氣門與座圈磨損試驗方法
2023-10-05 20:39:34 4
專利名稱：氣門與座圈磨損試驗方法
技術領域：
本發明涉及一種動力機械技術領域快速磨損試驗方法，更具體地說，本發明 涉及一種內燃機用氣門與座圈的磨損試驗方法。
背景技術：
氣門與座圈是發動機的重要摩擦副之一，工作在高溫衝擊條件下，同時有廢 氣腐蝕，工作條件惡劣，容易產生磨損失效。氣門與座圈的運行壽命與可靠性在 某種程度上決定了發動機的工作性能、服役壽命與輸出功率。特別是近年，隨著 發動機，特別是柴油機的功率與可靠性要求的提高，氣門與座圈這對摩擦副的要 求也相應的提高了。近年來，隨著對氣門與座圈的磨損機理研究日趨深入， 一些 新材料的出現和新技術的使用如納米材料、溶銅技術等，改善了氣門與座圈的磨 損情況，強化了其硬度與強度。因此，非常有必要快速、高效、可靠的考察這對 摩擦副之間的性能和使用壽命，考察新材料的配對使用情況。國內外傳統的氣門與座圈的試驗與評價方法，通常是在發動機整機上進行 的，不僅周期長、造價高、損耗人力而且受到環境因素等影響較大，不便於數據 整理和規律摸索，傳統的氣門落座速度的限制也往往採用經驗值限定。除了這種 試驗評價方法，還有一些學者與廠家採用原機凸輪驅動或者凸輪-搖臂機構驅動 氣門進行試驗與評價，但是這樣無形中會產生凸輪與氣門座圈這對額外摩擦副或 者凸輪-搖臂，搖臂-氣門座圈兩對摩擦副之間新的磨損，在評價一對摩擦副的同 時犧牲了另外一對或二對摩擦副，這樣也會對試驗結果與評價方法的準確度和精 度上產生一些不利的影響。並且由於凸輪型線的限制，即使通過對氣門間隙的調 節，氣門的落座速度也比較有限，不利於試驗的進度與周期控制。發明內容本發明的目的在於克服現有技術中的不足，提供一種氣門與座圈磨損試驗方法。
為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的 本發明提供了一種氣門與座圈磨損試驗方法，包括標定階段和實驗階段；其 中所述標定階段包括以下步驟(1) 在氣門底座上安裝氣門加速度傳感器，在氣門彈簧座圈上方安裝氣門 彈簧座圈位移傳感器，並以信號線將兩個傳感器的信號經A/D模塊傳送至上位 機；(2) 對電磁鐵線圈通電，產生電磁力使氣門運動；(3) 上位機對氣門的落座速度和距離進行記錄，並根據設定值確定電磁鐵 的通電控制策略；所述實驗階段包括以下步驟A、 拆除氣門加速度傳感器與氣門彈簧座圈位移傳感器，在氣門底部安裝燃 燒器對氣門進行加熱；B、 開啟水冷卻系統的進水閥門，啟動冷卻水泵對缸蓋和燃燒器進行冷卻；C、 設於氣缸蓋上的缸蓋溫度傳感器將檢測的缸溫通過信號線經A/D模塊傳 送至上位機；D、 上位機根據缸溫確定水冷卻系統的冷卻水泵的轉速控制策略； 前述氣門位於氣缸蓋上，氣門座圈位於氣門和氣缸蓋之間；氣門的氣門杆穿過氣缸蓋，其末端以氣門鎖夾固定一個彈簧座圈，氣門彈簧一端支撐在氣缸蓋 上，另一端壓靠在彈簧座圈上；電磁鐵安裝在氣缸蓋上且位於彈簧座圈下部。作為一種改進，本發明還包括在啟動電磁鐵的同時，啟動電磁鐵冷卻風扇對 電磁鐵進行冷卻。與現有技術相比，本發明的有益效果是1、 本發明所提供的氣門與座圈快速磨損試驗方法通過對電磁鐵通電電流的 控制，進而控制氣門的運動規律。通過綜合分析氣門加速度傳感器與彈簧座圈位 移傳感器的信號數據確定氣門的落座衝擊速度。氣門僅需要很小的行程，並不需 要在凸輪機構驅動下達到較高的升程。因此可以達到很高的衝擊頻率，縮短試驗 時間，並且通過控制可以大大提高氣門與座圈的衝擊強度，進一步的縮短試驗時 間，由於擺脫了凸輪型線的束縛，應用範圍更加寬廣，對於考察新材料的性能、 磨損情況和彼此之間的配合特性有著較大的幫助。2、 本發明所提供的氣門與座圈快速磨損試驗方法，氣門落座速度通過採集 布置在氣門底座上的氣門加速度傳感器和布置在彈簧座圈的氣門位移傳感器信號 並通過A/D模塊傳輸到上位機，上位機在綜合分析傳感器的信號之後確定氣門落座速度，可根據用戶的設定通過D/A模塊來動態調節電磁鐵通過電流的大小和通電時間，準確控制希望達到的落座速度。同時，由於用兩種不同的傳感器來共同 確定氣門落座速度，提高了試驗的精確度，減少了隨即誤差，可以有效的避免人 為誤差，有利於提高測試結論的可信度。3、 本發明所提供的氣門與座圈快速磨損試驗方法，缸蓋溫度通過採集布置 在氣缸蓋上的溫度傳感器信號並通過A/D模塊傳輸到上位機，上位機在分析傳感 器的信號之後確定工作時的實際缸溫，可根據用戶的設定通過D/A模塊來動態調 節冷卻水泵的轉速，進而達到控制冷卻水流量保證缸蓋的溫度保持在內燃機正常 工作時的缸蓋溫度，使得燃燒器的加熱與內燃機發火燃燒正常工作的實際情況更 加吻合，保證了試驗測試結論的可信度。4、 本發明所提供的氣門與座圈快速磨損試驗方法通過電磁鐵控制，不需要 原機凸輪、凸輪軸、搖臂等零部件，僅需要氣缸蓋、氣門、氣門座圈、電磁鐵、 非標氣門彈簧、非標彈簧座圈等，零部件少、結構簡單，造價低，可廣泛適用與 各汽車廠、發動機廠、零部件製造廠以及與之相關的各產品質量檢驗機構和新材 料性能研究機構，從而提高氣門與氣門座圈這對摩擦副的新工藝和新材料的研究 水平。
圖1為氣門與座圈磨損試驗方法的試驗狀態示意圖； 圖2為氣門與座圈磨損試驗方法的標定狀態示意圖； 圖3為氣門與座圈磨損試驗方法在標定狀態時的控制框圖； 圖4為氣門與座圈磨損試驗方法的冷卻系統示意圖； 圖5為氣門與座圈磨損試驗方法電磁鐵控制電流示意圖； 圖6為氣門與座圈磨損試驗方法氣門實際運動示意圖。 圖中氣缸蓋l、氣門2、氣門彈簧3、電磁鐵4、彈簧座圈5、氣門鎖夾 6、氣門加速度傳感器7、彈簧座圈位移傳感器8、氣門座圈9、電磁鐵冷卻風扇 10、缸蓋溫度傳感器ll、燃燒器12、冷卻水泵13、流量調節閥14、上位機15、 進水閥門16、水箱17、入口法蘭18、出口法蘭19。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述，但不作為對本發明的限定。 如圖l、 2所示，新型氣門與座圈磨損試驗系統圖，分為試驗狀態和標定狀態狀態圖。它包括氣缸蓋l、氣門2、氣門彈簧3、電磁鐵4、彈簧座圈5、氣 門鎖夾6、氣門加速度傳感器7、彈簧座圈位移傳感器8、氣門座圈9、電磁鐵冷 卻風扇10、缸蓋溫度傳感器11、燃燒器12，氣門2位於氣缸蓋1上，氣缸蓋1 上裝有缸蓋溫度傳感器ll，氣門彈簧3—端支撐在氣缸蓋1上，另一端壓靠在彈 簧座圈5上，彈簧座圈5用氣門鎖夾6固定在氣門2上，電磁鐵4安裝在氣缸蓋 l上，並位於彈簧座圈5的下部，電磁鐵冷卻風扇10安裝在近電磁鐵4處用於對 電磁鐵4的冷卻，在標定狀態下，氣門加速度傳感器7安裝在氣門2的底部，彈 簧座圈位移傳感器8安裝在彈簧座圈5的上部，在燃燒狀態下拆除氣門加速度傳 感器7和彈簧座圈位移傳感器8，在氣門2的下部安裝燃燒器12。如圖3所示，在標定狀態時，氣門與座圈磨損試驗系統的控制電路的連接關 系如下氣門加速度傳感器7、彈簧座圈位移傳感器8和缸蓋溫度傳感器11分別 與A/D模塊相連接，電磁鐵4和冷卻水泵13分別與D/A模塊相連接，，A/D模 塊、D/A模塊、分別與上位機15相連接。如圖4所示，氣門與座圈磨損試驗系統的冷卻系統包括氣缸蓋l、燃燒器 12、冷卻水泵13、流量調節閥14、上位機15、進水閥門16和冷卻水箱17，其 特徵在於從冷卻水箱16通過冷卻水泵13和流量調節閥14後，分別由入口法蘭 18和氣缸蓋1和燃燒器12相連，氣缸蓋1和燃燒器冷卻水出口經出口法蘭與排 水道相連。本發明電磁鐵4開始工作時，上位機15經過D/A模塊轉換將用戶設定的如 附圖5所示的輸入電流輸給電磁鐵4，則氣門2將按照如附圖6所示的運動規律 而運動，保證其均勻落座，進而對氣門座圈9進行衝擊。由於電磁鐵4通斷頻 繁，產生一定的熱量，在啟動電磁鐵4的同時需要啟動電磁鐵冷卻風扇IO對其 進行冷卻。本發明共分為二步進行工作，首先需要進行標定工作。上位機15經過D/A 模塊轉換將用戶設定的如附圖5所示的輸入電流輸給電磁鐵4，則氣門2將按照 如附圖6所示的運動規律而運動，保證其均勻落座，進而對氣門座圈9進行衝 擊。由於電磁鐵4通斷頻繁，產生一定的熱量，在啟動電磁鐵4的同時需要啟動 電磁鐵冷卻風扇IO對其進行冷卻。為保證其落座均勻、準確、穩定性，需要檢 驗落座速度是否達到了事先要求的值，在氣門2底部安裝氣門加速度傳感器7，
在彈簧座圈5上部安裝彈簧座圈位移傳感器8，將採集到的信號經過A/D模塊轉 換傳到上位機15，上位機15經過綜合分析這二組傳感器的信號數據，確定氣門 的實際落座速度，經過和設定的落座速度比較，調整電磁鐵控制系統，經過D/A 模塊轉換反饋給電磁鐵，進而來達到期望的氣門落座速度。當完成標定工作後記 錄此時對電磁鐵4輸入電流的控制，拆除氣門加速度傳感器7和彈簧座圈位移傳 感器8。本發明在完成標定工作後進行磨損試驗，在氣門2底部安裝燃燒器12，由於 需要長時間工作所以燃燒器也需要進行冷卻。本發明穩定工作時，電磁鐵4在標 定工作記錄的控制電流驅使下帶動氣門2以規定的落座速度對氣門座圈9進行衝 擊，冷卻系統的冷卻水對氣缸蓋1和燃燒器12同時進行冷卻，缸蓋溫度傳感器 11採集的缸蓋溫度信號A/D模塊轉換傳到上位機15，上位機15經過分析比對做 出調整策略，經過D/A模塊轉換來調整冷卻水泵13的轉速，進而達到控制缸蓋 溫度的目的，保證試驗系統接近氣門與座圈的實際工作情況。最後，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發明的具體實施例。顯然，本發 明不限於以上實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本發明公 開的內容直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本發明的保護範圍。
權利要求
1、一種氣門與座圈磨損試驗方法，包括標定階段和實驗階段；其中所述標定階段包括以下步驟(1)在氣門底座上安裝氣門加速度傳感器，在氣門彈簧座圈上方安裝氣門彈簧座圈位移傳感器，並以信號線將兩個傳感器的信號經A/D模塊傳送至上位機；(2)對電磁鐵線圈通電，產生電磁力使氣門運動；(3)上位機對氣門的落座速度和距離進行記錄，並根據設定值確定電磁鐵的通電控制策略；所述實驗階段包括以下步驟A、拆除氣門加速度傳感器與氣門彈簧座圈位移傳感器，在氣門底部安裝燃燒器對氣門進行加熱；B、開啟水冷卻系統的進水閥門，啟動冷卻水泵對缸蓋和燃燒器進行冷卻；C、設於氣缸蓋上的缸蓋溫度傳感器將檢測的缸溫通過信號線經A/D模塊傳送至上位機；D、上位機根據缸溫確定水冷卻系統的冷卻水泵的轉速控制策略；前述氣門位於氣缸蓋上，氣門座圈位於氣門和氣缸蓋之間；氣門的氣門杆穿過氣缸蓋，其末端以氣門鎖夾固定一個彈簧座圈，氣門彈簧一端支撐在氣缸蓋上，另一端壓靠在彈簧座圈上；電磁鐵安裝在氣缸蓋上且位於彈簧座圈下部。
2、 根據權利要求l所述的氣門與座圈磨損試驗方法，其特徵在於，還包括 在啟動電磁鐵的同時，啟動電磁鐵冷卻風扇對電磁鐵進行冷卻。
全文摘要
本發明涉及動力機械技術領域快速磨損試驗方法，旨在提供一種內燃機用氣門與座圈的磨損試驗方法。該方法包括標定階段和實驗階段；標定階段在氣門底座上安裝氣門加速度傳感器，在氣門彈簧座圈上方安裝位移傳感器，對電磁鐵線圈通電，上位機對氣門的落座速度和距離進行記錄，並根據設定值確定電磁鐵的通電控制策略；實驗階段包括在安裝燃燒器對氣門進行加熱；上位機根據缸溫確定水冷卻系統的冷卻水泵的轉速控制策略。本發明可以達到很高的衝擊頻率，縮短試驗時間。用兩種不同的傳感器來共同確定氣門落座速度，提高了試驗的精確度。缸蓋的溫度保持在內燃機正常工作時的缸蓋溫度保證了試驗測試結論的可信度。零部件少、結構簡單，造價低。
文檔編號G01N3/56GK101398358SQ20081012211
公開日2009年4月1日 申請日期2008年10月28日 優先權日2008年10月28日
發明者俞小莉, 劉忠民, 佳 李 申請人:浙江大學