一种气门间隙的测量方法及装置与流程

本发明涉及发动机测量设备技术领域，尤其涉及一种气门间隙的测量方法及装置。

背景技术：

气门的作用是专门负责向发动机内输入空气并排出燃烧后的废气。从发动机结构上，分为进气门和排气门。进气门的作用是将空气吸入发动机内，与燃料混合燃烧；排气门的作用是将燃烧后的废气排出并散热。

发动机工作时，气门将因温度的升高而膨胀。如果气门及其传动件之间在冷态下无间隙或间隙过小，则在热态下，气门及其传动件的受热膨胀势必引起气门关闭不严，造成发动机在压缩行程和做功行程中漏气，从而使功率下降，严重时甚至不易启动。为了消除这种现象，通常在发动机冷态装配时，在气门及其传动机构中留有一定的间隙，以补偿气门受热后的膨胀量，这一间隙称为气门间隙。

气门间隙的大小对发动机各方面性能影响极大，间隙过小，则发动机在热态下由于气门杆膨胀、可能会造成气门漏气，从而导致功率下降；间隙过大，则传动零件之间、以及气门与气门座之间容易产生冲撞，同时使气门开启的持续时间减少，进气和排气不充分也会直接影响发动机的性能状态。因此气门间隙的设计合理是保证发动机良好性能状态的可靠保证。

目前对于冷态气门间隙的调整已有较为成熟的方法，测量精度也可满足要求，而由于柴油机工作状态时的气门间隙处于复杂的动态变化过程中，其大小也与零部件的热状态、磨损情况、塑性变形及锁紧机构松动等多种因素相关，所以对于工作状态下的气门间隙大小的测量还缺少较为有效的方法手段。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明提供了一种气门间隙的测量方法及装置，能够精确的判断工作状态下的气门间隙消除时刻，从而得到气门间隙值，为配气机构运动学及动力学分析、以及配气机构的优化设计提供重要的数据支持。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种气门间隙的测量方法，该测量方法包括以下步骤：

根据发动机工作状态下的驱动机构的应变力、以及凸轮轴转角，确定所述驱动机构的应变力与凸轮轴转角之间的变量关系，作为第一变量关系；

根据所述凸轮轴转角，确定挺柱升程量，以确定所述凸轮轴转角与所述挺柱升程量之间的变量关系，作为第二变量关系；

对比所述第一变量关系和所述第二变量关系，确定气门间隙消除时刻，以确定所述气门间隙消除时刻对应的机构参数；

根据所述气门间隙消除时刻对应的机构参数，确定气门间隙值。

优选的，所述根据发动机工作状态下的驱动机构的应变力、以及凸轮轴转角，确定所述驱动机构的应变力与凸轮轴转角之间的变量关系，作为第一变量关系，进一步包括：

同步监测所述驱动机构的应变力、以及所述凸轮轴转角；

分别确定任一所述驱动机构的应变力值对应的所述凸轮轴转角值，以形成所述驱动机构的应变力与凸轮轴转角之间的变量关系。

优选的，所述根据所述凸轮轴转角，确定挺柱升程量，以确定所述凸轮轴转角与所述挺柱升程量之间的变量关系，作为第二变量关系，进一步包括：

分别确定任一所述凸轮轴转角值对应的所述挺柱升程量，以形成所述凸轮轴转角与所述挺柱升程量之间的变量关系。

优选的，所述对比所述第一变量关系和所述第二变量关系，确定气门间隙消除时刻，以确定所述气门间隙消除时刻对应的机构参数，进一步包括：

确定相同单位的所述凸轮轴转角为对比基础；

根据所述对比基础，对比所述第一变量关系和所述第二变量关系，以确定气门间隙消除时刻点。

优选的，所述根据所述对比基础，对比所述第一变量关系和所述第二变量关系，以确定气门间隙消除时刻点，进一步包括：

根据所述第一变量关系，确定驱动机构的应变力变量的平稳段与上升段之间的拐点；

根据所述拐点，确定所述气门间隙消除时刻点。

优选的，所述根据所述气门间隙消除时刻对应的机构参数，确定气门间隙值，进一步包括：

根据所述气门间隙消除时刻点，分别确定其在所述第一变量关系中对应的所述驱动机构的应变力值和所述凸轮轴转角值，分别作为应变力参数和凸轮轴转角参数；

根据所述凸轮轴转角参数，确定其在所述第二变量关系中对应的所述挺柱升程参数；

根据所述应变力参数、凸轮轴转角参数和挺柱升程参数，计算所述气门间隙值。

优选的，所述凸轮轴上连接有凸轮，且能驱动所述凸轮转动，所述凸轮在转动时驱动所述挺柱作轴向往复运动，所述挺柱在运动时通过驱动机构带动气门启闭。

优选的，所述凸轮在转动时，其型线结构与所述挺柱之间的连接点持续变化，以使任一时刻的所述凸轮的型线结构点对应设有一所述挺柱升程量。

优选的，所述驱动机构为推杆或摇臂。

本发明还提供了一种气门间隙的测量装置，该测试装置包括：

数据监测机构，分别与发动机工作状态下的驱动机构和凸轮轴连接，用于同步监测所述驱动机构的应变力、以及所述凸轮轴转角；

变量分析机构，与所述数据监测机构连接，用于根据所述驱动机构的应变力、以及凸轮轴转角，确定所述驱动机构的应变力与凸轮轴转角之间的变量关系，作为第一变量关系，根据所述凸轮轴转角，确定挺柱升程量，以确定所述凸轮轴转角与所述挺柱升程量之间的变量关系，作为第二变量关系；

变量对比机构，与所述变量分析机构连接，用于对比所述第一变量关系和所述第二变量关系，确定气门间隙消除时刻，以确定所述气门间隙消除时刻对应的机构参数；

数据处理机构，与所述变量对比机构连接，用于根据所述气门间隙消除时刻对应的机构参数，确定气门间隙值。

优选的，所述数据监测机构包括分别与所述变量分析机构连接的应变片和传感器，所述传感器设置在凸轮轴上，用于监测所述凸轮轴转角；所述凸轮轴上连接有凸轮，且能驱动所述凸轮转动，所述凸轮在转动时推动挺柱作轴向往复运动，所述挺柱在运动时通过驱动机构带动气门启闭；所述应变片设置在所述驱动机构上，用于监测所述驱动机构的应变力。

优选的，所述凸轮在转动时，其型线结构与所述挺柱之间的连接点持续变化，以使任一时刻的所述凸轮轴转角值对应设有一所述挺柱升程量。

优选的，所述驱动机构为推杆或摇臂。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有以下有益效果：本发明的气门间隙的测量方法包括以下步骤：根据发动机工作状态下的驱动机构的应变力、以及凸轮轴转角，确定驱动机构的应变力与凸轮轴转角之间的变量关系，作为第一变量关系；根据凸轮轴转角，确定挺柱升程量，以确定凸轮轴转角与挺柱升程量之间的变量关系，作为第二变量关系；对比第一变量关系和第二变量关系，确定气门间隙消除时刻，以确定气门间隙消除时刻对应的机构参数；根据气门间隙消除时刻对应的机构参数，确定气门间隙值。基于该测量方法提出了测量装置。该测量方法及装置具有简单可行、操作性好的优点，能够精确的判断工作状态下的气门间隙消除时刻，从而得到气门间隙值，为配气机构运动学及动力学分析、以及配气机构的优化设计提供重要的数据支持。

附图说明

图1为本发明实施例一的气门间隙的测量方法流程图；

图2为本发明实施例一的以凸轮轴转角为对比基础的推杆受力的变化曲线图；

图3为本发明实施例一的以凸轮轴转角为对比基础的挺柱升程量的变化曲线图；

图4为图2和图3的同步对应关系图；

图5为本发明实施例二的气门间隙的测量装置的结构示意图；

图6为本发明实施例一的发动机配气机构的结构示意图。

其中，1、第一曲线；2、第二曲线；3、拐点；10、凸轮轴；20、挺柱；30、推杆；40、摇臂；50、气门桥；60、气门间隙；70、气门；100、数据监测机构；200、变量分析机构；300、变量对比机构；400、数据处理机构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；除非另有说明，“缺口状”的含义为除截面平齐外的形状。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

本实施例一提供了一种气门间隙60的测量方法，该方法简单可行，且具有良好的可操作性，能够通过合理有效的手段测得发动机工作状态下气门间隙60的变化规律，并能校验和优化气门间隙60设计，进一步指导发动机配气系统、进排气系统和燃烧性能的改善和优化。

具体的，该测量方法能够精确的判断工作状态下的气门间隙60消除时刻，从而得到气门间隙60值，为配气机构运动学及动力学分析、以及配气机构的优化设计提供重要的数据支持。

本实施例一中，发动机的配气机构中的凸轮轴10上连接有凸轮，凸轮轴10能驱动凸轮转动，凸轮外的型线结构与挺柱20相接触，从而使得凸轮在转动时驱动挺柱20作轴向往复运动，挺柱20在运动时通过驱动机构带动气门70启闭，该驱动机构优选为推杆30或摇臂40，驱动机构设置在气门间隙60的一侧，气门间隙60的另一侧设置有气门桥50，气门桥50能够同时控制至少两个气门70的启闭。本实施例一以推杆30为例，对该测量方法进行详细说明。

如图1所示，该测量方法包括以下步骤：

s1、根据发动机工作状态下的驱动机构的应变力、以及凸轮轴10转角，确定驱动机构的应变力与凸轮轴10转角之间的变量关系，作为第一变量关系。

该步骤s1进一步包括：

s11、同步监测驱动机构的应变力、以及凸轮轴10转角；

s12、分别确定任一驱动机构的应变力值对应的凸轮轴10转角值，以形成驱动机构的应变力与凸轮轴10转角之间的变量关系，如图2所示，图2中的推杆30受力即表示驱动机构的应变力。

该测试方法通过同步监测驱动机构的应变力与凸轮轴10转角，从而确定这两个变量之间的对应关系，形成驱动机构的应变力与凸轮轴10转角之间的变量关系，即上述的第一变量关系。

s2、根据凸轮轴10转角，确定挺柱20升程量，以确定凸轮轴10转角与挺柱20升程量之间的变量关系，作为第二变量关系。

在步骤s2中，进一步包括：

s21、分别确定任一凸轮轴10转角值对应的挺柱20升程量，以形成凸轮轴10转角与挺柱20升程量之间的变量关系，从而得到第二变量关系，如图3所示。

其中，由于凸轮在转动时，其型线结构与挺柱20之间的连接点持续变化，因此任一时刻的凸轮轴10转角值均对应设有凸轮型线结构上的一点，而任一时刻的凸轮的型线结构点均对应设有一挺柱20升程量，故而凸轮转角值发生连续变化时，挺柱20升程量随之变化，形成凸轮轴10转角与挺柱20升程量之间的变量关系，即上述的第二变量关系。

s3、对比第一变量关系和第二变量关系，确定气门间隙60消除时刻，以确定气门间隙60消除时刻对应的机构参数。

在步骤s3中，优选将第一变量关系和第二变量关系中相同参数作为对比基础，从而在驱动机构的应变力与挺柱20升程量之间建立同步的对应关系，根据驱动机构的应变力确定气门间隙60消除时刻点，利用气门间隙60消除时刻点获取挺柱20升程量，从而确定气门间隙60值计算必备的参考数据，进而精确获取气门间隙60值。

具体的，步骤s3进一步包括：

s31、确定相同单位的凸轮轴10转角为对比基础；

s32、根据对比基础，对比第一变量关系和第二变量关系，以确定气门间隙60消除时刻点。

其中，步骤s32进一步包括：

s321、根据第一变量关系，确定驱动机构的应变力变量的平稳段与上升段之间的拐点。

s322、根据拐点，确定气门间隙60消除时刻点。

具体的，凸轮型线结构上设有基圆和缓冲段，设置缓冲段的升程高度主要是用于消除气门间隙60和配气机构弹性形变，因此，如图3所示，与凸轮转角值变量相对应的挺柱20升程量的变化曲线中，在上升段和下降段的两端各有一缓冲段。当作为从动件的挺柱20升起并消除了气门间隙60后，由于机构的弹性，气门70还不能立即升起，挺柱20进一步升高，使驱动机构受压产生静变形，当该静变形对应的弹性恢复力足以抵消气门70弹簧预紧力后气门70才开始升起，而由于力的瞬时性，气门间隙60消除时刻的驱动机构的应变力也会同步出现较为明显的变化，该明显变化表现在图2中，即为与凸轮转角值变量相对应的推杆30受力变化曲线中，平稳段与上升段之间的拐点，故而通过对推杆30受力的测量可较为准确的判断出气门间隙60消除时刻，即上述的拐点就是气门间隙60消除时刻。

s4、根据气门间隙60消除时刻对应的机构参数，确定气门间隙60值，该机构参数用于计算气门间隙60值，根据气门间隙60值的计算公式可知，该机构参数包括上述的驱动机构的应变力、曲轮轴转角、以及挺杆升程量。

具体的，步骤s4进一步包括：

s41、根据气门间隙60消除时刻点，分别确定其在第一变量关系中对应的驱动机构的应变力值和凸轮轴10转角值，分别作为应变力参数和凸轮轴10转角参数；

s42、根据凸轮轴10转角参数，确定其在第二变量关系中对应的挺柱20升程参数；

s43、根据应变力参数、凸轮轴10转角参数和挺柱20升程参数，计算气门间隙60值即可。

以推杆30作为驱动气门70启闭的驱动机构为例，本实施例一所述的测量方法通过同步采集推杆30受力数据、发动机缸压数据、凸轮轴10转角数据，并经过数据处理分析后可实现发动机凸轮轴10转角信号与推杆30受力信号之间的同步对应。图2中的第二曲线2为发动机在预设转速下实际测得的、以凸轮轴10转角为对比基础的推杆30受力的变化曲线，图3中的第一曲线1为以凸轮轴10转角为对比基础的挺柱20升程量变化曲线，图4中以凸轮轴10转角为对比基础，将第一曲线与第二曲线同步叠加对比，从而可以直观的看出第一曲线上的拐点3即为气门间隙60消除时刻点，而在该拐点3对应的推杆30受力发生明显增大，其对应的凸轮轴10转角为167°，进一步验证了此拐点3即为气门间隙60消除时刻，此时对应的挺柱20升程量为0.2mm，根据配气机构相关设计参数，即可计算得到此工作状态下的气门间隙60值。

需要说明的是，本实施例一中以推杆30为待监测的驱动机构，从而实现精确的判断工作状态下的气门间隙60消除时刻，进而得到气门间隙60值，除此之外，也可以利用摇臂40或其他能够驱动气门70启闭的机构作为待监测的驱动机构，只需要同步监测摇臂40受力与凸轮轴10转角，并将两者之间建立对应关系，形成第一变量关系，同样可以解决本发明要解决的技术问题，实现与实施例一所述的技术效果相同的技术效果。

实施例二

在实施例一所述的气门间隙60的测量方法的基础上，本实施例二提供了一种气门间隙60的测量装置，该测量装置能够准确实现如实施例一所述的测量方法，从而实现精确的判断工作状态下的气门间隙60消除时刻，从而得到气门间隙60值，为配气机构运动学及动力学分析、以及配气机构的优化设计提供重要的数据支持。

具体的，如图5所示，包括数据监测机构、变量分析机构、变量对比机构、以及数据处理机构。数据监测机构分别与发动机工作状态下的驱动机构和凸轮轴10连接，用于同步监测驱动机构的应变力、以及凸轮轴10转角；变量分析机构与数据监测机构连接，用于根据驱动机构的应变力、以及凸轮轴10转角，确定驱动机构的应变力与凸轮轴10转角之间的变量关系，作为第一变量关系，根据凸轮轴10转角，确定挺柱20升程量，以确定凸轮轴10转角与挺柱20升程量之间的变量关系，作为第二变量关系；变量对比机构与变量分析机构连接，用于对比第一变量关系和第二变量关系，确定气门间隙60消除时刻，以确定气门间隙60消除时刻对应的机构参数；数据处理机构与变量对比机构连接，用于根据气门间隙60消除时刻对应的机构参数，确定气门间隙60值。

该装置中，优选数据监测机构包括应变片和传感器，传感器设置在凸轮轴10上，用于实时监测凸轮轴10转角，应变片设置在驱动机构上，用于监测驱动机构的应变力，传感器和应变片分别与变量分析机构连接，从而分别将分别实时监测到的驱动机构的应变力值和凸轮轴10转角值传送至变量分析机构中，在变量分析机构内构建第一变量关系和第二变量关系。

需要说明的是，本实施例二以推杆30作为待监测的驱动机构，则应变片连接在推杆30上，利用应变片实时监测推杆30受力，从而使得变量分析机构通过应变片获取推杆30受力的变化量，以构建第一变量关系；同理，如果以摇臂40作为待检测的驱动机构时，将应变片对应连接在摇臂40上，利用应变片检测摇臂40受力即可。

综上所述，本实施例的气门间隙60的测量方法包括以下步骤：根据发动机工作状态下的驱动机构的应变力、以及凸轮轴10转角，确定驱动机构的应变力与凸轮轴10转角之间的变量关系，作为第一变量关系；根据凸轮轴10转角，确定挺柱20升程量，以确定凸轮轴10转角与挺柱20升程量之间的变量关系，作为第二变量关系；对比第一变量关系和第二变量关系，确定气门间隙60消除时刻，以确定气门间隙60消除时刻对应的机构参数；根据气门间隙60消除时刻对应的机构参数，确定气门间隙60值。基于该测量方法提出了测量装置。该测量方法及装置具有简单可行、操作性好的优点，能够精确的判断工作状态下的气门间隙60消除时刻，从而得到气门间隙60值，为配气机构运动学及动力学分析、以及配气机构的优化设计提供重要的数据支持。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。