陶子祥:發(fā)動機氣門動力學(xué)特性的研究7發(fā)動機氣門動力學(xué)特性的研究Study on the dynamical Characteristic of the engine valve陶子祥(濟南沃德汽車零部件有限公司)〔摘要〕建立了一套發(fā)動機氣門動力學(xué)特性測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于NI( NATIONAL INSTRUMENTS)公司的數(shù)據(jù)采集卡和 abview軟件開發(fā)平臺,實現(xiàn)了實時顯示和保存發(fā)動機氣門動力學(xué)特性的功能。該試驗系統(tǒng)可動態(tài)測量氣門速度、加速度、位移和落座力,可判斷氣門是否飛脫、落座反跳,為后續(xù)的分析工作設(shè)計改進(jìn)提供了基礎(chǔ)?！碴P(guān)鍵詞〕氣門動力特性落座力反跳Key words: Valve Dynamic characteristic Seated force Rebound測試系統(tǒng)硬件介紹固,防止高速下異常振動造成傳感器飛脫),將應(yīng)變測試系統(tǒng)主要由試驗平臺、試驗控制系統(tǒng)、數(shù)片規(guī)范貼在搖臂上后與應(yīng)變儀相連,將光電旋轉(zhuǎn)編據(jù)采集分析系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)等幾個部分組成。圖1碼器通過相關(guān)件與凸輪軸相連以將凸輪軸的角位移、為測試系統(tǒng)示意圖。角速度等機械量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖以數(shù)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(shè)計的通道順序連接各信號的物理通道。便件系統(tǒng)整體圖1、轉(zhuǎn)角編器2,冷卻風(fēng)扇3,電機4、帶輪傳動機構(gòu)5、氣缸蓋6、7源完位移傳感器8,擬變片9,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)10、發(fā)動機鼠體11、凸輪軸PC機13,控制系線14.,潤沿治系線15,集治殼16、加速度傳感器17.氣門圖1測試系統(tǒng)示意圖1.1試驗控制系統(tǒng)通過控制柜按鈕實現(xiàn)以下功能:凸輪軸轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)、潤滑油壓力的設(shè)定、潤滑油溫度的設(shè)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(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)包括:激光位移傳感器、加速度傳感器、應(yīng)變片應(yīng)變儀、光電旋轉(zhuǎn)編碼器等。將激光位移傳感器固定于氣門盤端面上端(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(nèi)),將加速CNMH度傳感器固定在氣門盤端面上(二者聯(lián)接一定要牢應(yīng)變片N數(shù)據(jù)采集卡8內(nèi)燃機與配件2012年第7期1.3潤滑油系統(tǒng)傳感器的測量量程與輸出電壓值計算所得。潤滑油系統(tǒng)包括:潤滑油箱、潤滑油泵、驅(qū)動(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(shù)據(jù)通道預(yù)留了低通濾波功能,可通過開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關(guān)執(zhí)行濾波功能。情況進(jìn)行配置,統(tǒng)可控制潤滑油流量、溫度、壓力等參數(shù)。但改值不可設(shè)置過小(一般以kHz為宜)為防止雜質(zhì)進(jìn)入傳動系統(tǒng)中(尤其是有液壓(4)點擊保存數(shù)據(jù)按鈕對數(shù)據(jù)進(jìn)行保存,程挺桿時雜質(zhì)的進(jìn)入將使其功能喪失),潤滑油要經(jīng)序根據(jù)凸輪軸轉(zhuǎn)速設(shè)置默認(rèn)保存60個循環(huán)。保存過嚴(yán)格過濾。供油泵將潤滑油輸送到供油管路,進(jìn)度指數(shù)據(jù)進(jìn)入隊列的進(jìn)度,待隊列中元素數(shù)量分別潤滑配氣機構(gòu)的各摩擦副,潤滑油流經(jīng)凸輪等于零時才顯示保存成功。保存成功后程序會在軸后通過機體內(nèi)的油孔匯集在集油殼中,集油殼歷史記錄表中寫入一條記錄,并在與歷史記錄表中的潤滑油經(jīng)過濾后回流入油箱。溫度傳感器測相同的基路徑下生成一個數(shù)據(jù)文件,該文件以數(shù)得的參數(shù)通過上位機程序可實現(xiàn)潤滑油溫度的閉據(jù)保存時間命名。在保存過程中若取消保存,則環(huán)控制。通過熱電阻測量潤滑油溫度,由開關(guān)量不會生成相應(yīng)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(shù)據(jù)分析部分加熱,可設(shè)定潤滑油最高溫度、最低溫度等參數(shù)。數(shù)據(jù)分析包括數(shù)據(jù)載人、數(shù)據(jù)篩選、循環(huán)平當(dāng)潤滑油溫度低于溫度下限時,上位機程序控制均、數(shù)據(jù)積分微分、數(shù)據(jù)輸出等部分加熱器繼電器閉合,加熱器開始對潤滑油加熱22.1載入數(shù)據(jù)—讀取數(shù)據(jù)采集過程中保存的數(shù)當(dāng)潤滑油溫度上升到設(shè)定范圍內(nèi)時,加熱器繼電據(jù)文件,界面如圖3所示。器斷開,加熱器停止加熱。2測試系統(tǒng)軟件實現(xiàn)配氣機構(gòu)試驗系統(tǒng)軟件采用 Labview編寫,包括數(shù)據(jù)采集部分、測試控制與顯示部分、數(shù)據(jù)存儲及數(shù)據(jù)分析部分。其中數(shù)據(jù)采集程序能對環(huán)境參數(shù)、傳感器參數(shù)、數(shù)據(jù)采集時間(或循環(huán)數(shù))等進(jìn)行設(shè)置,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的多通道實時顯示及自動讀取數(shù)據(jù)調(diào)環(huán)數(shù)在保存等功能。數(shù)加重2.1數(shù)據(jù)采集部分?jǐn)?shù)據(jù)采集界面如圖2所示。凸集號上滿圖3數(shù)據(jù)載入界面(1)在讀取數(shù)據(jù)前,首先需對界面左下方各項進(jìn)行配置。數(shù)據(jù)通道與原始數(shù)據(jù)保存時的通道值對應(yīng),根據(jù)需要處理的信號類型(加速度、位移、應(yīng)力)進(jìn)行選擇。(2)循環(huán)脈沖數(shù)指轉(zhuǎn)角編碼器的分辨率,即每旋轉(zhuǎn)一周輸出的脈沖數(shù),作為選取一個循環(huán)內(nèi)數(shù)據(jù)的依據(jù)。3)程序根據(jù)上止點信號和凸輪軸轉(zhuǎn)角信號的上升沿對數(shù)據(jù)進(jìn)行選取,兩者的閾值即開始選圖2數(shù)據(jù)采集界面擇數(shù)據(jù)的判定標(biāo)準(zhǔn)(1)在“通道動態(tài)查看選擇”下拉菜單中可4)根據(jù)原始數(shù)據(jù)文件索引文件配置所需處以選擇查看各個通道的采樣情況,實時數(shù)據(jù)查看理的數(shù)據(jù)“斷據(jù)”即可得到所需圖表將顯示所對應(yīng)通道的采樣情況數(shù)據(jù)中國煤化工(2)在數(shù)據(jù)通道配置框中可對各通道的放大2.2.2數(shù)據(jù)CNMHG實驗數(shù)據(jù),界系數(shù)和零點進(jìn)行配置。放大系數(shù)應(yīng)根據(jù)實際所用面如圖4所示。陶子祥:發(fā)動機氣門動力學(xué)特性的研究2.2.4數(shù)值積分——求循環(huán)平均結(jié)果對凸輪軸的積數(shù)據(jù)篩選分,由加速度值求出速度值,界面如圖6所示。數(shù)值積分圖4數(shù)據(jù)篩選界面(1)進(jìn)入該界面后點擊“全部數(shù)據(jù)”,“全部被選用的數(shù)據(jù)”圖表和左下方的三維圖表即顯示全部循圖6數(shù)值積分界面環(huán)數(shù)據(jù)值?！爱?dāng)前循環(huán)數(shù)據(jù)”圖表顯示數(shù)值對應(yīng)的單積分運算完畢后系統(tǒng)會給出單個循環(huán)中對應(yīng)個循環(huán)數(shù)據(jù)。用鼠標(biāo)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(shù)據(jù),選擇右下方的坐標(biāo)軸可切換不同視角,以向速度和落座速度值。查看各個循環(huán)數(shù)據(jù)的重復(fù)性。3分析與結(jié)論(2)在“全部數(shù)據(jù)”欄選擇某個循環(huán)數(shù)據(jù),按下3.1氣門位移結(jié)果如圖7所示,該汽油機氣門最大ad"按鈕后可將其添加到“選用數(shù)據(jù)"欄中;在“選位移為803mm,結(jié)合凸輪軸升程數(shù)據(jù)該數(shù)據(jù)正確。用數(shù)據(jù)”欄選擇某個循環(huán)數(shù)據(jù),按下“ remove”按鈕后可將其從“選用數(shù)據(jù)”欄中移除。(3)數(shù)據(jù)選用應(yīng)根據(jù)循環(huán)重復(fù)性而定,刪除差異較大和錯誤讀取的數(shù)據(jù)。2.2.3循環(huán)平均——采用線性平均方法,求出已選用數(shù)據(jù)的總和,然后除以循環(huán)數(shù)目,得到循環(huán)數(shù)據(jù)的平均值,從而消除數(shù)據(jù)循環(huán)波動,界面如圖5所示。022121441圖7氣門位移結(jié)果32氣門速度結(jié)果如圖8所示,根據(jù)氣門速度曲線可判斷氣門是否反跳、何時反跳,為后續(xù)分析改善提供依據(jù)。氣門反跳位置環(huán)平均圖5循環(huán)平均界面(1)根據(jù)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)角分布可對其實轉(zhuǎn)角進(jìn)行配置,改變起始轉(zhuǎn)角值可將曲線在一個循環(huán)內(nèi)移動。每組數(shù)據(jù)進(jìn)行分通道處理時,最好將曲線的其實轉(zhuǎn)角發(fā)動機2000min時氣門無反跳發(fā)動機4000/mi時氣門出現(xiàn)反跳到8氣門速度結(jié)果設(shè)為一致,方便生成報表時在同一坐標(biāo)軸下的查看。(2)在對循環(huán)平均數(shù)進(jìn)行設(shè)定后,點擊“數(shù)據(jù)平33氣門加速度結(jié)果如圖9所示均”按鈕可得到多循環(huán)數(shù)據(jù)平均值。34搖臂力結(jié)果如圖10所示,根據(jù)動態(tài)搖臂力是否(3)如所處理數(shù)據(jù)為加速度信號,可進(jìn)行氣門低于靜態(tài)搖臂力可中國煤化工落座力計算。如所處理數(shù)據(jù)為位移或應(yīng)力信號,則配氣機構(gòu)氣門組件夏 CNMHG為計算應(yīng)變儀所采集而測得的應(yīng)變系統(tǒng)將自動禁用“落座力計算”按鈕,防止誤操作。10內(nèi)燃機與配件2012年第7期信號通過某一對應(yīng)關(guān)系標(biāo)定為載荷值即靜態(tài)標(biāo)定。發(fā)動機4000min時搖臂力曲線發(fā)動機6000min時搖臂力曲線無飛脫)出現(xiàn)飛脫圖10氣門輜臂力結(jié)果34氣門落座力結(jié)果四根據(jù)加速度曲線可判定氣門落座時凸輪角度,從而可對應(yīng)找到加速度、速度、發(fā)動機2000mn時加速度曲線位移值。根據(jù)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(包括氣門質(zhì)量、彈簧上座質(zhì)量、彈簧當(dāng)量等),b1為各構(gòu)件間的阻尼,C1為氣門彈簧剛度,F0為彈簧預(yù)緊力,Y"(t)、Y(t)、Y(t)分別為氣門加速度、速度、位移。落座力結(jié)果可為氣門盤錐面材料選擇、技術(shù)方案提供依據(jù)。參考文獻(xiàn)[]王明鶴,歐陽光耀,周加?xùn)|.基于N數(shù)據(jù)采集卡的內(nèi)燃機a輪特角{g動態(tài)綜合測試系統(tǒng)的研究[內(nèi)燃機與配件,20110)1-14發(fā)動機4000rmin時加速度曲線[2]盧平,汪偉,劉佐民.基于 Simulink的發(fā)動機落座力仿真分圖9氣門加速度結(jié)果析門武漢理工大學(xué)學(xué)報2003,2511:73~76靜態(tài)標(biāo)定過程為:通過手動方式改變配氣機構(gòu)的相3]浦耿強蔣國英白羽頂置凸輪配氣機構(gòu)動力學(xué)分析U位,同時測取不同配氣機構(gòu)相位下的彈簧壓縮量和汽車科技20012-16應(yīng)變值。由彈簧壓縮量計算出彈簧力,即可得到載作者簡介:陶子樣(19891,男,助理工程師,主要從事發(fā)動機荷與應(yīng)變的對應(yīng)關(guān)系。氣門的設(shè)計工作。(上接第6頁)表5相對尺寸范圍△s和發(fā)散邊界△b流動的雷諾數(shù)Re增加,在噴孔內(nèi)流動時受到的擾動△,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(shù)目增多,霧化油滴在較小的顆粒范圍內(nèi)BD100 0. 366mm 24MPa1.221.84尺寸大小達(dá)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(jié)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,說明小顆粒液滴說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(xiàn)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,說明生物柴油在下顆粒范圍內(nèi)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.內(nèi)燃機學(xué)報,2007,25(2:172-176性大于柴油,而在大顆粒范圍內(nèi)的均勻性小于柴(2] Michael S Graboski, Robert L mccormick. Combustion of Fat油?？傮w來說,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(nèi)部擾動增加,促進(jìn)圓射流的碎裂,氣動(]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(dǎo)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(shù)目增多,大尺寸油滴數(shù)目減少,霧化農(nóng)業(yè)機械CNMHG油滴在小顆粒范圍內(nèi)大小更均勻,霧化質(zhì)量更好。作者簡介:郭廣樣(1985-),男,陜西西安人,長安大學(xué)碩土在一定的噴射壓力下減小噴孔直徑,燃油在噴孔內(nèi)研究生在讀,研究方向為液體碎裂機理。