执行步骤S103，如满足要求，则执行步骤S202；
步骤S202：将步骤S201中处理得到的多个循环应变信号进行平均化处理，得到不同工况下的平均应变信号曲线(5)。
4.根据权利要求3所述的测量气门落座力的方法，其特征在于：所述步骤S3：在步骤S202处理得到的平均应变信号曲线中提取气门关闭段平均应变εaverage、最大应变εmax和气门开启段平均应变εmin；具体提取方式如下：
在平均应变信号曲线中将气门关闭段所有点应变值取平均值得到气门关闭段平均应变εaverage，在平均应变信号曲线中将气门开启段所有点应变值取平均值得到气门开启段平均应变εmin，在平均应变信号曲线中取最大应变值得到最大应变εmax。
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