陶子祥:發(fā)動(dòng)機(jī)氣門動(dòng)力學(xué)特性的研究7發(fā)動(dòng)機(jī)氣門動(dòng)力學(xué)特性的研究Study on the dynamical Characteristic of the engine valve陶子祥(濟(jì)南沃德汽車零部件有限公司)〔摘要〕建立了一套發(fā)動(dòng)機(jī)氣門動(dòng)力學(xué)特性測(cè)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(kāi)發(fā)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)顯示和保存發(fā)動(dòng)機(jī)氣門動(dòng)力學(xué)特性的功能。該試驗(yàn)系統(tǒng)可動(dòng)態(tài)測(cè)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(jì)改進(jìn)提供了基礎(chǔ)?！碴P(guān)鍵詞〕氣門動(dòng)力特性落座力反跳Key words: Valve Dynamic characteristic Seated force Rebound測(cè)試系統(tǒng)硬件介紹固,防止高速下異常振動(dòng)造成傳感器飛脫),將應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)主要由試驗(yàn)平臺(tái)、試驗(yàn)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(rùn)滑油系統(tǒng)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(cè)試系統(tǒng)示意圖。角速度等機(jī)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(hào)經(jīng)N采集板卡接入主機(jī)箱,按照程序設(shè)計(jì)的通道順序連接各信號(hào)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(jī)4、帶輪傳動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)鼠體11、凸輪軸PC機(jī)13,控制系線14.,潤(rùn)沿治系線15,集治殼16、加速度傳感器17.氣門圖1測(cè)試系統(tǒng)示意圖1.1試驗(yàn)控制系統(tǒng)通過(guò)控制柜按鈕實(shí)現(xiàn)以下功能:凸輪軸轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)、潤(rùn)滑油壓力的設(shè)定、潤(rùn)滑油溫度的設(shè)定、潤(rùn)滑油回油的控制、潤(rùn)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(guó)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(jī)與配件2012年第7期1.3潤(rùn)滑油系統(tǒng)傳感器的測(cè)量量程與輸出電壓值計(jì)算所得。潤(rùn)滑油系統(tǒng)包括:潤(rùn)滑油箱、潤(rùn)滑油泵、驅(qū)動(dòng)(3)為消除交流電高頻干擾,本程序中為各電機(jī),潤(rùn)滑油溫度傳感器、潤(rùn)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(guò)開(kāi)閉各通潤(rùn)滑油流量傳感器、潤(rùn)滑油加熱器等。潤(rùn)滑油系道的濾波器開(kāi)關(guān)執(zhí)行濾波功能。情況進(jìn)行配置,統(tǒng)可控制潤(rùn)滑油流量、溫度、壓力等參數(shù)。但改值不可設(shè)置過(guò)小(一般以kHz為宜)為防止雜質(zhì)進(jìn)入傳動(dòng)系統(tǒng)中(尤其是有液壓(4)點(diǎn)擊保存數(shù)據(jù)按鈕對(duì)數(shù)據(jù)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(rùn)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(gè)循環(huán)。保存過(guò)嚴(yán)格過(guò)濾。供油泵將潤(rùn)滑油輸送到供油管路,進(jìn)度指數(shù)據(jù)進(jìn)入隊(duì)列的進(jìn)度,待隊(duì)列中元素?cái)?shù)量分別潤(rùn)滑配氣機(jī)構(gòu)的各摩擦副,潤(rùn)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(jī)體內(nèi)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(rùn)滑油經(jīng)過(guò)濾后回流入油箱。溫度傳感器測(cè)相同的基路徑下生成一個(gè)數(shù)據(jù)文件,該文件以數(shù)得的參數(shù)通過(guò)上位機(jī)程序可實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑油溫度的閉據(jù)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(cè)量潤(rùn)滑油溫度,由開(kāi)關(guān)量不會(huì)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(rùn)滑油的22數(shù)據(jù)分析部分加熱,可設(shè)定潤(rùn)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(rùn)滑油溫度低于溫度下限時(shí),上位機(jī)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(kāi)始對(duì)潤(rùn)滑油加熱22.1載入數(shù)據(jù)—讀取數(shù)據(jù)采集過(guò)程中保存的數(shù)當(dāng)潤(rùn)滑油溫度上升到設(shè)定范圍內(nèi)時(shí),加熱器繼電據(jù)文件,界面如圖3所示。器斷開(kāi),加熱器停止加熱。2測(cè)試系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)配氣機(jī)構(gòu)試驗(yàn)系統(tǒng)軟件采用 Labview編寫(xiě),包括數(shù)據(jù)采集部分、測(cè)試控制與顯示部分、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)分析部分。其中數(shù)據(jù)采集程序能對(duì)環(huán)境參數(shù)、傳感器參數(shù)、數(shù)據(jù)采集時(shí)間(或循環(huán)數(shù))等進(jìn)行設(shè)置,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的多通道實(shí)時(shí)顯示及自動(dòng)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(hào)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(duì)界面左下方各項(xiàng)進(jìn)行配置。數(shù)據(jù)通道與原始數(shù)據(jù)保存時(shí)的通道值對(duì)應(yīng),根據(jù)需要處理的信號(hào)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(gè)循環(huán)內(nèi)數(shù)據(jù)的依據(jù)。3)程序根據(jù)上止點(diǎn)信號(hào)和凸輪軸轉(zhuǎn)角信號(hào)的上升沿對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行選取,兩者的閾值即開(kāi)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(dòng)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(gè)通道的采樣情況,實(shí)時(shí)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(duì)應(yīng)通道的采樣情況數(shù)據(jù)中國(guó)煤化工(2)在數(shù)據(jù)通道配置框中可對(duì)各通道的放大2.2.2數(shù)據(jù)CNMHG實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),界系數(shù)和零點(diǎn)進(jìn)行配置。放大系數(shù)應(yīng)根據(jù)實(shí)際所用面如圖4所示。陶子祥:發(fā)動(dòng)機(jī)氣門動(dòng)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(duì)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(diǎn)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(duì)應(yīng)的單積分運(yùn)算完畢后系統(tǒng)會(huì)給出單個(gè)循環(huán)中對(duì)應(yīng)個(gè)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(gè)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(gè)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(jī)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(gè)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(cuò)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(dòng),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(shí)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(duì)其實(shí)轉(zhuǎn)角進(jìn)行配置,改變起始轉(zhuǎn)角值可將曲線在一個(gè)循環(huán)內(nèi)移動(dòng)。每組數(shù)據(jù)進(jìn)行分通道處理時(shí),最好將曲線的其實(shí)轉(zhuǎn)角發(fā)動(dòng)機(jī)2000min時(shí)氣門無(wú)反跳發(fā)動(dòng)機(jī)4000/mi時(shí)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(bào)表時(shí)在同一坐標(biāo)軸下的查看。(2)在對(duì)循環(huán)平均數(shù)進(jìn)行設(shè)定后,點(diǎn)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(dòng)態(tài)搖臂力是否(3)如所處理數(shù)據(jù)為加速度信號(hào),可進(jìn)行氣門低于靜態(tài)搖臂力可中國(guó)煤化工落座力計(jì)算。如所處理數(shù)據(jù)為位移或應(yīng)力信號(hào),則配氣機(jī)構(gòu)氣門組件夏 CNMHG為計(jì)算應(yīng)變儀所采集而測(cè)得的應(yīng)變系統(tǒng)將自動(dòng)禁用“落座力計(jì)算”按鈕,防止誤操作。10內(nèi)燃機(jī)與配件2012年第7期信號(hào)通過(guò)某一對(duì)應(yīng)關(guān)系標(biāo)定為載荷值即靜態(tài)標(biāo)定。發(fā)動(dòng)機(jī)4000min時(shí)搖臂力曲線發(fā)動(dòng)機(jī)6000min時(shí)搖臂力曲線無(wú)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(shí)凸輪角度,從而可對(duì)應(yīng)找到加速度、速度、發(fā)動(dòng)機(jī)2000mn時(shí)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(jì)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(yáng)光耀,周加?xùn)|.基于N數(shù)據(jù)采集卡的內(nèi)燃機(jī)a輪特角{g動(dòng)態(tài)綜合測(cè)試系統(tǒng)的研究[內(nèi)燃機(jī)與配件,20110)1-14發(fā)動(dòng)機(jī)4000rmin時(shí)加速度曲線[2]盧平,汪偉,劉佐民.基于 Simulink的發(fā)動(dòng)機(jī)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(bào)2003,2511:73~76靜態(tài)標(biāo)定過(guò)程為:通過(guò)手動(dòng)方式改變配氣機(jī)構(gòu)的相3]浦耿強(qiáng)蔣國(guó)英白羽頂置凸輪配氣機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析U位,同時(shí)測(cè)取不同配氣機(jī)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(jì)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(jī)荷與應(yīng)變的對(duì)應(yīng)關(guān)系。氣門的設(shè)計(jì)工作。(上接第6頁(yè))表5相對(duì)尺寸范圍△s和發(fā)散邊界△b流動(dòng)的雷諾數(shù)Re增加,在噴孔內(nèi)流動(dòng)時(shí)受到的擾動(dòng)△,與△增加,促進(jìn)國(guó)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(dú)增加噴射壓力和BDO 0.366mm 16MPa1.17191在一定的噴射壓力下單獨(dú)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(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(xiàn)于柴油。并且相對(duì)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(nèi)的均勻張旭升,李理光,鄧俊等.生物柴油噴霧特性的試驗(yàn)研究門.內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào),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(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(nèi)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(jī)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(guó)煤化工柴油噴霧特性試驗(yàn)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(jī)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(jiǎn)介:郭廣樣(1985-),男,陜西西安人,長(zhǎng)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?yàn)橐后w碎裂機(jī)理。