CN108036699A - 一种连续可变气门升程及配气相位的测量*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种连续可变气门升程及配气相位的测量***，包括：测控电脑和采集卡、曲轴角度传感器、电子测微计和调节轴角度等效测量单元。电子测微计测量探针与气门弹簧顶部压片接触，调节轴角度等效测量单元的输入端与调节轴末端工艺孔连接。电子测微计的输出端与测控电脑连接，调节轴角度等效测量单元的输出端与采集卡的输入端连接。曲轴角度传感器的输入端与发动机缸体的发动机曲轴正时端连接，其输出端与采集卡的输入端连接。采集卡的输出端连接测控电脑。本发明能够为采用连续可变气门升程技术的先进发动机对标试验数据分析及相关CAE仿真验证工作开展提供充分的数据支撑，大幅提高了先进发动机对标试验价值。

Description

一种连续可变气门升程及配气相位的测量***
技术领域
本发明属于汽车测试领域，具体涉及一种连续可变气门升程及配气相位的测量***。
背景技术
对市场上同级别竞争产品的对标试验和分析，从而对行业先进技术发展趋势及应用现状进行准确把控，已经成为了汽车行业产品研发阶段的重要工作项之一。但在对标工作过程中，并非所有技术关键参数都能够直接或有效测量。而测量参数不齐全，将使对标的效果显著下降。
在采用了连续可变气门升程技术的发动机在不同工况下，气门升程都会发生改变，同时还会影响配气相位。而通常该类发动机的气门升程调节控制***的信号传输均采用了通讯协议加密，无法直接通过对物理信号的采集进行实际气门升程的判断和计算，同时由于在该类发动机中，气门升程是由凸轮型线与调节机构摇臂型线共同作用决定的，也无法直接通过单独测量凸轮型线或摇臂型线进行气门升程的测量，从而导致无法精确进行对标发动机的燃烧***及性能分析。
因此，由于上述连续可变气门升程技术的复杂性，目前缺少一种比较***和有效的测试方法对采用连续可变气门升程技术的发动机的气门升程及配气相位进行测量。
发明内容
本发明的发明目的是设计一种在对标试验中能对发动机连续可变气门的升程及其配气相位进行测量的***，够有效解决现有技术中无法有效的精确测量不同工况下的气门升程，从而导致对标试验结束后对标发动机的燃烧分析和性能分析完整度和充分度不足，对标试验价值无法充分体现问题
一种连续可变气门升程及配气相位的测量装置，包括：测控电脑、采集卡、曲轴角度传感器、电子测微计和调节轴角度等效测量单元。
所述调节轴角度等效测量单元采用两种等效设计：a.将调节轴与角度传感器连接，直接测量角度；b.将偏心凸轮机构安装于调节轴端，通过位移传感器间接测量角度；所述角度传感器或偏心凸轮机构与所述调节轴连接；
所述电子测微计和所述调节轴角度等效测量单元的输入端安装于拆卸掉缸盖罩的发动机缸盖上，所述电子测微计测量探针与气门弹簧顶部压片接触，所述调节轴角度等效测量单元的输入轴端与调节轴连接。所述电子测微计的输出端与测控电脑连接，所述调节轴角度等效测量单元的输出端与采集卡的输入端连接。所述曲轴角度传感器的输入端与发动机缸体的发动机曲轴正时端连接，其输出端与采集卡的输入端连接。所述采集卡的输出端连接测控电脑。首先，所述调节轴角度等效测量单元和所述曲轴角度传感器通过所述采集卡分别将调节轴的角度和曲轴角度信息传递给测控电脑，所述电子测微计调整位置并将位置信号传递给测控电脑；然后，所述测控电脑根据气门升程测试和配气相位测试的要求，对调节轴、曲轴和电子测微计进行调整，反复测试；最后，所述测控电脑对测试参数和测试结果进行保存和分析。
进一步，所述电子测微计通过串口通讯协议与测控电脑进行连接。
连续可变气门升程及配气相位的测量方法，包括下述步骤：
步骤一、连续可变气门升程机构对调节轴角度等效测量单元进行调节轴旋转角度等效测试方法的设计选型。所述的设计选型包含两种类型：选型a.将调节轴与角度传感器连接，直接测量角度。选型b.将偏心凸轮机构安装于调节轴端，通过位移传感器间接测量角度。
步骤二、调整电子测微计，并保证其电子测微计探针轴线与气门轴线保持一致。
步骤三、调整曲轴角度传感器，并保证其旋转轴线与曲轴同轴。
步骤四、进行气门升程测量：运行气门升程-曲轴角度实时测试软件，对发动机进行盘车，盘车角度小于等于720°CA，同时记录调节轴角度等效测量单元的测试结果、曲轴角度和电子测微计的数据并保存，当完成一组气门升程测试后，旋转调节轴的角度，重复步骤四。
步骤五、完成气门升程测量后，将电子测微计的探针从火花塞安装孔垂直伸入发动机燃烧室并将其与活塞顶面接触。
步骤六、进行配气相位测试：对发动机进行盘车，盘车角度小于等于720°CA，利用测试软件同时对曲轴角度传感器和电子测微计的信号进行记录并保存。
步骤七、完成测量步骤六后，将步骤四和步骤六所保存的数据导出。根据步骤六中曲轴角度传感器和电子测微计信号确定的发动机活塞运动上止点TDC时刻。根据步骤四中不同调节轴角度下的曲轴角度传感器和电子测微计信号，并参考TDC时刻，确定在不同最大气门升程时的气门开启时刻与气门关闭时刻，及相应气门升程曲线。并根据计算得到调节轴旋转角度α，得到调节轴角度与最大气门升程的对应关系曲线。
进一步，所述位移传感器间接测量角度的具体计算方法如下：位移传感器测量信号与调节轴之间的对应关系为：
偏心凸轮机构偏心距为d，偏心凸轮外圆半径为R，调节轴旋转角度为α，位移传感器初始位置为l0，位移传感器位移量为l，则：
本发明的有益效果是本发明能够有效解决现有技术中无法有效的精确测量不同工况下的气门升程，从而导致对标试验结束后对标发动机的燃烧分析和性能分析完整度和充分度不足，对标试验价值无法充分体现问题，为采用连续可变气门升程技术的先进发动机对标试验数据分析及相关CAE仿真验证工作开展提供充分的数据支撑，大幅提高先进发动机对标试验价值。
附图说明
图1为本发明测试步骤示意图；
图2为本发明的整体测量***示意图；
图3为等效测试方法类型b调节轴角度与位移传感器位移l的关系示意图；
图4为配气相位值查询示意图；
图5为调节轴角度与最大气门升程对应关系图。
具体实施方式
结合附图对本发明进一步的说明。
如图2所示，一种连续可变气门升程及配气相位的测量装置，包括：测控电脑1、采集卡2、曲轴角度传感器3、电子测微计4和调节轴角度等效测量单元5。
调节轴角度等效测量单元5采用两种等效设计：a.将调节轴与角度传感器连接，直接测量角度；b.将偏心凸轮机构安装于调节轴端，通过位移传感器间接测量角度；所述角度传感器或偏心凸轮机构与所述调节轴连接；
电子测微计4和调节轴角度等效测量单元5的输入端安装于拆卸掉缸盖罩的发动机缸盖7上，电子测微计4测量探针与气门弹簧顶部压片接触，调节轴角度等效测量单元5与调节轴末端工艺孔连接。电子测微计4的输出端通过串口通讯协议与测控电脑1进行连接。调节轴角度等效测量单元5的输出端与采集卡2的输入端连接。曲轴角度传感器3的输入端与发动机缸体6的发动机曲轴正时端连接，其输出端与采集卡2的输入端连接。采集卡2的输出端连接测控电脑1。
如图1所示，连续可变气门升程及配气相位的测量方法，包括下述步骤：
步骤一、连续可变气门升程机构对调节轴角度等效测量单元进行调节轴旋转角度等效测试方法的设计选型。设计选型包含两种类型：选型a.将调节轴与角度传感器连接，直接测量角度；选型b.将偏心凸轮机构安装于调节轴端，通过位移传感器间接测量角度。
位移传感器间接测量角度的具体计算方法如下：位移传感器测量信号与调节轴之间的对应关系为：
偏心凸轮机构偏心距为d，偏心凸轮外圆半径为R，调节轴旋转角度为α，位移传感器初始位置为l0，位移传感器位移量为l，则：
所得α与l的关系如图3所示。
步骤二、调整电子测微计，并保证其电子测微计探针轴线与气门轴线保持一致；
步骤三、调整曲轴角度传感器3，并保证其旋转轴线与曲轴同轴。采用5V DC直流电源分别给调节轴角度等效测量单元5与曲轴角度传感器3供电。
步骤四、进行气门升程测量：运行所开发的气门升程-曲轴转角实时测试软件，对发动机进行盘车，盘车角度小于等于720°CA，同时记录调节轴角度等效测量单元取得的测试结果、曲轴角度和电子测微计4的数据并保存，当完成一组气门升程测试后，旋转调节轴的角度，重复步骤四；
步骤五、完成气门升程测量后，将电子测微计4的探针从火花塞安装孔垂直伸入发动机燃烧室并将其与活塞顶面接触；
步骤六、进行配气相位测试：对发动机进行盘车，盘车角度小于等于720°CA，利用测试软件同时对曲轴角度传感器3和电子测微计4的信号进行记录并保存；
步骤七、完成测量步骤六后，将步骤四和步骤六所保存的数据导出；根据步骤六中曲轴角度传感器3和电子测微计4信号确定的发动机活塞运动上止点TDC时刻；根据步骤四中不同调节轴角度下的曲轴角度传感器3和电子测微计4信号，并参考TDC时刻，确定在不同最大气门升程时的气门开启时刻与气门关闭时刻，及相应气门升程曲线，如图4所示，对不同气门升程升程I与升程II的曲线通过坐标查询，得到不同最大气门升程时的气门开启时刻与气门关闭时刻，如图4中0.1mm升程的开启相位I与开启相位II，并得到相应气门升程曲线。如图5所示，根据计算得到调节轴旋转角度α，得到调节轴角度与最大气门升程的对应关系曲线。

Claims (4)

1.一种连续可变气门升程及配气相位的测量装置，包括：测控电脑(1)和采集卡(2)，其特征在于，还包括：曲轴角度传感器(3)、电子测微计(4)和调节轴角度等效测量单元(5)；
所述调节轴角度等效测量单元采用两种等效设计：a.将调节轴与角度传感器连接，直接测量角度；b.将偏心凸轮机构安装于调节轴端，通过位移传感器间接测量角度；所述角度传感器或偏心凸轮机构与所述调节轴连接；
所述电子测微计(4)和所述调节轴角度等效测量单元(5)的输入端安装于拆卸掉缸盖罩的发动机缸盖(7)上，所述电子测微计(4)测量探针与气门弹簧顶部压片接触，所述调节轴角度等效测量单元(5)的输入轴端与调节轴连接；所述电子测微计(4)的输出端与测控电脑(1)连接，所述调节轴角度等效测量单元(5)的输出端与采集卡(2)的输入端连接；所述曲轴角度传感器(3)的输入端与发动机缸体(6)的发动机曲轴正时端连接，其输出端与采集卡(2)的输入端连接；所述采集卡(2)的输出端连接测控电脑(1)；首先，所述调节轴角度等效测量单元(5)和所述曲轴角度传感器(3)通过所述采集卡(2)分别将调节轴的角度和曲轴角度信息传递给测控电脑(1)，所述电子测微计(4)调整位置并将位置信号传递给测控电脑(1)；然后，所述测控电脑(1)根据气门升程测试和配气相位测试的要求，对调节轴、曲轴和电子测微计(4)进行调整，反复测试；最后，所述测控电脑(1)对测试参数和测试结果进行保存和分析。
2.根据权利要求1所述的连续可变气门升程及配气相位的测量装置，其特征在于：所述电子测微计(4)通过串口通讯协议与测控电脑(1)进行连接。
3.根据权利要求1所述的装置进行连续可变气门升程及配气相位的测量方法，其特征在于包括下述步骤：
步骤一、连续可变气门升程机构对调节轴角度等效测量单元进行调节轴旋转角度等效测试方法的等效设计选型；
步骤二、调整电子测微计(4)，并保证其电子测微计探针轴线与气门轴线保持一致；
步骤三、调整曲轴角度传感器(3)，并保证其旋转轴线与曲轴同轴；
步骤四、进行气门升程测试：运行气门升程-曲轴角度实时测试软件，对发动机进行盘车，盘车角度小于等于720°CA，同时记录调节轴角度等效测量单元的测试结果、曲轴角度和电子测微计(4)的数据并保存，当完成一组气门升程测试后，旋转调节轴的角度，重复步骤四；
步骤五、完成气门升程测量后，将电子测微计(4)的探针从火花塞安装孔垂直伸入发动机燃烧室并将其与活塞顶面接触；
步骤六、进行配气相位测试：对发动机进行盘车，盘车角度小于等于720°CA，利用测试软件同时对曲轴角度传感器(3)和电子测微计(4)的信号进行记录并保存；
步骤七、完成测量步骤六后，将步骤四和步骤六所保存的数据导出；根据步骤六中曲轴角度传感器(3)和电子测微计(4)信号确定的发动机活塞运动上止点TDC时刻；根据步骤四中不同调节轴角度下的曲轴角度传感器(3)和电子测微计(4)信号，并参考TDC时刻，确定在不同最大气门升程时的气门开启时刻与气门关闭时刻，及相应气门升程曲线；并根据计算得到调节轴旋转角度α，得到调节轴角度与最大气门升程的对应关系曲线。
4.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，所述位移传感器间接测量角度的具体计算方法如下：位移传感器测量信号与调节轴之间的对应关系为：
偏心凸轮机构偏心距为d，偏心凸轮外圆半径为R，调节轴旋转角度为α，位移传感器初始位置为l0，位移传感器位移量为l，则：
<mrow> <mi>&amp;alpha;</mi> <mo>=</mo> <mi>arcsin</mi> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mfrac> <mi>R</mi> <mi>l</mi> </mfrac> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>arccos</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msup> <mi>d</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mi>R</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <msup> <mi>l</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>/</mo> <mn>2</mn> <mi>d</mi> <mi>R</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;rsqb;</mo> <mo>-</mo> <mi>arcsin</mi> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mfrac> <mi>R</mi> <msub> <mi>l</mi> <mn>0</mn> </msub> </mfrac> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>arccos</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msup> <mi>d</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mi>R</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>l</mi> <mn>0</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>/</mo> <mn>2</mn> <mi>d</mi> <mi>R</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;rsqb;</mo> <mo>.</mo> </mrow>
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