發(fā)動(dòng)機氣門(mén)動(dòng)力學(xué)特性的研究

陶子祥:發(fā)動(dòng)機氣門(mén)動(dòng)力學(xué)特性的研究7發(fā)動(dòng)機氣門(mén)動(dòng)力學(xué)特性的研究Study on the dynamical Characteristic of the engine valve陶子祥(濟南沃德汽車(chē)零部件有限公司)〔摘要〕建立了一套發(fā)動(dòng)機氣門(mén)動(dòng)力學(xué)特性測試系統。該系統基于NI( NATIONAL INSTRUMENTS)公司的數據采集卡和 abview軟件開(kāi)發(fā)平臺,實(shí)現了實(shí)時(shí)顯示和保存發(fā)動(dòng)機氣門(mén)動(dòng)力學(xué)特性的功能。該試驗系統可動(dòng)態(tài)測量氣門(mén)速度、加速度、位移和落座力,可判斷氣門(mén)是否飛脫、落座反跳,為后續的分析工作設計改進(jìn)提供了基礎?！碴P(guān)鍵詞〕氣門(mén)動(dòng)力特性落座力反跳Key words: Valve Dynamic characteristic Seated force Rebound測試系統硬件介紹固,防止高速下異常振動(dòng)造成傳感器飛脫),將應變測試系統主要由試驗平臺、試驗控制系統、數片規范貼在搖臂上后與應變儀相連,將光電旋轉編據采集分析系統、潤滑油系統等幾個(gè)部分組成。圖1碼器通過(guò)相關(guān)件與凸輪軸相連以將凸輪軸的角位移、為測試系統示意圖。角速度等機械量轉換成相應的電脈沖以數字量輸出。各傳感器的輸出信號經(jīng)N采集板卡接入主機箱,按照程序設計的通道順序連接各信號的物理通道。便件系統整體圖1、轉角編器2,冷卻風(fēng)扇3,電機4、帶輪傳動(dòng)機構5、氣缸蓋6、7源完位移傳感器8,擬變片9,數據采集系統10、發(fā)動(dòng)機鼠體11、凸輪軸PC機13,控制系線(xiàn)14.,潤沿治系線(xiàn)15,集治殼16、加速度傳感器17.氣門(mén)圖1測試系統示意圖1.1試驗控制系統通過(guò)控制柜按鈕實(shí)現以下功能:凸輪軸轉速的調節、潤滑油壓力的設定、潤滑油溫度的設定、潤滑油回油的控制、潤滑油流量顯示。位移傳感器安裝位置加速度傳感器安裝位置1.2數據采集分析系統數據采集分析系統包括:激光位移傳感器、加速度傳感器、應變片應變儀、光電旋轉編碼器等。將激光位移傳感器固定于氣門(mén)盤(pán)端面上端(二者距離中國煤化工始終保持在激光位移傳感器的量程之內),將加速CNMH度傳感器固定在氣門(mén)盤(pán)端面上(二者聯(lián)接一定要牢應變片N數據采集卡8內燃機與配件2012年第7期1.3潤滑油系統傳感器的測量量程與輸出電壓值計算所得。潤滑油系統包括:潤滑油箱、潤滑油泵、驅動(dòng)(3)為消除交流電高頻干擾,本程序中為各電機,潤滑油溫度傳感器、潤滑油壓力傳感器、數據通道預留了低通濾波功能,可通過(guò)開(kāi)閉各通潤滑油流量傳感器、潤滑油加熱器等。潤滑油系道的濾波器開(kāi)關(guān)執行濾波功能。情況進(jìn)行配置,統可控制潤滑油流量、溫度、壓力等參數。但改值不可設置過(guò)小(一般以kHz為宜)為防止雜質(zhì)進(jìn)入傳動(dòng)系統中(尤其是有液壓(4)點(diǎn)擊保存數據按鈕對數據進(jìn)行保存,程挺桿時(shí)雜質(zhì)的進(jìn)入將使其功能喪失),潤滑油要經(jīng)序根據凸輪軸轉速設置默認保存60個(gè)循環(huán)。保存過(guò)嚴格過(guò)濾。供油泵將潤滑油輸送到供油管路,進(jìn)度指數據進(jìn)入隊列的進(jìn)度,待隊列中元素數量分別潤滑配氣機構的各摩擦副,潤滑油流經(jīng)凸輪等于零時(shí)才顯示保存成功。保存成功后程序會(huì )在軸后通過(guò)機體內的油孔匯集在集油殼中,集油殼歷史記錄表中寫(xiě)入一條記錄,并在與歷史記錄表中的潤滑油經(jīng)過(guò)濾后回流入油箱。溫度傳感器測相同的基路徑下生成一個(gè)數據文件,該文件以數得的參數通過(guò)上位機程序可實(shí)現潤滑油溫度的閉據保存時(shí)間命名。在保存過(guò)程中若取消保存,則環(huán)控制。通過(guò)熱電阻測量潤滑油溫度,由開(kāi)關(guān)量不會(huì )生成相應記錄。輸出控制加熱器的工作狀態(tài),從而進(jìn)行潤滑油的22數據分析部分加熱,可設定潤滑油最高溫度、最低溫度等參數。數據分析包括數據載人、數據篩選、循環(huán)平當潤滑油溫度低于溫度下限時(shí),上位機程序控制均、數據積分微分、數據輸出等部分加熱器繼電器閉合,加熱器開(kāi)始對潤滑油加熱22.1載入數據—讀取數據采集過(guò)程中保存的數當潤滑油溫度上升到設定范圍內時(shí),加熱器繼電據文件,界面如圖3所示。器斷開(kāi),加熱器停止加熱。2測試系統軟件實(shí)現配氣機構試驗系統軟件采用 Labview編寫(xiě),包括數據采集部分、測試控制與顯示部分、數據存儲及數據分析部分。其中數據采集程序能對環(huán)境參數、傳感器參數、數據采集時(shí)間(或循環(huán)數)等進(jìn)行設置,實(shí)現數據的多通道實(shí)時(shí)顯示及自動(dòng)讀取數據調環(huán)數在保存等功能。數加重2.1數據采集部分數據采集界面如圖2所示。凸集號上滿(mǎn)圖3數據載入界面(1)在讀取數據前,首先需對界面左下方各項進(jìn)行配置。數據通道與原始數據保存時(shí)的通道值對應,根據需要處理的信號類(lèi)型(加速度、位移、應力)進(jìn)行選擇。(2)循環(huán)脈沖數指轉角編碼器的分辨率,即每旋轉一周輸出的脈沖數,作為選取一個(gè)循環(huán)內數據的依據。3)程序根據上止點(diǎn)信號和凸輪軸轉角信號的上升沿對數據進(jìn)行選取,兩者的閾值即開(kāi)始選圖2數據采集界面擇數據的判定標準(1)在“通道動(dòng)態(tài)查看選擇”下拉菜單中可4)根據原始數據文件索引文件配置所需處以選擇查看各個(gè)通道的采樣情況,實(shí)時(shí)數據查看理的數據“斷據”即可得到所需圖表將顯示所對應通道的采樣情況數據中國煤化工(2)在數據通道配置框中可對各通道的放大2.2.2數據CNMHG實(shí)驗數據,界系數和零點(diǎn)進(jìn)行配置。放大系數應根據實(shí)際所用面如圖4所示。陶子祥:發(fā)動(dòng)機氣門(mén)動(dòng)力學(xué)特性的研究2.2.4數值積分——求循環(huán)平均結果對凸輪軸的積數據篩選分,由加速度值求出速度值,界面如圖6所示。數值積分圖4數據篩選界面(1)進(jìn)入該界面后點(diǎn)擊“全部數據”,“全部被選用的數據”圖表和左下方的三維圖表即顯示全部循圖6數值積分界面環(huán)數據值?！爱斍把h(huán)數據”圖表顯示數值對應的單積分運算完畢后系統會(huì )給出單個(gè)循環(huán)中對應個(gè)循環(huán)數據。用鼠標拖拽三維圖表可從不同角度查的最大加速度值、最小加速度值、最大速度、最大反看數據,選擇右下方的坐標軸可切換不同視角,以向速度和落座速度值。查看各個(gè)循環(huán)數據的重復性。3分析與結論(2)在“全部數據”欄選擇某個(gè)循環(huán)數據,按下3.1氣門(mén)位移結果如圖7所示,該汽油機氣門(mén)最大ad"按鈕后可將其添加到“選用數據"欄中;在“選位移為803mm,結合凸輪軸升程數據該數據正確。用數據”欄選擇某個(gè)循環(huán)數據,按下“ remove”按鈕后可將其從“選用數據”欄中移除。(3)數據選用應根據循環(huán)重復性而定,刪除差異較大和錯誤讀取的數據。2.2.3循環(huán)平均——采用線(xiàn)性平均方法,求出已選用數據的總和,然后除以循環(huán)數目,得到循環(huán)數據的平均值,從而消除數據循環(huán)波動(dòng),界面如圖5所示。022121441圖7氣門(mén)位移結果32氣門(mén)速度結果如圖8所示,根據氣門(mén)速度曲線(xiàn)可判斷氣門(mén)是否反跳、何時(shí)反跳,為后續分析改善提供依據。氣門(mén)反跳位置環(huán)平均圖5循環(huán)平均界面(1)根據數據的轉角分布可對其實(shí)轉角進(jìn)行配置,改變起始轉角值可將曲線(xiàn)在一個(gè)循環(huán)內移動(dòng)。每組數據進(jìn)行分通道處理時(shí),最好將曲線(xiàn)的其實(shí)轉角發(fā)動(dòng)機2000min時(shí)氣門(mén)無(wú)反跳發(fā)動(dòng)機4000/mi時(shí)氣門(mén)出現反跳到8氣門(mén)速度結果設為一致,方便生成報表時(shí)在同一坐標軸下的查看。(2)在對循環(huán)平均數進(jìn)行設定后,點(diǎn)擊“數據平33氣門(mén)加速度結果如圖9所示均”按鈕可得到多循環(huán)數據平均值。34搖臂力結果如圖10所示,根據動(dòng)態(tài)搖臂力是否(3)如所處理數據為加速度信號,可進(jìn)行氣門(mén)低于靜態(tài)搖臂力可中國煤化工落座力計算。如所處理數據為位移或應力信號,則配氣機構氣門(mén)組件夏 CNMHG為計算應變儀所采集而測得的應變系統將自動(dòng)禁用“落座力計算”按鈕,防止誤操作。10內燃機與配件2012年第7期信號通過(guò)某一對應關(guān)系標定為載荷值即靜態(tài)標定。發(fā)動(dòng)機4000min時(shí)搖臂力曲線(xiàn)發(fā)動(dòng)機6000min時(shí)搖臂力曲線(xiàn)無(wú)飛脫)出現飛脫圖10氣門(mén)輜臂力結果34氣門(mén)落座力結果四根據加速度曲線(xiàn)可判定氣門(mén)落座時(shí)凸輪角度,從而可對應找到加速度、速度、發(fā)動(dòng)機2000mn時(shí)加速度曲線(xiàn)位移值。根據落座力方程F=M×Y"(t)-b×Y(t)+Cl×Y(t)+F0可計算出落座力,其中M為集中質(zhì)量(包括氣門(mén)質(zhì)量、彈簧上座質(zhì)量、彈簧當量等),b1為各構件間的阻尼,C1為氣門(mén)彈簧剛度,F0為彈簧預緊力,Y"(t)、Y(t)、Y(t)分別為氣門(mén)加速度、速度、位移。落座力結果可為氣門(mén)盤(pán)錐面材料選擇、技術(shù)方案提供依據。參考文獻[]王明鶴,歐陽(yáng)光耀,周加東.基于N數據采集卡的內燃機a輪特角{g動(dòng)態(tài)綜合測試系統的研究[內燃機與配件,20110)1-14發(fā)動(dòng)機4000rmin時(shí)加速度曲線(xiàn)[2]盧平,汪偉,劉佐民.基于 Simulink的發(fā)動(dòng)機落座力仿真分圖9氣門(mén)加速度結果析門(mén)武漢理工大學(xué)學(xué)報2003,2511:73~76靜態(tài)標定過(guò)程為:通過(guò)手動(dòng)方式改變配氣機構的相3]浦耿強蔣國英白羽頂置凸輪配氣機構動(dòng)力學(xué)分析U位,同時(shí)測取不同配氣機構相位下的彈簧壓縮量和汽車(chē)科技20012-16應變值。由彈簧壓縮量計算出彈簧力,即可得到載作者簡(jiǎn)介:陶子樣(19891,男,助理工程師,主要從事發(fā)動(dòng)機荷與應變的對應關(guān)系。氣門(mén)的設計工作。(上接第6頁(yè))表5相對尺寸范圍△s和發(fā)散邊界△b流動(dòng)的雷諾數Re增加,在噴孔內流動(dòng)時(shí)受到的擾動(dòng)△,與△增加,促進(jìn)國射流的碎裂,使霧化油滴直徑減小,小燃料顆粒油滴數目增多,霧化油滴在較小的顆粒范圍內BD100 0. 366mm 24MPa1.221.84尺寸大小達到均勻,霧化質(zhì)量提高。BD100 0.26mm 16MPa145(3)在一定的噴孔直徑下單獨增加噴射壓力和BDO 0.366mm 16MPa1.17191在一定的噴射壓力下單獨減小噴孔直徑都可以改3結論善生物柴油的霧化質(zhì)量,改善后的生物柴油霧化質(zhì)(1)生物柴油的尺寸體積分布曲線(xiàn)偏向大顆粒量都接近柴油但前者的改善效果較明顯,也就是方向,索特平均直徑也大于柴油,說(shuō)明小顆粒液滴說(shuō)噴射壓力增加后生物柴油的霧化質(zhì)量比減小噴所占的體積小于柴油,而大顆粒液滴所占的體積大孔直徑后的霧化質(zhì)量更接近柴油。參考文獻于柴油。并且相對尺寸范圍略小于柴油,而發(fā)散邊界大于柴油,說(shuō)明生物柴油在下顆粒范圍內的均勻張旭升,李理光,鄧俊等.生物柴油噴霧特性的試驗研究門(mén).內燃機學(xué)報,2007,25(2:172-176性大于柴油,而在大顆粒范圍內的均勻性小于柴(2] Michael S Graboski, Robert L mccormick. Combustion of Fat油?？傮w來(lái)說(shuō),生物柴油霧化質(zhì)量比柴油差and Vegetable Oil Derived Fuels in Diesel Engines [h. Progress(2)在一定的噴孔直徑下增加噴射壓力,噴射 in Energy and Combustion Science,,1998242)125-164速度增加,內部擾動(dòng)增加,促進(jìn)圓射流的碎裂,氣動(dòng)(]曹建學(xué)M非言,機工業(yè)出版社,2005力作用促進(jìn)了噴霧油束的霧化,最終導致生物柴油4]袁銀中國煤化工柴油噴霧特性試驗小尺寸油滴數目增多,大尺寸油滴數目減少,霧化農業(yè)機械CNMHG油滴在小顆粒范圍內大小更均勻,霧化質(zhì)量更好。作者簡(jiǎn)介:郭廣樣(1985-),男,陜西西安人,長(cháng)安大學(xué)碩土在一定的噴射壓力下減小噴孔直徑,燃油在噴孔內研究生在讀,研究方向為液體碎裂機理。