活塞組缸套摩擦力無線測量方法及其實施裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及發動機測試技術領域，具體涉及一種活塞組缸套摩擦力無線測量方法及其實施裝置。
【背景技術】
[0002]隨著汽車行業的發展及環保意識的加強，相關法規對發動機節能減排的要求越來越嚴格。同時，內燃機的緊湊化與強化水平不斷在提升，對發動機的高效率與低摩擦性能提出了更高的要求。目前，內燃機中機械摩擦產生的能量損失占所消耗燃料能量的4_15%。眾所周知，活塞組摩擦損失占發動機總體機械損失的大部分。提高活塞組與缸套內壁之間的潤滑性能對減少發動機摩擦損失具有深遠意義。因此測量發動機在不同工況下的摩擦力在設計和改進活塞組-缸套系統中具有關鍵作用。
[0003]目前，對于活塞組-缸套系統摩擦力的測量，應用最為廣泛的方法主要是浮動缸套法和平均有效壓力指示法(MEP)。浮動缸套法雖然應用最為廣泛，測量最為直接，但需要對發動機進行較大規模的改造，將缸套從氣缸缸體中分離開來，需要解決氣體的密封和氣體力所產生的軸向力的分離問題。因而無法反映真實熱機狀態下的情況。平均有效壓力指示法(IMEP)通過測量連桿作用力及缸內氣體力，并計算活塞-連桿的慣性力從而換算出活塞組件的摩擦力。該方法對發動機幾乎不用進行改造，但對傳感器及測量系統的精度要求很尚O
[0004]當前，對于連桿軸向力測量的傳輸主要是通過在連桿上安裝應變片后，信號通過導線輸進應變儀，由于發動機工作狀態下連桿隨曲軸一直處于高速運動中，必須設計特殊的引線裝置將信號線導出，但是在高速工況下，導線還是很容易發生折損，使測量失效。
【發明內容】
[0005]本發明針對上述現有技術的不足，提供了一種內燃機活塞組缸套摩擦力無線測量方法及其實施裝置。
[0006]本發明的無線測量方法通過以下技術方案來實現的，本方法包括以下步驟:第一，發動機倒拖或熱機狀態下，通過上位機觸發，同步記錄下實驗過程中發動機的缸內氣體壓力及連桿軸向應力及曲軸的轉角信息；第二，將測得的缸內氣體壓力數據或連桿應力數據的變化周期進行識別，然后通過測量系統的采樣頻率計算出發動機轉速;第三，通過相關公式計算獲得活塞組及應變片上部的連桿的慣性力;第四，綜合測量得到的缸內氣體壓力，連桿軸向力，活塞組重力及慣性力，應變片上部分連桿慣性力可計算得出發動機活塞組-缸套摩擦力。
[0007]本發明還包括一種實施該方法的活塞組缸套摩擦力無線測量裝置，本裝置包括應變片、無線發送模塊、接收天線、壓力傳感器、電荷放大器、光電編碼器、信號采集模塊、計算機，應變片貼于連桿中部兩側并與無線發送模塊相連接，接收天線通過機油底殼加工的信號孔伸入發動機缸內，接收天線與信號采集模塊相連接，光電編碼器與實驗發動機輸出軸相連接，光電編碼器信號線與信號采集模塊相連接，信號采集模塊與計算機相連接。
[0008]進一步地，在本發明的無線測量裝置中，電阻應變片連接方式采用全橋方式，無線通訊采用Zigbee傳輸方式，無線模塊電路板采用熱套管包裹，外殼采用柔性銅皮封裝。
[0009]本發明的有益效果:本測量裝置通過同步測量發動機的缸內氣體壓力，連桿軸向力間接計算得到發動機活塞組-缸套系統摩擦力，不需要對發動機進行改造，成本較低;在連桿上安裝應變片與無線發送模塊，通過遙測獲得連桿的軸向力，與有線方式相比，不需要針對高速運動副專門設計引線裝置，也不存在導線的折損問題，并且安裝相對更方便。測得對缸內氣體壓力數據或連桿應力數據的變化周期進行識別，并通過測試系統中的采樣頻率計算出發動機的轉速，更省時省力。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發明的測量系統示意圖；
[0011]圖2為本發明的工作原理示意圖；
[0012]圖1中:1、實驗發動機，2、連桿，3、應變片，4、無線發送模塊，5、接收天線，6、壓力傳感器，7、電荷放大器，8、光電編碼器，9、信號采集模塊，10、計算機。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明，本實施例以本發明技術方案為前提，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0014]實施例
[0015]本發明的實施例如圖1、圖2所示，本發明包括實驗發動機1、連桿2、應變片3、無線發送模塊4、接收天線5、壓力傳感器6、電荷放大器7、光電編碼器8、信號采集模塊9、計算機10，應變片3貼于連桿2中部兩側并與無線發送模塊4相連接，接收天線5通過機油底殼加工的信號孔伸入發動機缸內，接收天線5與信號采集模塊9相連接，光電編碼器8與實驗發動機I輸出軸相連接，光電編碼器8信號線與信號采集模塊9相連接，信號采集模塊9與計算機10相連接。
[0016]如圖2所示，本發明的工作原理圖:首先，打開無線發送模塊4，讓其處于待機狀態，準備工作完畢后，啟動實驗發動機1，在計算機10通過上位機軟件喚醒無線發送模塊4，在上位機軟件中設置一個觸發按鈕，點擊觸發按鈕后，計算機10根據光電編碼器8的脈沖信號觸發采樣，無線發送模塊4采集應變片3測得的連桿2的應變量后發送給信號采集模塊9，信號采集模塊9通過接收天線5接收到發動機運轉過程中連桿2的應變量，與此同時，信號采集模塊9通過電荷放大器7采集壓力傳感器6測得的缸內氣體壓力數據，同時，通過光電編碼器8采集曲軸的轉角數據。信號采集模塊9將所有的信號數據通過USB接線或者1394火線傳給計算機10，計算機10通過上位機軟件將測得的缸內氣體壓力數據或連桿應力數據的變化周期進行識別，然后通過測量系統的采樣頻率計算出發動機轉速，然后通過相關公式計算獲得活塞組及應變片上部的連桿的慣性力，綜合上述測量得到的缸內氣體壓力，連桿軸向力，活塞組重力及慣性力，應變片上部分連桿慣性力可通過平衡方程計算得出發動機活塞組-缸套摩擦力。
[0017]本發明在平均有效壓力指示法(MEP)的基礎上提出了無線測量活塞組-缸套摩擦力方法與裝置，解決了采用有線測量過程中，發動機工作狀態下連桿隨曲軸一直處于高速運動中，必須設計特殊的引線裝置將信號線導出，導線容易折損，進而使得測量失效的問題，增加了測量的可靠性，降低了測量難度;提出對測得的缸內氣體壓力數據或連桿應力數據的變化周期進行識別，并通過測試系統中設置的采樣頻率計算出發動機的轉速，更省時省力。
[0018]本發明通過具體實施過程進行說明的，在不脫離本發明范圍的情況下，還可以對本發明利進行各種變換及等同代替，因此，本發明專利不局限于所公開的具體實施過程，而應當包括落入本發明專利權利要求范圍內的全部實施方案。
【主權項】
1.一種活塞組缸套摩擦力無線測量方法，其特征在于包括以下步驟:第一，發動機倒拖或熱機狀態下，通過上位機觸發，同步記錄下實驗過程中發動機的缸內氣體壓力及連桿軸向應力及曲軸的轉角信息；第二，將測得的缸內氣體壓力數據或連桿應力數據的變化周期進行識別，然后通過測量系統的采樣頻率計算出發動機轉速;第三，通過相關公式計算獲得活塞組及應變片上部的連桿的慣性力;第四，綜合測量得到的缸內氣體壓力，連桿軸向力，活塞組重力及慣性力，應變片上部分連桿慣性力可計算得出發動機活塞組-缸套摩擦力。2.—種實施權利要求1所述方法的活塞組缸套摩擦力無線測量裝置，其特征在于，包括應變片、無線發送模塊、接收天線、壓力傳感器、電荷放大器、光電編碼器、信號采集模塊、計算機，應變片貼于連桿中部兩側并與無線發送模塊相連接，接收天線通過機油底殼加工的信號孔伸入發動機缸內，接收天線與信號采集模塊相連接，光電編碼器與實驗發動機輸出軸相連接，光電編碼器信號線與信號采集模塊相連接，信號采集模塊與計算機相連接。3.根據權利要求2所述的活塞組缸套摩擦力無線測量裝置，其特征在于電阻應變片連接方式采用全橋方式。4.根據權利要求3所述的活塞組缸套摩擦力無線測量裝置，其特征在于無線通訊采用Zigbee傳輸方式。5.根據權利要求4所述的活塞組缸套摩擦力無線測量裝置，其特征在于無線模塊電路板采用熱套管包裹，外殼采用柔性銅皮封裝。
【專利摘要】一種屬于內燃機技術領域的活塞組缸套摩擦力無線測量方法及其實施裝置，無線測量裝置包括應變片、無線發送模塊、接收天線、壓力傳感器、電荷放大器、光電編碼器、信號采集模塊、計算機，應變片貼于連桿中部兩側并與無線發送模塊相連接，接收天線通過機油底殼加工的信號孔伸入發動機缸內，接收天線與信號采集模塊相連接。本發明在平均有效壓力指示法(IMEP)的基礎上提出了無線測量活塞組缸套摩擦力方法與裝置，解決了采用有線測量過程中，發動機工作狀態下連桿隨曲軸一直處于高速運動中，必須設計特殊的引線裝置將信號線導出，導線容易折損，進而使得測量系統失效的問題。本發明設計合理，結構簡單，適用于活塞組缸套摩擦力測量系統的優化設計。
【IPC分類】G01L5/00
【公開號】CN105486440
【申請號】CN201510847254
【發明人】方聰聰, 孟祥慧, 謝友柏
【申請人】上海交通大學
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2015年11月26日