发动机气门动力学特性的研究

陶子祥:发动机气门动力学特性的研究7发动机气门动力学特性的研究Study on the dynamical Characteristic of the engine valve陶子祥(济南沃德汽车零部件有限公司)〔摘要〕建立了一套发动机气门动力学特性测试系统。该系统基于NI( NATIONAL INSTRUMENTS)公司的数据采集卡和 abview软件开发平台,实现了实时显示和保存发动机气门动力学特性的功能。该试验系统可动态测量气门速度、加速度、位移和落座力,可判断气门是否飞脱、落座反跳,为后续的分析工作设计改进提供了基础。〔关键词〕气门动力特性落座力反跳Key words: Valve Dynamic characteristic Seated force Rebound测试系统硬件介绍固,防止高速下异常振动造成传感器飞脱),将应变测试系统主要由试验平台、试验控制系统、数片规范贴在摇臂上后与应变仪相连,将光电旋转编据采集分析系统、润滑油系统等几个部分组成。图1码器通过相关件与凸轮轴相连以将凸轮轴的角位移、为测试系统示意图。角速度等机械量转换成相应的电脉冲以数字量输出。各传感器的输出信号经N采集板卡接入主机箱,按照程序设计的通道顺序连接各信号的物理通道。便件系统整体图1、转角编器2,冷却风扇3,电机4、带轮传动机构5、气缸盖6、7源完位移传感器8,拟变片9,数据采集系统10、发动机鼠体11、凸轮轴PC机13,控制系线14.,润沿治系线15,集治壳16、加速度传感器17.气门图1测试系统示意图1.1试验控制系统通过控制柜按钮实现以下功能:凸轮轴转速的调节、润滑油压力的设定、润滑油温度的设定、润滑油回油的控制、润滑油流量显示。位移传感器安装位置加速度传感器安装位置1.2数据采集分析系统数据采集分析系统包括:激光位移传感器、加速度传感器、应变片应变仪、光电旋转编码器等。将激光位移传感器固定于气门盘端面上端(二者距离中国煤化工始终保持在激光位移传感器的量程之内),将加速CNMH度传感器固定在气门盘端面上(二者联接一定要牢应变片N数据采集卡8内燃机与配件2012年第7期1.3润滑油系统传感器的测量量程与输出电压值计算所得。润滑油系统包括:润滑油箱、润滑油泵、驱动(3)为消除交流电高频干扰,本程序中为各电机,润滑油温度传感器、润滑油压力传感器、数据通道预留了低通滤波功能,可通过开闭各通润滑油流量传感器、润滑油加热器等。润滑油系道的滤波器开关执行滤波功能。情况进行配置,统可控制润滑油流量、温度、压力等参数。但改值不可设置过小(一般以kHz为宜)为防止杂质进入传动系统中(尤其是有液压(4)点击保存数据按钮对数据进行保存,程挺杆时杂质的进入将使其功能丧失),润滑油要经序根据凸轮轴转速设置默认保存60个循环。保存过严格过滤。供油泵将润滑油输送到供油管路,进度指数据进入队列的进度,待队列中元素数量分别润滑配气机构的各摩擦副,润滑油流经凸轮等于零时才显示保存成功。保存成功后程序会在轴后通过机体内的油孔汇集在集油壳中,集油壳历史记录表中写入一条记录,并在与历史记录表中的润滑油经过滤后回流入油箱。温度传感器测相同的基路径下生成一个数据文件,该文件以数得的参数通过上位机程序可实现润滑油温度的闭据保存时间命名。在保存过程中若取消保存,则环控制。通过热电阻测量润滑油温度,由开关量不会生成相应记录。输出控制加热器的工作状态,从而进行润滑油的22数据分析部分加热,可设定润滑油最高温度、最低温度等参数。数据分析包括数据载人、数据筛选、循环平当润滑油温度低于温度下限时,上位机程序控制均、数据积分微分、数据输出等部分加热器继电器闭合,加热器开始对润滑油加热22.1载入数据—读取数据采集过程中保存的数当润滑油温度上升到设定范围内时,加热器继电据文件,界面如图3所示。器断开,加热器停止加热。2测试系统软件实现配气机构试验系统软件采用 Labview编写,包括数据采集部分、测试控制与显示部分、数据存储及数据分析部分。其中数据采集程序能对环境参数、传感器参数、数据采集时间(或循环数)等进行设置,实现数据的多通道实时显示及自动读取数据调环数在保存等功能。数加重2.1数据采集部分数据采集界面如图2所示。凸集号上满图3数据载入界面(1)在读取数据前,首先需对界面左下方各项进行配置。数据通道与原始数据保存时的通道值对应,根据需要处理的信号类型(加速度、位移、应力)进行选择。(2)循环脉冲数指转角编码器的分辨率,即每旋转一周输出的脉冲数,作为选取一个循环内数据的依据。3)程序根据上止点信号和凸轮轴转角信号的上升沿对数据进行选取,两者的阈值即开始选图2数据采集界面择数据的判定标准(1)在“通道动态查看选择”下拉菜单中可4)根据原始数据文件索引文件配置所需处以选择查看各个通道的采样情况,实时数据查看理的数据“断据”即可得到所需图表将显示所对应通道的采样情况数据中国煤化工(2)在数据通道配置框中可对各通道的放大2.2.2数据CNMHG实验数据,界系数和零点进行配置。放大系数应根据实际所用面如图4所示。陶子祥:发动机气门动力学特性的研究2.2.4数值积分——求循环平均结果对凸轮轴的积数据筛选分,由加速度值求出速度值,界面如图6所示。数值积分图4数据筛选界面(1)进入该界面后点击“全部数据”,“全部被选用的数据”图表和左下方的三维图表即显示全部循图6数值积分界面环数据值。“当前循环数据”图表显示数值对应的单积分运算完毕后系统会给出单个循环中对应个循环数据。用鼠标拖拽三维图表可从不同角度查的最大加速度值、最小加速度值、最大速度、最大反看数据,选择右下方的坐标轴可切换不同视角,以向速度和落座速度值。查看各个循环数据的重复性。3分析与结论(2)在“全部数据”栏选择某个循环数据,按下3.1气门位移结果如图7所示,该汽油机气门最大ad"按钮后可将其添加到“选用数据"栏中;在“选位移为803mm,结合凸轮轴升程数据该数据正确。用数据”栏选择某个循环数据,按下“ remove”按钮后可将其从“选用数据”栏中移除。(3)数据选用应根据循环重复性而定,删除差异较大和错误读取的数据。2.2.3循环平均——采用线性平均方法,求出已选用数据的总和,然后除以循环数目,得到循环数据的平均值,从而消除数据循环波动,界面如图5所示。022121441图7气门位移结果32气门速度结果如图8所示,根据气门速度曲线可判断气门是否反跳、何时反跳,为后续分析改善提供依据。气门反跳位置环平均图5循环平均界面(1)根据数据的转角分布可对其实转角进行配置,改变起始转角值可将曲线在一个循环内移动。每组数据进行分通道处理时,最好将曲线的其实转角发动机2000min时气门无反跳发动机4000/mi时气门出现反跳到8气门速度结果设为一致,方便生成报表时在同一坐标轴下的查看。(2)在对循环平均数进行设定后,点击“数据平33气门加速度结果如图9所示均”按钮可得到多循环数据平均值。34摇臂力结果如图10所示,根据动态摇臂力是否(3)如所处理数据为加速度信号,可进行气门低于静态摇臂力可中国煤化工落座力计算。如所处理数据为位移或应力信号,则配气机构气门组件夏 CNMHG为计算应变仪所采集而测得的应变系统将自动禁用“落座力计算”按钮,防止误操作。10内燃机与配件2012年第7期信号通过某一对应关系标定为载荷值即静态标定。发动机4000min时摇臂力曲线发动机6000min时摇臂力曲线无飞脱)出现飞脱图10气门辎臂力结果34气门落座力结果四根据加速度曲线可判定气门落座时凸轮角度,从而可对应找到加速度、速度、发动机2000mn时加速度曲线位移值。根据落座力方程F=M×Y"(t)-b×Y(t)+Cl×Y(t)+F0可计算出落座力,其中M为集中质量(包括气门质量、弹簧上座质量、弹簧当量等),b1为各构件间的阻尼,C1为气门弹簧刚度,F0为弹簧预紧力,Y"(t)、Y(t)、Y(t)分别为气门加速度、速度、位移。落座力结果可为气门盘锥面材料选择、技术方案提供依据。参考文献[]王明鹤,欧阳光耀,周加东.基于N数据采集卡的内燃机a轮特角{g动态综合测试系统的研究[内燃机与配件,20110)1-14发动机4000rmin时加速度曲线[2]卢平,汪伟,刘佐民.基于 Simulink的发动机落座力仿真分图9气门加速度结果析门武汉理工大学学报2003,2511:73~76静态标定过程为:通过手动方式改变配气机构的相3]浦耿强蒋国英白羽顶置凸轮配气机构动力学分析U位,同时测取不同配气机构相位下的弹簧压缩量和汽车科技20012-16应变值。由弹簧压缩量计算出弹簧力,即可得到载作者简介:陶子样(19891,男,助理工程师,主要从事发动机荷与应变的对应关系。气门的设计工作。(上接第6页)表5相对尺寸范围△s和发散边界△b流动的雷诺数Re增加,在喷孔内流动时受到的扰动△,与△增加,促进國射流的碎裂,使雾化油滴直径减小,小燃料颗粒油滴数目增多,雾化油滴在较小的颗粒范围内BD100 0. 366mm 24MPa1.221.84尺寸大小达到均匀,雾化质量提高。BD100 0.26mm 16MPa145(3)在一定的喷孔直径下单独增加喷射压力和BDO 0.366mm 16MPa1.17191在一定的喷射压力下单独减小喷孔直径都可以改3结论善生物柴油的雾化质量,改善后的生物柴油雾化质(1)生物柴油的尺寸体积分布曲线偏向大颗粒量都接近柴油但前者的改善效果较明显,也就是方向,索特平均直径也大于柴油,说明小颗粒液滴说喷射压力增加后生物柴油的雾化质量比减小喷所占的体积小于柴油,而大颗粒液滴所占的体积大孔直径后的雾化质量更接近柴油。参考文献于柴油。并且相对尺寸范围略小于柴油,而发散边界大于柴油,说明生物柴油在下颗粒范围内的均匀张旭升,李理光,邓俊等.生物柴油喷雾特性的试验研究门.内燃机学报,2007,25(2:172-176性大于柴油,而在大颗粒范围内的均匀性小于柴(2] Michael S Graboski, Robert L mccormick. Combustion of Fat油。总体来说,生物柴油雾化质量比柴油差and Vegetable Oil Derived Fuels in Diesel Engines [h. Progress(2)在一定的喷孔直径下增加喷射压力,喷射 in Energy and Combustion Science,,1998242)125-164速度增加,内部扰动增加,促进圆射流的碎裂,气动(]曹建学M非言,机工业出版社,2005力作用促进了喷雾油束的雾化,最终导致生物柴油4]袁银中国煤化工柴油喷雾特性试验小尺寸油滴数目增多,大尺寸油滴数目减少,雾化农业机械CNMHG油滴在小颗粒范围内大小更均匀,雾化质量更好。作者简介:郭广样(1985-),男,陕西西安人,长安大学硕土在一定的喷射压力下减小喷孔直径,燃油在喷孔内研究生在读,研究方向为液体碎裂机理。