CN208688427U - 曲轴正时角度测量装置、发动机正时角度测量系统 - Google Patents

Abstract

一种曲轴正时角度测量装置、发动机正时角度测量系统，所述曲轴正时角度测量装置包括：转轴架，设置有缸体基准位置定位孔及曲轴基准位置定位孔；固定部，一端与发动机曲轴固定连接，另一端与所述转轴架连接，且可相对所述转轴架旋转；第一倾角测量装置，固定于所述转轴架，用于在通过所述缸体基准位置定位孔及所述曲轴基准位置定位孔确定发动机一缸上止点之后，测量发动机曲轴正时角度。上述方案，能够提高发动机正时角度偏差的测量精度。

Description

曲轴正时角度测量装置、发动机正时角度测量系统

技术领域

本实用新型实施例涉及发动机技术领域，尤其涉及一种曲轴正时角度测量装置、发动机正时角度测量系统。

背景技术

《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》标准，可简称为“国六”，《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第五阶段)》标准，可简称为“国五”。“国六”是对“国五”标准的升级，与“国五”标准相比，“国六”对汽车污染物的排放限制更加严格，在排除工况和测试影响的情况下，汽油车的一氧化碳排放量降低50％，总碳氢化合物和非甲烷总烃排放限制下降50％，氮氧化物排放限制加严42％，并将于未来的几年内分阶段正式实行。

随着日渐严格的机动车排放需求以及国家对节能减排相关法政策出台，各大汽车厂商对正时系统的精确控制越来越严格，对于发动机正时系统的装配要求也越来越严格，对装配后的正时位置的检测精度要求也越来越高。

发动机正时系统主要由采集进排气凸轮轴位置信号的凸轮轴霍尔传感器、确认发动机一缸上止点(Top Dead Center)的曲轴位置传感器组成。发动机正时系统主要用于燃油喷射控制、点火时刻控制、可变气门正时技术(Variable Valve Timing，VVT)等。

目前，通常采用机械式正时夹具或机械式正时指针角度测量工具来检测发动机正时位置。

然而，采用机械式正时夹具检测发动机正时位置，精度较差，无法量化记录正时角度偏差。有些改进后的机械式正时夹具在辅助测量工具的配合下，虽然可以测量并目视读取角度偏差，精度依然较差且操作繁琐。采用机械式正时指针角度测量工具所测量的发动机正时角度偏差精度也较差。

不同系列、不同型号的发动机所允许的正时角度偏差不同，通常发动机正时角度偏差越小越好，尤其是在“国六”标准对汽车污染物的排放限制更加严格的情况下，一旦发动机正时位置发生偏差或精度不够，将会影响整车的经济性、动力性、舒适性以及污染物排放。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是如何提高发动机正时角度偏差的测量精度。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供一种发动机曲轴正时角度测量装置，包括：转轴架，设置有缸体基准位置定位孔及曲轴基准位置定位孔；固定部，一端与发动机曲轴固定连接，另一端与所述转轴架连接，且可相对所述转轴架旋转；第一倾角测量装置，固定于所述转轴架，用于在通过所述缸体基准位置定位孔及所述曲轴基准位置定位孔确定发动机一缸上止点之后，测量发动机曲轴正时角度。

可选地，所述发动机曲轴正时角度测量装置还包括：缸体基准位置适配销，与所述缸体基准位置定位孔相匹配；曲轴基准位置适配销，与所述曲轴基准位置定位孔相匹配。

可选地，所述发动机曲轴正时角度测量装置还包括：信号轮定位孔，设置于所述转轴架上；信号轮正时检测适配销，与所述信号轮定位孔相匹配。

可选地，所述信号轮定位孔位于所述缸体基准位置定位孔及所述曲轴基准位置定位孔之间。

可选地，所述固定部上设有凸起，所述转轴架上设有凹槽，所述凹槽用于容纳所述凸起。

可选地，所述转轴架上设置有容纳部，用于放置所述第一倾角测量装置。

可选地，所述第一倾角测量装置包括电容式加速度传感器。

本实用新型实施例还提供一种发动机正时角度测量系统，包括：上述任一的发动机曲轴正时角度测量装置，以及发动机凸轮轴正时角度测量装置，其中，所述发动机凸轮轴正时角度测量装置包括：转动轴及第二倾角测量装置，所述转动轴的第一端与发动机凸轮轴连接；所述第二倾角测量装置，固定于所述转动轴的第二端，用于测量发动机凸轮轴正时角度。

可选地，所述发动机凸轮轴正时角度测量装置还包括：固定轴套，套设于所述转动轴。

可选地，所述固定轴套设置有止销孔，所述转动轴上设置有与所述止销孔配合的止销槽。

可选地，所述发动机凸轮轴正时角度测量装置还包括：调节转动轴轴套及调节臂，其中：所述调节转动轴轴套，套设于所述转动轴；所述调节臂，与所述调节转动轴轴套可拆卸连接，适于转动所述调节转动轴轴套以调节发动机凸轮轴角度。

可选地，所述发动机凸轮轴正时角度测量装置还包括：凸轮轴滑动支架，套设于所述转动轴。

可选地，所述发动机凸轮轴为双顶置凸轮轴，包括：进气凸轮轴及排气凸轮轴。

可选地，所述转动轴包括：进气凸轮轴转动轴和排气凸轮轴转动轴，其中：所述进气凸轮轴转动轴的第一端与进气凸轮轴连接；所述排气凸轮轴转动轴的第一端与排气凸轮轴连接。

可选地，所述凸轮轴滑动支架，包括：进气凸轮轴滑动支架及排气凸轮轴滑动支架，其中：所述进气凸轮轴滑动支架，套设于所述进气凸轮轴转动轴，且与所述排气凸轮轴滑动支架卡接；所述排气凸轮轴滑动支架，套设于所述排气凸轮轴转动轴。

可选地，所述进气凸轮轴滑动支架和所述排气凸轮轴滑动支架的其中一个设有连接部，另一个设有用于收容所述连接部的容纳孔。

可选地，所述转动轴的第二端设有凹槽，所述凹槽的底部为平面且过所述转动轴轴心，所述第二倾角测量装置固定于所述凹槽内。

与现有技术相比，本实用新型实施例的技术方案具有以下有益效果：

根据转轴架上的缸体基准位置定位孔及曲轴基准位置定位孔对发动机曲轴正时角度测量装置进行测量前的校正，并采用第一倾角测量装置测量发动机曲轴正时角度，无须采集曲轴信号轮输出的信号来确定正时系统的偏差，也无须进行人工估算，故可以提高发动机正时角度偏差的测量精度。

进一步，采用发动机凸轮轴正时角度测量装置测量发动机凸轮轴正时角度，无须拆解发动机，操作简单且可以进一步提高发动机正时角度偏差测量的精确度。

附图说明

图1是本实用新型实施例中一种发动机曲轴正时角度测量装置的结构示意图；

图2是图1在A-A方向上的剖视图；

图3是本实用新型实施例中一种发动机曲轴正时角度测量装置的爆炸图；

图4是本实用新型实施例中一种发动机凸轮轴正时角度测量装置的结构示意图；

图5是本实用新型实施例中一种发动机凸轮轴正时角度测量装置的剖视图；

图6是本实用新型实施例中一种发动机凸轮轴正时角度测量装置的爆炸图；

图7是本实用新型实施例中一种发动机凸轮轴正时角度测量装置与发动机凸轮轴配合示意图；

图8是凸轮轴正时标定块的结构示意图；

图9是本实用新型实施例中一种发动机正时角度测量系统的工作流程图；

图10是进气凸轮轴有偏差时凸轮轴正时位置示意图；

图11是排气凸轮轴有偏差时凸轮轴正时位置示意图；

图12是发动机曲轴与曲轴正时测量仪器在上止点时位置关系示意图；

图13～图16为发动机处于不同状态下时的正时位置示意图；

图17是本实用新型实施例中一种电容式加速度传感器的结构示意图；

图18是电容式加速度传感器工作原理图；

图19是三轴倾角受力分解原理图。

具体实施方式

发动机正时系统的正时角度的测量偏差的测量精度低主要由以下两方面的原因导致的：一、发动机自身设备的装配偏差；二、测量工具的测量偏差。

一、发动机自身设备的装配偏差

一些型号的发动机凸轮轴使用的信号轮是由轴孔绞花拧紧配合的金属工件，易存在与凸轮轴角度装配偏差。

一些型号的发动机曲轴转速信号的采集需要依靠其他与曲轴配合的总成件。曲轴正时的机械位置与后油封法兰总成存在着装配偏差，后油封法兰总成与信号齿圈也存在装配偏差。只有在保证后油封法兰总成与曲轴机械正时位置正确的情况下，测量出来的信号才是正确的。然而，在线装配后油封法兰总成，特别是手工(试制、返修)装配后油封法兰总成时存在装配偏差和机械工具加工精度及装配方式本身造成偏差，这些偏差将累积叠加，从而影响发动机正时角度测量精度较差，无法满足正时装配精度要求。

二、测量工具的测量偏差

发动机冷试设备站体积较大、柔性化较差，对于不同发动机机型需制作与之配套的适配器和相关配件。发动机价格昂贵一般都在数百万人民币以上且设备安装调试周期长、维护费用高，适用于流水线批量生产检测使用。

通用机械式正时夹具一般为纯机械调节，必须手工盘动发动机至一缸上止点后，再固定机械式正时夹具。机械式正时夹具无法测量正时角度偏差并量化记录，精度较差。此外，机械式正时夹具无法实现静态和动态发动机正时角度偏差测量。

有些机械式正时夹具还需要配合一些机械式测量工具进行测量或目视检测，同样必须手工盘动发动机曲轴至一缸上止点，精度差，操作较为复杂且无法测量凸轮轴、曲轴正时角度偏差、无法实现动态发动机正时角度偏差测量。

通用机械式正时指针角度测量工具，必须拆除发动机点火线圈和火花塞以寻找发动机一缸上止点位置，手工盘动发动机曲轴，通过机械式正时指针角度测量工具的指针刻度盘读取刻度来确定一缸上止点。然而，机械式正时指针角度测量工具无法测量凸轮轴正时角度偏差，曲轴相对应凸轮轴正时角度偏差也无法被测量，精度较差。此外，机械式正时指针角度测量工具使用操作较为复杂，且无法实现动态发动机正时角度偏差测量。

示波器法，使用示波器检测凸轮轴、曲轴位置传感器信号与理论值做对比确认角度偏差值，然而，这种修正措施必须基于完整的发动机系统，同时必须破线测量，影响发动机的完整性和安全性。此外，该仪器无法作为返修工具使用。

发动机正时标记法，在装配(试制、返修)发动机正时系统时，必须在相关零部件上进行标识或铸造标识目视检测，由于标记加工误差、人为目视误差、正时链条(正时皮带)长度公差的存在，使得发动机正时系统装配过程中零件与零件之间偏差较大，同时误差累加，进而直接影响了发动机整体结构稳定性和精度。该工具必须手工盘动发动机曲轴至一缸上止点，操作较为复杂且无法测量凸轮轴、曲轴正时角度偏差。

在本实用新型实施例中，根据转轴架上的缸体基准位置定位孔及曲轴基准位置定位孔对发动机曲轴正时角度测量装置进行测量前的校正，并采用第一倾角测量装置测量发动机曲轴正时角度，无须采集曲轴信号轮输出的信号来确定正时系统的偏差，也无须进行人工估算，仅通过发动机现有的缸体基准位置定位孔以及曲轴基准位置定位孔即可实现发动机一缸上止点的确认，故可以提高发动机正时角度偏差的测量精度。

为使本实用新型的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

图1给出了本实用新型实施例中一种发动机曲轴正时角度测量装置的结构示意图，图2是图1在A-A方向上的剖视图，图3是本实用新型实施例中一种发动机曲轴正时角度测量装置的拆解图。下面结合图1～图3对发动机曲轴正时角度测量装置的结构进行详细说明。

在具体实施中，可以将发动机曲轴正时角度测量装置安装在曲轴后端，其中曲轴的后端指靠近飞轮部的一端。所述发动机曲轴正时角度测量装置可以包括：转轴架12、固定部11及第一倾角测量装置13。所述固定部11，一端与发动机曲轴固定连接，另一端与所述转轴架12连接，且可相对所述转轴架12旋转。所述第一倾角测量装置13可以固定于所述转轴架12。可以采用螺栓将发动机正时角度测量装置固定在曲轴后端，例如，采用螺栓将所述固定部11固定在曲轴上。

在本实用新型一实施例中，所述固定部11上可以设置有突起111，所述转轴架12上可以设置有凹槽，所述凹槽用于容纳所述凸起111。当所述凸起111与所述凹槽卡接在一起后，所述凸起111在所述凹槽内转动时，所述转轴架12相对于所述固定部11转动。

在本实用新型一实施例中，所述转轴架12上可以设有容纳部128，所述第一倾角测量装置13放置于所述容纳部128内。所述容纳部128所在平面可以过所述转轴架12的轴心，这样安装放置所述第一倾角测量装置13可以减小发动机曲轴正时角度测量过程中的计算复杂度。

在具体实施中，所述转轴架12上可以设置有缸体基准位置定位孔121及曲轴基准位置定位孔123。通过所述缸体基准位置定位孔121以及曲轴基准位置定位孔123可以确定曲轴一缸上止点。

在本实用新型一实施例中，可以采用与缸体基准位置定位孔121相匹配的缸体基准位置适配销122，以及与所述曲轴基准位置定位孔123相匹配的曲轴基准位置适配销124来确定曲轴一缸上止点的位置。

具体的说，在将发动机曲轴正时角度测量装置固定在曲轴后端之后，转动转轴架12，当缸体基准位置定位孔121与发动机缸体的加工定位基准孔相对时，将缸体基准位置适配销122插入缸体基准位置定位孔中，并停留一段时间，此时第一倾角测量装置13得到第一角度，此位置也是曲轴正时的基准位置。然后，取出缸体基准位置定位销122，继续转动转轴架12，当曲轴基准位置定位孔123与曲轴后端的第三个不等距孔相对时，插入曲轴基准位置适配销124，并停留一段时间，此时第一倾角测量装置13得到第二角度。通过两次位置定位之后，可以根据所得到的第一角度及第二角度确定曲轴一缸上止点位置。

在本实用新型一实施例中，所述第一倾角测量装置13为电容式加速度传感器。利用电容式加速度传感器对G重力方向的感知特性，可以有效消除发动机倾角角度误差。

在通过所述缸体基准位置定位孔121及所述曲轴基准位置定位孔123确定发动机一缸上止点之后，第一倾角测量装置13可以测量发动机曲轴正时角度。

由上可知，根据转轴架上的缸体基准位置定位孔及曲轴基准位置定位孔对发动机曲轴正时角度测量装置进行测量前的校正，并采用第一倾角测量装置测量发动机曲轴正时角度，无须采集曲轴信号轮输出的信号来确定正时系统的偏差，也无须进行人工估算，仅通过发动机现有的缸体基准位置定位孔以及曲轴基准位置定位孔即可实现发动机一缸上止点的确认，故可以提高发动机正时角度偏差的测量精度。

在具体实施中，有些发动机的转速传感器安装在后油封法兰总成上，发动机曲轴转速信号采集需要依靠另一与曲轴配合的总成件，而曲轴正时的机械位置与后密封法兰总成存在着装配偏差。只有在后油封法兰总成与曲轴机械正时位置正确的情况下，测量出来的信号才具有正确性，在线装配后油封法兰总成，特别是手工(试制、返修)装配时存在装配偏差和机械工具加工精度及装配方式本身造成偏差累积叠加，从而无法满足发动机正时装配精度要求。

为解决上述问题，在本实用新型实施例中，发动机曲轴正时角度测量装置还可以包括：信号轮定位孔125及信号轮正时检测适配销126。所述信号轮定位孔125设置于所述转轴架12上，转动所述转轴架12，将所述信号轮定位孔126与后密封法兰总成上的正时信号孔相对，将信号轮正时检测适配销126插入所述后密封法兰总成上的正时信号孔内，此时，所述第一倾角测量装置13所测到的角度即为曲轴正时位置与信号轮之间的角度偏差，从而可以得到而曲轴正时的机械位置与后密封法兰总成存在着装配偏差或者零件本身缺陷造成的角度偏差。

在具体实施中，所述信号轮定位孔125可以位于所述缸体基准位置定位孔121及所述曲轴基准位置定位孔123之间。可以理解的是，由于发动机的类型不同，相应地，所述信号轮定位孔125、所述缸体基准位置定位孔121及所述曲轴基准位置定位孔123的相对位置也不同，只要与发动机上相对应的孔的位置相匹配即可。

本实用新型实施例还提供一种发动机正时角度测量系统，所述发动机正时角度测量系统可以包括发动机曲轴正时角度测量装置及发动机凸轮轴正时角度测量装置。所述发动机曲轴正时角度测量装置的结构以及工作流程可以参见本实用新型上述任一实施例提供的发动机曲轴正时角度测量装置中的描述。

所述发动机凸轮轴正时角度测量装置可以包括转动轴及第二倾角测量装置。所述转动轴的第一端与发动机凸轮轴连接，所述转动轴的第二端固定有所述第二倾角测量装置。所述第二倾角测量装置用于测量发动机凸轮轴正时角度。

采用本实用新型实施例提供的发动机凸轮轴正时角度测量装置，将发动机凸轮轴正时角度测量装置安装于发动机凸轮轴上，转动所述发动机凸轮轴正时角度测量装置，可以从第二倾角测量装置上读取角度读数，也即得到发动机凸轮轴的角度。

在具体实施中，所述发动机凸轮轴正时角度测量装置还可以包括：固定轴套。所述固定轴套可以套设于所述转动轴，所述固定轴套可以增加所述转动轴与凸轮轴连接的稳定性。在所述固定轴套上设置有一腰孔，从而可以适配不同类型发动机并适配不同形状缸盖罩壳，实现在Z轴方向上自由调节并固定发动机凸轮轴正时测量装置，提高发动机凸轮轴正时测量装置的通用性。

在具体实施中，所述固定轴套设置有止销孔，所述转动轴上设置有与所述止销孔配合的止销槽。可以采用螺栓贯穿所述止销孔以及止销槽，对固定轴套以及转动轴进行固定。当采用传统机械夹具确定发动机正时之后，通过所述止销槽以及止销孔可以确定发动机基座偏差，并在确定发动机基座偏差后，采用所述发动机凸轮轴正时角度测量装置测量发动机凸轮轴正时角度。

在本实用新型实施例中，所述发动机凸轮轴正时角度测量装置还可以包括：调节转动轴轴套及调节臂。所述调节转动轴轴套可以套设于所述转动轴。所述调节臂可以与所述调节转动轴轴套可拆卸连接。在所述调节臂的轴头可以设有螺纹，可以与调节转动轴轴套上的螺纹孔配合，将所述调节臂与所述调节转动轴轴套连接在一起时，可以通过所述调节臂转动所述调节转动轴轴套以调节发动机凸轮轴角度。

在具体实施中，所述发动机凸轮轴正时角度测量装置还可以包括：凸轮轴滑动支架，套设于所述转动轴。

在具体实施中，所述发动机凸轮轴正时角度测量装置还可以包括：凸轮轴滑动支架，套设于所述转动轴。所述凸轮轴滑动支架，可以固定所述发动机凸轮轴正时角度测量装置。

当所述发动机凸轮轴为单顶置凸轮轴时，所述转动轴的数目为1个，所述固定轴套可以为1个，所述调节转动轴轴套及调节臂均为一个。

图4给出了本实用新型实施例中一种发动机凸轮轴正时角度测量装置的结构示意图，图5给出了本实用新型实施例中一种发动机凸轮轴正时角度测量装置的剖视图，图6给出了本实用新型实施例中一种发动机凸轮轴正时角度测量装置的拆解图；图7给出了本实用新型实施例中一种发动机凸轮轴正时角度测量装置与发动机凸轮轴安装时相对位置示意图。下面结合图4～图7，对所述发动机凸轮轴为双顶置凸轮轴时，发动机凸轮轴正时角度测量装置进行详细说明。

当所述发动机凸轮轴为双顶置凸轮轴时，所述转动轴包括进气凸轮轴与排气凸轮轴。发动机凸轮轴正时角度测量装置包括：进气凸轮轴转动轴141、与所述进气凸轮轴转动轴141同轴固定的进气固定轴套151、进气调节转动轴轴套161，所述进气固定轴套151可以根据发动机的类型适配不同形状缸盖罩壳，实现Z轴方向自由度调节并固定整个凸轮轴正时角度测量装置。在所述进气调节转动轴轴套161的外圆设有调节臂螺纹孔，可以与调节臂171配合，实现手工调整发动机凸轮轴角度；排气凸轮轴转动轴142，与所述排气凸轮轴转动轴142同轴固定的排气固定轴套152、排气调节转动轴轴套162，所述排气固定轴套152可以根据发动机的类型适配不同形状缸盖罩壳，实现Z轴方向自由度调节并固定整个凸轮轴正时角度测量装置；在所述排气调节转动轴轴套162的外圆设有调节臂螺纹孔，可以与调节臂172配合，实现手工调整发动机凸轮轴角度。

在具体实施中，在所述进气固定轴套151上设置有止销孔1511，在所述进气凸轮轴转动轴141上设置有止销槽1411，所述止销孔1511与所述止销槽1411配合，伸缩所述进气凸轮轴转动轴141可以调整所述进气凸轮轴转动轴141与进气凸轮轴的相对位置。在所述排气固定轴套152上设置有止销孔(图中未示出)，在所述排气凸轮轴转动轴142上设置有止销槽1421，所述止销孔与所述止销槽1421配合，伸缩所述排气凸轮轴转动轴142可以调整所述排气凸轮轴转动轴142与排气凸轮轴的相对位置。

在具体实施中，当所述发动机凸轮轴为双顶置凸轮轴时，所述凸轮轴滑动支架，包括：进气凸轮轴滑动支架181及排气凸轮轴滑动支架182，其中：所述进气凸轮轴滑动支架181，套设于所述进气凸轮轴转动轴141，且与所述排气凸轮轴滑动支架182卡接；所述排气凸轮轴滑动支架182，套设于所述排气凸轮轴转动轴142。

在具体实施中，不同型号的发动机的进气凸轮轴与排气凸轮轴之间的间距不同。为提高发动机正时角度测量系统的通用性，在本实用新型一实施例中，所述进气凸轮轴滑动支架181和所述排气凸轮轴滑动支架182的其中一个设有连接部1811，另一个设有用于收容所述连接部的容纳孔1821。通过调节所述连接部1811伸入所述容纳孔1821的长度，可以调节所述进气凸轮轴与所述排气凸轮轴之间的间距，从而实现在X轴方向上的自由度调节，以适应不同型号的发动机。例如，所述进气凸轮轴滑动支架181上设置有连接部1811，所述排气凸轮轴滑动支架上设置有容纳孔1821。

在本实用新型一实施例中，所述转动轴的第二端设有凹槽，所述凹槽的底部为平面且过所述转动轴轴心，所述第二倾角测量装置固定于所述凹槽内。这样可以减小发动机正时角度测量系统的计算复杂度。

采用本实用新型实施例提供的发动机正时角度测量系统在测量发动机正时角度偏差时，无须对发动机中的零部件进行拆解，只需将曲轴正时角度测量装置安装在曲轴，以及将凸轮轴正时角度测量装置安装于凸轮轴即可，通过读取第一倾角测量装置13即可得知发动机曲轴正时角度，通过读取第二倾角测量装置的读数发动机凸轮轴正时角度。

本实用新型实施例提供的发动机正时角度测量系统中的第一倾角测量装置13、第二倾角测量装置分别安装于曲轴以及凸轮轴上。第一倾角测量装置、第二倾角测量装置可以随着正时系统一起转动，可以采集曲轴及凸轮轴的角度转动信号，实现静态及动态的测量。当第一倾角测量装置及第二倾角测量装置均为电容式加速度传感器时，利用电容式加速度传感器对于G重力方向的感知特性，能有效消除发动机倾斜角度误差，实现曲轴及凸轮轴间绝对位置的正时角度偏差换算。电容式加速度传感器集成无线数据信号发射器，配合终端无线数据信号接收器，可以实现无线数据传输，并在终端显示对应值。

本实用新型实施例提供的发动机正时角度测量系统能快速、精确、有效地在曲轴和凸轮轴任意位置测量发动机正时偏差角度，从而诊断、分析是否由发动机零部件的缺陷、装配原因、台架及整车试验等造成的故障。同时，该发动机正时角度测量系统在X、Y轴方向上可以实现自由度调节以适应不同机型、不同种类的发动机柔性化操作和正时角度静态、动态测量，还可以对采集的数据进行分析监控，提高发动机装配质量并可作为返修类调整发动机正时工具使用。

此外，采用本实用新型实施例提供的发动机正时角度测量系统检测发动机正时角度时，无须破线测量，不会对发动机的完整性以及安全性造成影响。所述发动机正时角度测量系统的体积较小，使用过程灵活便捷，方便批量化生产。所述发动机正时角度测量系统中的曲轴正时角度测量装置以及凸轮轴正时角度测量装置还可以单独使用，分别作为曲轴正时角度测量工具以及凸轮轴正时角度测量工具。所述发动机正时角度测量系统可实现任意位置曲轴正时以及凸轮轴正时的双向测量，该任意位置指一缸上止点为基准正负90°(绝对值180°)以内的任意位置。所述发动机正时角度测量系统也可以对发动机后法兰总成正时齿圈装配偏差进行测量，包括动态测量以及静态测量。所述发动机正时角度测量系统还可以作为辅助测量工具使用进行压缩比测量、发动机气门升程测量、重叠角测量等。

参照图9，给出了本实用新型实施例中一种发动机正时角度测量系统的工作流程图。所述发动机正时角度测量系统的工作流程可以包括以下步骤。

步骤91，获取发动机凸轮轴绝对位置。

在本实用新型一实施例中，可以采用传统机械式凸轮轴正时夹具确定凸轮轴绝对位置。具体而言，将发动机曲轴转到一缸上止点(Top Dead Center)附近，然后把传统机械式凸轮轴正时夹具安装到凸轮轴端，如果该发动机正时无偏差，即同时也完成对发动机一缸上止点的确认。

例如，当采用凸轮轴正时标定块对发动机正时位置进行标定，确定发动机一缸上止点，其中所述凸轮轴正时标定块的结构可参见图8。

具体而言，在每次测量发动机凸轮轴偏差之前，不管是测量进气凸轮轴正时偏差还是排气凸轮轴正时偏差，均需将凸轮轴正时标定块安装在凸轮轴上，对发动机正时位置进行标定。具体而言，进气凸轮轴1与所述凸轮轴正时标定块的轴孔3连接，排气凸轮轴2与所述凸轮轴正时标定块的轴孔4连接。当凸轮轴正时标定块能够正确的安装在发动机凸轮轴时，发动机处于正时位置。

此外不同类型的发动机的传统机械式夹具对凸轮轴的安装调节方式各不同，其中还包括标记法等。凸轮轴的类型可以为双顶置DOHC-进排气凸轮轴，也可以为单顶置OHC-单凸轮轴。

在本实用新型另一实施例中，为了提高发动机凸轮轴绝对位置确定的精确度。并简化操作，可以采用本实用新型上述实施例中提供的发动机正时角度测量装置确定发动机凸轮轴正时角度及绝对位置。

具体而言，将发动机凸轮轴正时角度测量装置安装于发动机凸轮轴，其中，所述发动机凸轮轴正时角度测量装置包括：转动轴及第二倾角测量装置，所述转动轴的第一端与所述发动机凸轮轴连接，所述第二倾角测量装置，固定于所述转动轴的第二端；从所述第二倾角测量装置获取所述发动机凸轮轴正时偏差角度；根据发动机偏差、凸轮轴转角、倾角测量装置安装偏差、以及所述发动机凸轮轴正时偏差角度得到所述凸轮轴绝对位置。在本实用新型一实施例中，当采用凸轮轴正时标定块对发动机正时标定之后，可以采用本实用新型上述实施例提供的发动机凸轮轴正时角度测量装置通过如下方式测量发动机正时偏差，下面结合图6进行详细说明。

通过进气固定轴套151以及排气固定轴套152上的腰孔以及紧固件将凸轮轴正时角度测量装置固定于发动机上，此时，发动机凸轮轴与进气凸轮轴转动轴141以及排气凸轮轴转动轴142并未连接，进气凸轮轴转动轴141上的止销槽1411与进气固定轴套151上的止销孔1511暂未通过螺栓固定，排气凸轮轴转动轴142上的止销槽1421与排气固定轴套152上的止销孔暂未通过螺栓固定。

本实用新型一实施例中，当所述凸轮轴为双顶置凸轮轴时，进气凸轮轴上安装有第三倾角测量装置，从所述第三倾角测量装置中获取进气凸轮轴正时偏差角度，在排气凸轮轴上安装有第四倾角测量装置，从所述第四倾角测量装置获取排气凸轮轴正时偏差角度。可以采用公式(1)得到进气凸轮轴绝对位置。采用公式(2)得到排气凸轮轴绝对位置。

其中，α_ni为进气凸轮轴绝对位置，θ_m为发动机基座偏差，θ_s2为第三倾角测量装置安装偏差，为进气凸轮轴转角、θ_ni为进气凸轮轴正时偏差，θ₁为曲轴相对机械上止点转角，α_no为排气凸轮轴绝对位置，θ_s3为第四倾角测量装置安装偏差，θ_n0为排气凸轮轴正时偏差。

如果发动机无偏差，也即完成对发动机一缸上止点的确认。

图10给出了进气凸轮轴有偏差时凸轮轴正时位置示意图，图11给出了排气凸轮轴有偏差时凸轮轴正时位置示意图，其中，第三倾角测量装置为Sensor2，第四倾角测量装置为Sensor3。

步骤92，将发动机曲轴正时角度测量装置安装于发动机曲轴，通过所述发动机曲轴正时角度测量装置获取曲轴绝对位置。

在具体实施中，曲轴正时角度测量装置中的固定部11与转轴架12连接，所述固定部11固定在发动机曲轴上，所述转轴架12可相对于所述固定部11旋转，第二倾角测量装置固定安装于所述转轴架12上。安装完成之后，发动机曲轴与发动机曲轴正时角度测量装置在一缸上止点的相对位置可参照图12，其中，第一倾角测量装置为Sensor1。

在安装所述曲轴正时角度测量装置时，曲轴可以处于任意位置，将所述曲轴正时角度测量装置安装完成之后，将绝对水平线作为零偏差位置，将曲轴机械正时位置定位基准位置，转动所述转轴架12至第一位置，采用所述缸体基准位置定位孔121确定发动机正时基准位置，即将缸体基准位置适配销122插入发动机正时基准孔，同时也是曲轴正时的基准位置。取出缸体基准位置适配销122，继续转动所述转轴架12至曲轴后端第三个不等距孔，当曲轴基准位置定位孔123与所述曲轴后端第三个不等距孔重合时，将所述曲轴基准位置适配销124插入并确认曲轴正时基准位置。

经过以上两次测量位置确认后，利用电容加速度传感器对于G重力方向的感知特性，能有效消除发动机倾斜角度误差，根据所述第一倾角测量装置在所述第一位置对应的第一角度，在所述第二位置对应的第二角度，确定曲轴一缸上止点位置。从所述第一倾角测量装置读出曲轴绝对位置θ_kw。

θ_kw＝θ_m+θ_s1+θ₁； (3)

其中，θ_kw为第一倾角测量装置的输出值；θ_m为发动机基座偏差；θ_s1为第一倾角测量装置安装偏差；θ₁为曲轴相对一缸上止点位置。

在本实用新型一实施例中，所述第一倾角测量装置、所述第二倾角测量装置、所述第三倾角测量装置及所述第四倾角测量装置均可以为电容式加速度传感器。

在具体实施中，在测量发动机在实际状态下的正时偏差角度，需要计算发动机在实际状态下的位置偏转角度，曲轴转动角度、凸轮轴转动角度、第一倾角测量装置、第三倾角测量装置、第四倾角测量装置的安装偏差角度。参照图13～图16，图中标号，OT表示发动机的基准位置，进气凸轮轴1，排气凸轮轴2，曲轴50。以双顶置凸轮轴为例，主要存在以下几种情况。

当发动机处于图13所示的状态时，发动机在理想位置，也即发动机基座无偏差，曲轴正时无偏差，此时，θ_m＝0，θ₁＝0。

当发动机处于图14所示的状态时，曲轴正时无偏差，同时发动机基座有偏差，发动机基座偏差可以通过电容式加速度传感器得出。

当发动机处于图15所示的状态时，发动机基座无偏差，即θ_m＝0。曲轴正时有偏差，可以通过发动机曲轴正时角度测量装置测出，即θ₁≠0，θ_s1为第一倾角测量装置的安装偏差，可有标定记录。发动机理想真实位置为过曲轴圆心平行与地面，而过曲轴圆心Y轴轴线与g重力轴线垂直于地面，即曲轴一缸上止点位置与被测量的曲轴正时位置有偏差，通过电容式加速度传感器和偏差算法可计算出相应的偏差值。

当发动机处于图16所示的状态时，曲轴正时有偏差，同时发动机基座有偏差。可通过电容式加速度传感器计算得出发动机基座与曲轴正时的总偏差值，使用缸体基准位置适配销122锁定缸体基准孔确定曲轴与发动机正时(一缸上止点Top Dead Center)位置之间的角度关系，再使用曲轴基准位置适配销124锁止曲轴正时基准位置。然后通过发动机曲轴理想正时位置为过圆心X轴平行于地面，而过圆心Y轴轴线与g重力轴线垂直于地面，即计算出发动机曲轴理想正时偏差与曲轴正时有偏差的情况下的差值。

步骤93，根据所获取的发动机凸轮轴绝对位置以及所述发动机曲轴的绝对位置，计算发动机正时角度。

在具体实施中，进气凸轮轴相对曲轴位置偏差θ_ni可以采用公式(4)得出。

排气凸轮轴相对曲轴位置偏差θ_no可以采用公式(5)得出。

进气凸轮轴相与排气凸轮轴相对位置偏差θ_io可以采用公式(6)得出。

θ_io＝a_ni-a_no-θ_s2+θ_s3 (6)

其中，θ_m为第一倾角测量装置输出值，a_ni为第三倾角测量装置输出值，a_no为第四倾角测量装置输出值。

在具体实施中，第一倾角测量装置、第二倾角测量装置、第三倾角测量装置、第四倾角测量装置均采用电容式加速度传感器。电容式加速度传感器的工作原理如下：

参照图17，给出了本实用新型实施例中一种电容式加速度传感器的结构示意图。图18为电容式加速度传感器工作原理图。下面结合图17及图18对电容式加速度传感器的工作原理进行说明。

在具体实施中，电容式加速度传感器一般采用弹簧质量系统，其中一个电极固定，另一变化电极是弹性膜片，当质量受加速度作用运动而改变质量块与固定电极之间的间隙进而使电容值变化。在电容式加速度传感器中集成无线数据信号发射器，配合终端无线数据限号接收器，可以实现无线数据传输。

基于牛顿第二定律F＝ma，当电容式加速度传感器静止水平放置在平面上时，电容式加速度传感器只受到G重力和平面对于其本身的反作用力。

当电容式加速度传感器相对于地球重力方向产生倾角，使用电容式加速度加速度传感器来测量物体的倾斜角度α时，由于重力作用可利用重力矢量及其在电容式加速度传感器轴上的投影来确定倾斜角度。然后，通过敏感元件检测出这个角度值，或将垂直于地面的重力加速度通过敏感元件的应变量转换成电信号输出的装置。如图17所示，质量块m已知，电容式加速度传感器在静止放置时受到重力作用，因此会有1g的重力加速度。利用这个性质，通过测量重力加速度在X、Y轴上的分量，可以计算出在垂直平面上的倾斜角度。重力加速度就会有分量作用在传感器敏感轴Ax方向且满足：

sinα＝Ax/g (7)

则Ax＝g*sinα (8)

其中，Ax为加速度的测量值,g为重力加速度,α为发动机正时测量角度。

根据胡克定律F＝-K*x，即质量块离开弹簧平衡位置的某点x处所受到的力F与位移大小成正比而方向相反称为线性回复力。电容式加速度传感器从力学角度可以看成是一个质量—弹簧—阻尼系统。当传感器相对于地球重力方向产生倾角，通过测量质量—弹簧—阻尼系统得：

F＝-kx＝ma； (9)

a＝k/m*x； (10)

a＝d^2x/dt^2； (11)

C＝(ε·S)/x； (12)

根据公式(10)与公式(12)得出电容式加速度传感器所受加速度a与电极间电荷C成反比。

a＝k/m*(ε·S)/C； (13)

对通过测量位移x并求积分后即可求出加速度a，从而得出位移x处所受到的力F，F＝Ax。

Ax＝gsinα,Ay＝gcosα； (14)

α＝arctan Ac/Ay； (15)

其中，k为劲度系数，m为质量块质量，x为位移。

然而，在实际应用中，很难保证倾斜至发生在X-Y平面内，参照图19给出的三轴倾角受力分解原理图，当在X-Y-Z平面内采用三个电容式加速度传感器的倾角测量计算公式可以拓展如下：

其中，Ax为加速度在x轴方向的测量值，Ay为加速度在y轴方向的测量值，Az为加速度在z轴方向的测量值，α_x为Ax与重力G的夹角，α_y为Ay与重力G的夹角，α_z为Az与重力G的夹角，C电极间电荷，k为劲度系数，m为质量块质量，x为位移F＝Ax是在x方向上的投影，g为重力加速度，G为重力，α为发动机正时角度偏差。

在本实用新型一实施例中，当采用凸轮轴正时标定块对发动机正时标定之后，可以采用本实用新型上述实施例提供的发动机凸轮轴正时角度测量装置通过如下方式测量发动机正时偏差，下面结合图6进行详细说明。

通过进气固定轴套151以及排气固定轴套152上的腰孔以及紧固件将凸轮轴正时角度测量装置固定于发动机上，此时，发动机凸轮轴与进气凸轮轴转动轴141以及排气凸轮轴转动轴142并未连接，进气凸轮轴转动轴141上的止销槽1411与进气固定轴套151上的止销孔1511暂未通过螺栓固定，排气凸轮轴转动轴142上的止销槽1421与排气固定轴套152上的止销孔暂未通过螺栓固定。分别读取第三倾角测量装置以及第四倾角测量装置的读数，采用公式(16)、(17)、(18)及(19)计算出三轴倾角，即通过Ax、Ay及Az的测定后确定第三倾角测量装置所在平面的发动机基座倾角以及第四倾角测量装置所在平面的发动机基座倾角。

推动所述凸轮轴正时角度测量装置，将排气凸轮轴转动轴142插入排气凸轮轴2，将进气凸轮轴转动轴141插入进气凸轮轴1，由于止销槽1411的槽型长度大于止销孔1511的孔径，推动进气凸轮轴转动轴141时，止销槽1411与止销孔1511的相对位置发生变化；相应地，推动排气凸轮轴转动轴142时，止销槽1421与排气固定轴套152上的止销孔的相对位置发生变化。进气凸轮轴转动轴141上的止销槽1411与进气固定轴套151上的止销孔1511通过螺栓固定，排气凸轮轴转动轴142上的止销槽1421与排气固定轴套152上的止销孔通过螺栓固定。测出θ_ni进气凸轮轴正时偏差、θ_n0排气凸轮轴正时偏差值。发动机凸轮轴理想正时位置为过圆心X轴平行于地面，而过圆心Y轴轴线与g重力轴线垂直于地面，最后通过公式(16)、(17)、(18)、(19)、(2)、(3)计算出发动机凸轮轴理想正时偏差与凸轮轴正时有偏差情况下的代数和。进气凸轮轴相与排气凸轮轴相对位置偏差可由公式(6)计算得出。

通过凸轮轴正时角度测量装置的偏差算法，通过公式(4)及公式(5)计算得到进气凸轮轴相对曲轴一缸上止点的正时偏差，排气凸轮轴相对曲轴位置偏差，并可以通过无线传输在PC端显示，其中，所述凸轮轴可以为双顶置DOHC-进排气凸轮轴，也可以为单顶置OHC-单凸轮轴。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (17)

1.一种发动机曲轴正时角度测量装置，其特征在于，包括：

转轴架，设置有缸体基准位置定位孔及曲轴基准位置定位孔；

固定部，一端与发动机曲轴固定连接，另一端与所述转轴架连接，且可相对所述转轴架旋转；

第一倾角测量装置，固定于所述转轴架，用于在通过所述缸体基准位置定位孔及所述曲轴基准位置定位孔确定发动机一缸上止点之后，测量发动机曲轴正时角度。

2.根据权利要求1所述的发动机曲轴正时角度测量装置，其特征在于，还包括：缸体基准位置适配销，与所述缸体基准位置定位孔相匹配；

曲轴基准位置适配销，与所述曲轴基准位置定位孔相匹配。

3.根据权利要求1所述的发动机曲轴正时角度测量装置，其特征在于，还包括：信号轮定位孔，设置于所述转轴架上；

信号轮正时检测适配销，与所述信号轮定位孔相匹配。

4.根据权利要求3所述的发动机曲轴正时角度测量装置，其特征在于，所述信号轮定位孔位于所述缸体基准位置定位孔及所述曲轴基准位置定位孔之间。

5.根据权利要求1所述的发动机曲轴正时角度测量装置，其特征在于，所述固定部上设有凸起，所述转轴架上设有凹槽，所述凹槽用于容纳所述凸起。

6.根据权利要求1所述的发动机曲轴正时角度测量装置，其特征在于，所述转轴架上设置有容纳部，用于放置所述第一倾角测量装置。

7.根据权利要求1所述的发动机曲轴正时角度测量装置，其特征在于，所述第一倾角测量装置包括电容式加速度传感器。

8.一种发动机正时角度测量系统，其特征在于，包括：如权利要求1～7任一项所述的发动机曲轴正时角度测量装置，以及发动机凸轮轴正时角度测量装置，其中，

所述发动机凸轮轴正时角度测量装置包括：转动轴及第二倾角测量装置，所述转动轴的第一端与发动机凸轮轴连接；所述第二倾角测量装置，固定于所述转动轴的第二端，用于测量发动机凸轮轴正时角度。

9.根据权利要求8所述的发动机正时角度测量系统，其特征在于，所述发动机凸轮轴正时角度测量装置还包括：固定轴套，套设于所述转动轴。

10.根据权利要求9所述的发动机正时角度测量系统，其特征在于，所述固定轴套设置有止销孔，所述转动轴上设置有与所述止销孔配合的止销槽。

11.根据权利要求9所述的发动机正时角度测量系统，其特征在于，所述发动机凸轮轴正时角度测量装置还包括：调节转动轴轴套及调节臂，其中：

所述调节转动轴轴套，套设于所述转动轴；

所述调节臂，与所述调节转动轴轴套可拆卸连接，适于转动所述调节转动轴轴套以调节发动机凸轮轴角度。

12.根据权利要求8所述的发动机正时角度测量系统，其特征在于，所述发动机凸轮轴正时角度测量装置还包括：凸轮轴滑动支架，套设于所述转动轴。

13.根据权利要求12所述的发动机正时角度测量系统，其特征在于，所述发动机凸轮轴为双顶置凸轮轴，包括：进气凸轮轴及排气凸轮轴。

14.根据权利要求13所述的发动机正时角度测量系统，其特征在于，所述转动轴包括：进气凸轮轴转动轴和排气凸轮轴转动轴，其中：

所述进气凸轮轴转动轴的第一端与进气凸轮轴连接；

所述排气凸轮轴转动轴的第一端与排气凸轮轴连接。

15.根据权利要求14所述的发动机正时角度测量系统，其特征在于，所述凸轮轴滑动支架，包括：进气凸轮轴滑动支架及排气凸轮轴滑动支架，其中：

所述进气凸轮轴滑动支架，套设于所述进气凸轮轴转动轴，且与所述排气凸轮轴滑动支架卡接；

所述排气凸轮轴滑动支架，套设于所述排气凸轮轴转动轴。

16.根据权利要求14所述的发动机正时角度测量系统，其特征在于，所述进气凸轮轴滑动支架和所述排气凸轮轴滑动支架的其中一个设有连接部，另一个设有用于收容所述连接部的容纳孔。

17.根据权利要求8所述的发动机正时角度测量系统，其特征在于，所述转动轴的第二端设有凹槽，所述凹槽的底部为平面且过所述转动轴轴心，所述第二倾角测量装置固定于所述凹槽内。