一种发动机气门综合误差检测装置及方法
【专利摘要】本发明提供一种发动机气门综合误差检测装置及方法，包括计算机、用于检测发动机气门升程运动的随动测头、用于固定所述随动测头的测头支臂、用于检测发动机曲轴相位角度变化的圆光栅编码器以及用于固定所述圆光栅编码器的定位支臂，所述测头支臂以及定位支臂设置于发动机的箱体上，随动测头以及圆光栅编码器通过数据采集卡与计算机相连，本发明可用于发动机装配完成后的气门升程的综合检测，避免了由于凸轮轴等零部件的加工、装配误差造成的气门升程的检测误差，可以实现发动机单气门的升程误差、气门配气相位误差、一组气门的重叠角误差的检测。
【专利说明】一种发动机气门综合误差检测装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于复杂型线的精密测量领域，具体涉及一种发动机气门综合误差检测装置及方法。
【背景技术】
[0002]发动机气门对发动机的经济性、动力性、振动和噪声特性都有较大的影响。
[0003]发动机气门的主要作用是通过适时地开启、闭合来实现发动机汽缸的进气与排气。发动机气门开启、闭合的时机以及开启、闭合状态的持续时间对发动机的性能有很大的影响。发动机气门升程误差过大会造成发动机汽缸进、排气阻力增加，充气量下降，影响发动机动力性能，或者，气门关闭不严，造成气缸漏气，工作压力下降，从而导致发动机功率下降，另外，发动机气门升程误差过大，还会造成汽缸进气不足，燃油燃烧不完，多余的燃油随着废气一块儿排出，出现冒黑烟的现象。
[0004]由于发动机气门的升降是通过凸轮轴来实现的，传统的气门升程检测方式为拆除发动机凸轮轴，对凸轮轴上各个凸轮进行型线检测，从而得出其升程曲线、相位参数等信息。但是，由于实际使用过程中凸轮的磨损、凸轮轴及挺杆等零件的加工误差、装配误差，以及升程的测量误差的存在，使测量结果与气门的实际升程相差较大。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种发动机气门综合误差检测装置及方法。
[0006]为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案:
[0007]—种发动机气门综合误差检测装置，该检测装置包括计算机、数据采集卡、用于检测发动机气门升程运动的随动测头、用于固定所述随动测头的测头支臂、用于检测发动机曲轴相位角度变化的圆光栅编码器以及用于固定所述圆光栅编码器的定位支臂，所述测头支臂以及定位支臂设置于发动机的箱体上，数据采集卡的一端与所述随动测头以及圆光栅编码器相连，另一端与计算机相连。
[0008]所述随动测头设置于测头支臂上，随动测头的测杆顶压于发动机气门弹簧座上，所述测杆通过伸缩与发动机气门弹簧座同步运动。
[0009]所述随动测头包括测头基板、直线导轨、弹簧、滑板、测杆、光栅尺以及光栅尺读数头，测头基板与所述测头支臂相连，直线导轨以及光栅尺读数头设置于测头基板上，滑板设置于直线导轨上，测杆以及光栅尺设置于滑板上，弹簧的一端与滑板相连，另一端与固定于测头基板上的基座相连，光栅尺读数头通过所述数据采集卡与计算机相连。
[0010]所述随动测头为一个或多个，随动测头的数量与需要检测的发动机气门数量相同。
[0011]所述检测装置还包括圆光栅编码器安装板，圆光栅编码器安装板的一端与圆光栅编码器的安装法兰盘相连，另一端与发动机曲轴外露端相连。
[0012]一种发动机气门综合误差检测方法，包括以下步骤:
[0013]手动或通过电机带动发动机曲轴转动，计算机通过数据采集卡同步采集两路检测数据，一路检测数据为圆光栅编码器记录的发动机曲轴的相位角度的变化，另一路检测数据为随动测头记录的发动机气门弹簧座的升程变化信息，计算机根据两路检测数据计算气门升程误差以及气门配气相位误差。
[0014]计算机将发动机曲轴的相位角度的变化信息转换为发动机凸轮轴的相位角度的变化信息，并根据发动机凸轮轴的理论升程变化与发动机气门的升程变化的理论转换关系得到发动机单气门随发动机曲轴相位角度变化的理论升程变化信息；计算机通过将随动测头记录的发动机气门弹簧座的升程变化信息与所述理论升程变化信息进行比较得到发动机单气门的升程误差以及气门配气相位误差。
[0015]所述计算机还通过计算一组发动机气门的理论重叠角和实际重叠角得到一组气门的重叠角误差。
[0016]本发明的有益效果体现在:
[0017]本发明可用于发动机装配完成后的气门升程的综合检测，避免了由于凸轮轴等零部件的加工、装配误差造成的气门升程的检测误差，可以实现发动机单气门的升程误差、气门配气相位误差、一组气门的重叠角误差的检测。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本发明的总体结构示意图；
[0019]图2为本发明所述随动测头的内部结构示意图；
[0020]图3为本发明所述随动测头的外部结构示意图；
[0021]图中:1为模拟发动机箱体、2为随动测头、3为测头支臂、4为圆光栅编码器定位支臂、5为圆光栅编码器安装板、6为安装法兰盘、7为圆光栅编码器、8为测头基板、9为弹簧、10为高精度直线导轨、11为滑板、12为高分辨率光栅尺、13为光栅尺读数头、14为测杆、15为发动机气门弹簧座、16为基座、17为测头盖板。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
[0023]参见图1，本发明所述发动机气门综合误差检测装置包括计算机、数据采集卡、用于检测发动机气门升程运动的随动测头2、用于固定所述随动测头的测头支臂3、用于检测发动机曲轴相位角度变化的圆光栅编码器7以及用于固定所述圆光栅编码器的定位支臂(即圆光栅编码器定位支臂4)，所述测头支臂3以及定位支臂设置于发动机的箱体上，数据采集卡的一端与所述随动测头2以及圆光栅编码器7相连，另一端与计算机相连。所述随动测头2设置于测头支臂3上，随动测头2的测杆以一定压缩量顶压于被测发动机气门弹簧座15上，所述测杆通过伸缩与发动机气门弹簧座15同步运动。所述检测装置还包括圆光栅编码器安装板5，圆光栅编码器安装板5的一端与圆光栅编码器的安装法兰盘6相连，另一端与发动机曲轴外露端相连，圆光栅编码器安装板可以随曲轴一起转动，以实现曲轴相位变化检测。
[0024]参见图2以及图3，所述随动测头2包括测头基板8、测头盖板17 (用于与测头基板拼合形成随动测头的外壳，保护随动测头的其他部分)、高精度直线导轨10、弹簧9、滑板11、测杆14、高分辨率光栅尺12以及光栅尺读数头13，测头基板8与所述测头支臂3相连，高精度直线导轨以及光栅尺读数头13设置于测头基板8上，滑板11设置于高精度直线导轨上，并可沿高精度直线导轨上下运动，测杆14以及高分辨率光栅尺设置于滑板11上，弹簧9的一端与滑板11相连，另一端与固定于测头基板上的基座16相连，光栅尺读数头13通过所述数据采集卡与计算机相连。当发动机气门弹簧座15运动时，测杆14通过滑板11在高精度直线导轨10上的运动以及弹簧9的作用实现伸缩随动，当滑板11运动时，光栅尺读数头13与高分辨率光栅尺12配合完成测杆运动变化量的采集和输出。
[0025]所述随动测头2为一个或多个，随动测头2的数量与需要检测的发动机气门数量相同，以同时检测多个气门。
[0026]基于上述发动机气门综合误差检测装置的发动机气门综合误差检测方法，包括以下步骤:
[0027]手动或通过电机带动发动机曲轴转动，曲轴带动凸轮轴转动，凸轮轴的凸轮通过直接或间接的顶压弹簧座带动气门的升降，计算机通过数据采集卡同步采集两路检测数据，一路检测数据为圆光栅编码器7记录的发动机曲轴的相位角度的变化，另一路检测数据为随动测头2记录的发动机气门弹簧座的升程变化信息，即气门的升程变化信息，计算机的分析软件系统根据两路检测数据计算气门升程误差以及气门配气相位误差。
[0028]具体的说，计算机将发动机曲轴的相位角度的变化信息转换为发动机凸轮轴的相位角度的变化信息，并根据发动机凸轮轴的理论升程变化与发动机气门的升程变化的理论转换关系得到发动机单气门随发动机曲轴相位角度变化的理论升程变化信息；由于发动机气门弹簧座的升程变化相当于发动机气门的升程变化，计算机通过将随动测头记录的发动机气门弹簧座的升程变化信息与所述理论升程变化信息进行比较得到发动机单气门的升程误差以及气门配气相位误差。所述计算机的分析软件系统还通过计算一组发动机气门的理论重叠角和实际重叠角得到一组气门的重叠角误差。
[0029]实施例
[0030]一种发动机气门综合误差检测装置，包括圆光栅编码器、圆光栅编码器安装板、随动测头、测头支臂、圆光栅编码器定位支臂及计算机与分析软件系统。圆光栅编码器的安装法兰盘安装于圆光栅编码器安装板上，圆光栅编码器安装板安装于发动机曲轴的外露端，用于测量被测发动机曲轴的相位角度变化。圆光栅编码器安装板与发动机曲轴的外露端栓接，使得圆光栅编码器的回转中心与发动机曲轴的回转中心重合。圆光栅编码器定位支臂安装于发动机箱体上，用于圆光栅编码器的相位角度定位，保证在曲轴回转过程中，圆光栅编码器外壳不随曲轴一起回转。测头支臂固定于发动机箱体，作为随动测头的支撑结构，随动测头安装于测头支臂上，随动测头的测杆以一定压缩量顶压于被测发动机气门对应的弹簧座上。
[0031]随动测头中，光栅尺读数头与高精度直线导轨置于测头基板上，滑板置于高精度直线导轨上，并可沿高精度直线导轨上下运动，测杆以及光栅尺置于滑板上，弹簧置于基座与滑板之间。
[0032]每套发动机气门综合误差检测装置可根据气门数量或检测需要配备多套随动测头、测头支臂，达到同时检测多个气门综合误差的目的。
[0033]被测发动机曲轴可手动旋转，也可通过电机带动旋转。采集卡所采集到的数据由计算机的分析软件系统进行分析处理，计算得出单气门的升程误差、气门配气相位误差、一组气门的重叠角误差。
[0034]检测过程中，手动或通过电机带动曲轴转动，曲轴带动凸轮轴转动，凸轮轴的凸轮通过直接或间接的顶压弹簧座带动气门的升降。圆光栅编码器记录曲轴的相位角度的变化，并通过采集卡由计算机进行采集，同时，被测气门对应的弹簧座的升程变化信息即气门的升程变化信息通过随动测头记录，由采集卡实现与相位角度变化信息的计算机同步采集。最后，由计算机的分析软件系统实现单气门的升程误差、气门配气相位误差、一组气门的重叠角误差检测。
[0035]在实际传动中，曲轴通过特定的传动比带动凸轮轴转动，凸轮轴的升程又通过特定的传动机构传动到发动机气门上，实际测量中，计算机将圆光栅编码器测得的曲轴的相位变化转换为凸轮轴的相位变化，由于弹簧座与气门之间是刚性连接的，随动测头记录的弹簧座的升程变化即为发动机气门的升程变化。
[0036]因为发动机凸轮轴的升程变化通过一定的比例转换为气门的升程变化，通过软件计算，可将凸轮轴的升程变化转换为气门的升程变化，结合由曲轴相位角度变化与凸轮轴相位角度变化的转换关系，可以得到气门的理论升程变化信息，将其与实际升程变化信息比较，可得到单气门的升程误差以及气门配气相位误差，利用一组气门的检测数据进一步还可以得到一组气门的重叠角误差。
【权利要求】
1.一种发动机气门综合误差检测装置，其特征在于:该检测装置包括计算机、数据采集卡、用于检测发动机气门升程运动的随动测头(2)、用于固定所述随动测头的测头支臂(3)、用于检测发动机曲轴相位角度变化的圆光栅编码器(7)以及用于固定所述圆光栅编码器的定位支臂，所述测头支臂(3)以及定位支臂设置于发动机的箱体上，数据采集卡的一端与所述随动测头(2)以及圆光栅编码器(7)相连，另一端与计算机相连。
2.根据权利要求1所述一种发动机气门综合误差检测装置，其特征在于:所述随动测头(2)设置于测头支臂(3)上，随动测头(2)的测杆顶压于发动机气门弹簧座(15)上，所述测杆通过伸缩与发动机气门弹簧座(15)同步运动。
3.根据权利要求1或2所述一种发动机气门综合误差检测装置，其特征在于:所述随动测头(2)包括测头基板(8)、直线导轨、弹簧(9)、滑板(11)、测杆(14)、光栅尺以及光栅尺读数头(13)，测头基板(8)与所述测头支臂(3)相连，直线导轨以及光栅尺读数头(13)设置于测头基板(8)上，滑板(11)设置于直线导轨上，测杆(14)以及光栅尺设置于滑板(11)上，弹簧(9)的一端与滑板(11)相连，另一端与固定于测头基板上的基座(16)相连，光栅尺读数头(13)通过所述数据采集卡与计算机相连。
4.根据权利要求1所述一种发动机气门综合误差检测装置，其特征在于:所述随动测头(2)为一个或多个，随动测头(2)的数量与需要检测的发动机气门数量相同。
5.根据权利要求1所述一种发动机气门综合误差检测装置，其特征在于:所述检测装置还包括圆光栅编码器安装板(5)，圆光栅编码器安装板(5)的一端与圆光栅编码器的安装法兰盘(6)相连，另一端与发动机曲轴外露端相连。
6.一种发动机气门综合误差检测方法，其特征在于:包括以下步骤: 手动或通过电机带动发动机曲轴转动，计算机通过数据采集卡同步采集两路检测数据，一路检测数据为圆光栅编码器记录的发动机曲轴的相位角度的变化，另一路检测数据为随动测头记录的发动机气门弹簧座的升程变化信息，计算机根据两路检测数据计算气门升程误差以及气门配气相位误差。
7.根据权利要求6所述一种发动机气门综合误差检测方法，其特征在于:计算机将发动机曲轴的相位角度的变化信息转换为发动机凸轮轴的相位角度的变化信息，并根据发动机凸轮轴的理论升程变化与发动机气门的升程变化的理论转换关系得到发动机单气门随发动机曲轴相位角度变化的理论升程变化信息；计算机通过将随动测头记录的发动机气门弹簧座的升程变化信息与所述理论升程变化信息进行比较得到发动机单气门的升程误差以及气门配气相位误差。
8.根据权利要求6所述一种发动机气门综合误差检测方法，其特征在于:所述计算机还通过计算一组发动机气门的理论重叠角和实际重叠角得到一组气门的重叠角误差。
【文档编号】G01M15/00GK104251777SQ201410482493
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年9月19日 优先权日:2014年9月19日
【发明者】刘阳鹏, 丁建军, 王丰东, 申美娟, 李兵, 蒋庄德 申请人:西安交通大学