用於氣體測量的高靈敏渦流動量計的製作方法

2023-06-07 01:37:41 1

專利名稱：用於氣體測量的高靈敏渦流動量計的製作方法
技術領域：
本發明屬於內燃機氣道性能檢測技術，具體涉及到氣道穩流試驗時，用于衡量內燃 機缸蓋氣道流動特性的一種高靈敏'渦流動量計。
背景技術：
發動機為了獲得良好的動力性、經濟性和排放特性，要求發動機的氣缸蓋必須有足 夠高的流量係數和合適的渦流比、滾流比等參數，因此氣道試驗檯曆來就是發動機開發、 和發動機質量檢測的重要工具。內燃機氣道流動性能穩流試驗臺包括工作檯，氣流管道， 孔板流量計、渦流動量計等一套較複雜的流動測試系統，內燃機氣道穩流試驗時，要求 模擬發動機氣缸蓋氣門連續或斷續打開氣門，在每一個控制點，嚴密測試此時的氣門開 啟量，氣體流量，氣道兩端的壓差、氣體扭矩等與氣道流量係數、渦流比等有關的參數。 其中測試氣體流量、氣體扭矩大小的主要裝置為流量計和渦流動量計。在每一個試驗控 制點下，流量計測量氣體流量的大*小，渦流動量計測量扭矩大小，這兩個數據直接決定 了氣道的流動性能參數如流量係數、渦流比等。如上所述，渦流動量計是氣道試驗臺的主要組成部分之一，如果測試結果的精確性 較差，會直接對內燃機氣道開發造成不利的影響，而當前用於內燃機缸內穩態流動測量 用的動量計，普遍對氣流尤其是低氣門升程下的氣流產生的微小扭矩反映不靈敏，測量 精確度不高，造成這種結果的原因是多方面的，但主要原因是扭矩傳遞系統的重力以及 扭矩傳遞系統本身的不平衡造成的摩擦力導致了氣體能量傳遞到扭矩傳感器的過程中 出現了能量損失，並且導致了扭矩傳遞過程中反應不靈敏，儘管氣體能量損失的絕對值 很小，但是相對於氣體尤其是低氣門升程下氣流產生的扭矩值來說，影響還是非常大。 因此，高靈敏性動量計利用浮力，.通過簡單的機構既抵消了重力，又便f實現靜平衡， 從而部分減少了氣體能量損失，從而使得動量計具有了高靈敏性並具有更高精確性。發明內容本發明的目的在於提供一種用于衡量內燃機缸蓋氣道流動特性的渦流動量計，使其 具有高靈敏性和高精確性。以下結合附圖對本發明的技術結構及原理予以說明。高靈敏渦流動量計主要分為 重力抵消裝置、扭矩傳遞裝置和靜態標定裝置三個部分。重力抵消裝置主要包括氣泡水平儀、扭矩傳遞軸、蜂窩體、外罩、相應的緊固螺栓、塑料浮子環以及、動量計殼體 上的凹槽等；扭矩傳遞裝置主要包括動量計殼體、扭矩傳遞軸、定位盤、相應的緊固 螺栓、軸承、扭矩傳感器、扭矩傳感器固定盤等；靜態標定裝置主要包括標定連杆以 及滑輪等。在動量計殼體上部是重力抵消裝置。蜂窩體、外罩分別通過緊固螺栓和緊固件與扭矩傳遞軸連接為一整體置於動量^:殼體內，動量計殼體上端有一凹槽，^槽裝有矽油，塑料浮子環放在矽油上。為了測量氣體的渦流強度，蜂窩體的作用是把進入動量計的渦 流轉換為繞蜂窩體軸心轉動的動力。當蜂窩體等產生轉動時，.由塑料浮子環在矽油上產 生的浮力來抵消整個扭矩傳遞系統的重力，因為在動量計殼體上端設有玻璃觀察窗，通 過觀察窗査看矽油量是否合適，從而調節矽油量以控制浮力的大小，同時為了保證重力 與扭矩傳遞軸的軸心在一條直線上，通過氣泡水平儀來調整動量計的上頂面始終處於水 平位置。在動量計殼體中間部位是扭矩傳遞部分。定位盤用鎖緊螺栓與動量計殼體緊固，定 位盤的上、下端分別裝有軸承。定位盤的作用是用來保證扭矩傳感器的軸心與扭矩傳遞 軸的軸心具有很好的同軸度。因為定位盤套裝在扭矩傳遞軸上，所以要求定位盤系統與動量計殼體內中心具有很高的同軸'度，以保證整個扭矩傳遞系統的平衡扭。當氣流經過 蜂窩體時，由於氣流流動的特性以及蜂窩體的柱狀結構，會產生一個扭矩信號，該信號 經過扭矩傳遞軸傳遞給扭矩傳感器。在動量計殼體下端是靜態標定裝置。作為徑向扭矩傳遞的標定連杆套裝在定位盤下 端的扭矩傳遞軸上。標定連杆採用了對稱結構，用定位螺栓與扭矩傳遞軸緊固，外端穿 過動量計殼體。扭矩傳感器固定在扭矩傳感器固定盤的中心，與動量計同軸。扭矩傳遞 軸下端的扭矩傳遞件以"十字交叉軸"方式懸浮在扭矩傳感器上方，扭矩傳感器用固 定盤固定在動量計殼體下端。標定連杆端頭兩側設有滑輪標定時，將砝碼栓在標定連杆 外端，通過其中一側的滑輪將砝碼的重力轉換為與標定連杆相垂直的徑向方向的力。如 將砝碼放在另一側的滑輪，可以得到反方向的扭矩。


圖1為本發明結構原理示意圖。 ' 圖2為扭矩傳遞裝置拆解示意圖。 圖3為靜態標定裝置外部示意圖。圖4為動量計輸出AD量化值與動量計扭矩對應關係曲線。
具體實施方式
以下結合附圖並通過實施例對本發明的原理結構做進一步的說明。用於氣體測量的高靈敏渦流動量計包括蜂窩體、扭矩傳遞軸、外罩、緊固螺栓、 動量計、滑輪等。蜂窩體l為圓柱形，蜂窩體置於外罩2內，由緊固螺栓3將蜂窩體與 外罩固定。扭矩傳遞軸4頂端設有外螺紋，蜂窩體緊固件5設有內螺紋，蜂窩體l由中 心緊固螺栓6和蜂窩體緊固件5與扭矩傳遞軸4同心緊固。為防止蜂窩體緊固件在扭矩 傳遞軸上鬆動，蜂窩體緊固件5與扭矩傳遞軸4設有定位螺絲。動量計殼體7上端設有 凹槽8，凹槽裝有矽油，塑料浮子環9置於凹槽內。蜂窩體1及外罩2組裝在動量計殼 體7內。扭矩傳遞軸4套裝有定位盤10，定位盤用定位盤鎖緊螺栓11與動量計殼體7 緊固，定位盤10上下端分別裝有上軸承12和下軸承13。標定連杆14套裝於定位盤10 下端的扭矩傳遞軸4上，標定連杆內端用標定杆定位螺栓15與扭矩傳遞軸4緊固；標 定連杆外端頭穿過動量計殼體7，標定連杆外端兩側各設有一個滑輪16，標定連杆外端 頭通過細繩繞過滑輪16栓有砝碼23。扭矩傳感器17通過扭矩傳感器螺栓18固定在扭 矩傳感器固定盤19的中心，與動量計同軸。扭矩傳遞軸4下端的扭矩傳遞件20以"十 字交叉軸"方式懸浮在扭矩傳感器17上方，在靜止狀態下之間不發生接觸，扭矩傳感 器固定盤19用固定盤螺栓21緊固.在動量計殼體7下端。動量計殼體7外端設有玻璃觀 察窗22，動量計殼體上頂面鑲嵌有氣泡水平儀24。蜂窩體為柱行圓盤結構，組裝時先將蜂窩體、浮子環、軸系等組裝完成，將其水平 支撐在軸承架上，能使其自由轉動。圓周方向較重的方位在重力作用下必然自動轉動到 下面。表明它尚未達到靜平衡。可以在框架外周貼附配重的辦法。使之達到靜平衡。去 掉配重並稱該配重的實際重量，例如配重為2g，量出它距軸心的距離為lOmm，則得知不 平衡力矩為20g.cm。用油漆作標記，標明部位和靜平衡的力矩值20g.cm。取下浮子環， 在框架上油漆標記的對稱部位鑽孔，去掉相應的重量，使之達到靜平衡。具體標定時，扭矩傳遞軸轉動通過扭矩傳遞件與扭矩傳感器接觸，用來模擬氣流進 入蜂窩體所產生的扭矩。改變砝碼23的重量可以得到不同的對應值，再將砝碼放在另 一側的滑輪，可以得到反方向的扭'矩。然後改變砝碼的重量再重新檢測，'兩組數據的數 值與砝碼重量產生的扭矩均呈線性關係(如圖4)，該數據為原始數據，通過試驗根據扭 矩傳感器得到的數值就能從原始數據中通過差值法得到真實的扭矩值。本實施例標定連杆外端部的小孔到扭矩傳遞軸軸心的距離為lOOmm,將5g砝碼栓在 標定連杆外端。蜂窩體帶動扭矩傳遞軸旋轉產生的一個5m N.m的扭矩，這時可以從扭矩傳感器上得到一個對應的數值，將5g的砝碼更改為10g，又可以從扭矩傳感器上得 到一個對應的數值，改變砝碼的重量可以得到不同的數值。然後將不同的砝碼放在另一 邊的滑輪，以模擬反方向的扭矩，按上述方法再做一遍，可以得到另一組反方向的數值。 例如氣流流入蜂窩體由扭矩傳感器得到了一個AD量化值11000， AD值表示將扭矩傳 感器輸出電信號轉化為數位訊號，那麼這時的真實扭矩值為正向(俯視、順時針)28mN.m。 本發明的特點和有益的效果在於高靈敏性動量計利用浮力，通過簡單的機構既抵 消了重力，又便於實現靜平衡，從而部分減少了氣體能量損失，從而使得動量計具有了 高靈敏性並具有更高精確性。
權利要求
1.一種用於氣體測量的高靈敏渦流動量計，包括蜂窩體、扭矩傳遞軸、外罩、緊固螺栓、動量計、滑輪，其特徵在於蜂窩體(1)為圓柱形，蜂窩體置於外罩(2)內，由緊固螺栓(3)將蜂窩體與外罩固定，扭矩傳遞軸(4)頂端設有外螺紋，蜂窩體緊固件(5)設有內螺紋，蜂窩體(1)通過中心緊固螺栓(6)和蜂窩體緊固件(5)與扭矩傳遞軸(4)同心緊固，蜂窩體緊固件(5)與扭矩傳遞軸之間(4)設有定位螺絲，動量計殼體(7)上端設有凹槽(8)，凹槽裝有矽油，塑料浮子環(9)置於凹槽內，蜂窩體(1)及外罩(2)組裝在動量計殼體(7)內，扭矩傳遞軸(4)套裝有定位盤(10)，定位盤用定位盤鎖緊螺栓(11)與動量計(7)殼體緊固，定位盤(10)上下端分別裝有上軸承(12)和下軸承(13)，標定連杆(14)套裝於定位盤(10)下端的扭矩傳遞軸(4)上，標定連杆內端頭用標定杆定位螺栓(15)與扭矩傳遞軸(4)緊固，標定連杆外端頭穿過動量計殼體(7)，標定連杆外端兩側各設有一個滑輪(16)，標定連杆外端頭通過細繩繞過滑輪(16)栓有砝碼(23)，扭矩傳感器(17)通過扭矩傳感器螺栓(18)固定在扭矩傳感器固定盤(19)的中心，與動量計同軸，扭矩傳遞軸(4)下端的扭矩傳遞件(20)以「十字交叉軸」方式懸浮在扭矩傳感器(17)上方，扭矩傳感器固定盤(19)用固定盤螺栓(21)緊固在動量計殼體(7)下端。
2. 按照權利要求書1所述的一種用於氣體測量的高靈敏渦流動量計，其特徵在於 所述動量計殼體(7)外端設有玻璃觀察窗(22),動量計殼體(7)上頂面鑲嵌有氣泡 水平儀(24)。
全文摘要
本發明公開了一種用於氣體測量的高靈敏渦流動量計。具體結構為蜂窩體、外罩與扭矩傳遞軸連接為一整體置於動量計殼體內，殼體上端有凹槽，槽內為矽油。浮子環置於矽油中。定位盤與動量計殼體緊固，定位盤的上下端分別裝有軸承。標定連杆套裝在定位盤下端的扭矩傳遞軸上。連杆一端與扭矩傳遞軸緊固，另一端穿過動量計殼體並接有兩個砝碼。扭矩傳感器與扭矩傳遞軸以「十字交叉軸」方式連接，扭矩傳感器固定盤固定在動量計殼體下端。扭矩傳遞軸轉動使傳感器產生信號，用來模擬氣流進入蜂窩體所產生的扭矩。更換砝碼可得到不同的扭矩。本發明通過重力抵消、扭矩傳遞和靜態標定等設置，對內燃機缸蓋氣道流動特性的檢測具有更高的靈敏性和精確性。
文檔編號G01M15/04GK101603878SQ20091006973
公開日2009年12月16日 申請日期2009年7月16日 優先權日2009年7月16日
發明者劉書亮, 王天友, 禎 魯 申請人:天津大學