具有多工作模式的气门-座圈摩擦磨损试验装置及方法

本发明涉及一种具有多工作模式的气门-座圈摩擦磨损试验装置及方法，属于气门-座圈摩擦磨损性能测试领域。

背景技术：

1、气门-座圈是发动机配气机构的重要部件之一，决定着发动机的整体性能、可靠性以及寿命。在发动机正常运转的过程中，气门座圈承受着严重的燃气腐蚀、高温、高冲击力的作用，且该摩擦副无法进行有效的润滑，其工作环境十分恶劣，容易发生磨损失效。所以，气门、座圈应该具备较强的抗磨损、抗腐蚀能力和机械性能。

2、当前对于发动机的性能要求正在越来越高，使气门、座圈承受的爆发压力、温度和燃气腐蚀更加严重。能源和环境问题是当前汽车工业所面临的主要问题之一，为了提高发动机的效率，降低油耗和污染，各国发动机厂商投入了大量的人力物力进行新技术的研发。近年来，可变气门技术作为一项新技术被逐步应用于汽车发动机领域。在传统的配气机构中，气门通常由凸轮轴带动，凸轮型线的固定导致气门开启和关闭的时间和升程是固定的，这不利于发动机的效率达到最优化。而可变气门技术能够根据发动机不同工况和转速的需要，改变气门开启和关闭的时间以及气门升程来控制发动机气缸换气补给的过程，从而提升发动机的效率。

3、搭建气门-座圈磨损试验台能够模拟真实环境，从而开展对气门、座圈磨损机理和材料、机械性能相关的研究，便于技术人员有针对性地改良气门、座圈的性能。当前的气门-座圈摩擦磨损试验机多为在气门落座、冲击、高温等复合作用下进行试验，无法独立探究单一变量或某几种变量对磨损的影响，本发明中的试验机可以调整不同的工作模式，独立探究气门落座升程、爆发压力以及气门落座升程和爆发压力复合作用下气门、座圈的磨损情况。另外，当前的气门-座圈摩擦磨损试验机中气门的开启、关闭的时间以及气门升程均固定，无法根据需要进行调整。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具有多工作模式的气门-座圈摩擦磨损试验装置，该装置可以满足有无高温、有无燃烧气氛、有无气门旋转、有无瞬时冲击多种工况下的气门-座圈摩擦副的摩擦磨损情况，从而有利于进行对比试验，分析某变量对摩擦磨损情况的影响；另外，该装置可以调整气门的开闭时间、气门升程，配合高温燃气气流的冲刷，更加贴合应用可变气门技术的发动机气门-座圈实际工况。

2、本发明的另一目的在于提供一种气门-座圈高温磨损试验方法，该方法基于上述的气门-座圈摩擦磨损试验装置实现。

3、本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

4、一种具有多工作模式的气门-座圈摩擦磨损试验装置，包括升降板、主缸体、冷却水套、气门、座圈、顶柱、燃气供给组件、电磁铁组、气门旋转机构、升降驱动机构和瞬时冲击机构；

5、所述主缸体安装在升降板上，所述冷却水套、气门和座圈安装在主缸体上，所述燃气供给组件和电磁铁组分别与主缸体连接，电磁铁组用于带动气门上下运动，所述气门旋转机构与电磁铁组连接，用于带动气门旋转，所述升降板和升降驱动机构设置在上基板和下基板之间，升降驱动机构用于驱动升降板升降，所述顶柱和瞬时冲击机构安装在底板上，瞬时冲击机构用于驱动顶柱，所述底板位于下基板的下方。

6、进一步的，所述气门旋转机构包括第一电机、滑动导套、转轴、气门锁夹和滚动轴承，气门锁夹经气门锁夹端盖固定在电磁铁组的衔铁内，以将气门导杆固定，气门锁夹与滚动轴承过盈配合，所述滑动导套与转轴的端部为花键连接，从而使第一电机旋转时，通过转轴带动气门旋转。

7、进一步的，所述电磁铁组包括上极板、下极板、衔铁、第一气门复位弹簧和第二气门复位弹簧，所述上极板、下极板和衔铁分别与主缸体连接，所述气门导杆固定在衔铁上，通过上极板、下极板不同的电流大小和通电时间控制气门的升程以及开启闭合时间；所述第一气门复位弹簧设置在上极板与衔铁之间，第二气门复位弹簧设置在下极板与衔铁之间。

8、进一步的，所述衔铁上安装有位移传感器。

9、进一步的，所述升降驱动机构包括第二电机、滚珠丝杠、带轮、棘轮和棘爪，所述滚珠丝杠连接在上基板与下基板之间，所述升降板与滚珠丝杠活动连接，所述带轮与滚珠丝杠的端部连接，所述第二电机通过带轮驱动滚珠丝杠旋转，带动升降板升降，所述棘轮和棘爪设置在滚珠丝杠的端部。

10、进一步的，所述燃气供给组件包括燃气燃烧室、点火开关、燃气供给箱、燃烧废气回收箱、燃气控制阀门和可伸缩密封罩，所述燃气燃烧室与主缸体连接，所述点火开关安装在燃气燃烧室内，所述燃气供给箱通过燃气输入管与燃气燃烧室连接，所述燃烧废气回收箱通过燃气废气回收管路与燃气燃烧室连接，所述燃气控制阀门设置在燃气输入管上，所述可伸缩密封罩安装在主缸体上，并将燃气燃烧室密封。

11、进一步的，所述燃气燃烧室内还设置有电磁感应加热线圈，所述座圈通过座圈夹具固定在主缸体上，所述座圈夹具上和燃气燃烧室内安装有温度传感器。

12、进一步的，所述瞬时冲击机构包括主电机、小带轮、大带轮、第一传动带、转轮、曲轴、连杆和弹簧限位销，所述主电机与小带轮连接，所述小带轮通过第一传动带与大带轮连接，所述大带轮通过曲轴和连杆与转轮连接，所述弹簧限位销用于使转轮限位，从而使转轮和大带轮位置固定。

13、进一步的，所述气门上安装有速度及加速度传感器，所述顶柱上安装有力传感器。

14、本发明的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：

15、一种气门-座圈摩擦磨损试验方法，基于上述的气门-座圈摩擦磨损试验装置实现，所述方法包括：

16、在燃气供给组件中，开启燃气控制阀门，使燃气通入燃气燃烧室内，同时开启燃气燃烧室内的点火开关，使气门、座圈部分的温度上升；

17、在气门和座圈均达到预设温度之后，在瞬时冲击机构中，控制主电机旋转，使曲轴转动到下止点位置，从而保证此时顶柱处于最高位置，控制弹簧限位销弹出，使转轮和大带轮位置固定；

18、在升降驱动机构中，控制第二电机旋转，使滚珠丝杠转动，使升降板下降，随着升降板下降，气门和座圈表面产生接触，表面压力逐渐增大；当压力值达到设定值，第二电机停止运转，同时棘爪自动弹出，卡住棘轮，使滚珠丝杠轴无法旋转，从而保证试验中瞬时冲击力的最大值始终为预设值；

19、接通电磁铁组电源，使上极板和下极板的线圈通电，产生磁场，按照试验规定的配气相位和气门升程调整上下极板的通电时间，从而使衔铁带动气门上下运动，调整主电机旋转的频率，保证电磁铁控制气门开启、关闭与冲击能够交替进行；

20、在升降驱动机构中，开启第二电机，使气门旋转，使弹簧限位销恢复位置，此时转轮和大带轮能够自由转动，开启主电机，按照预设试验条件开展冲击试验。

21、本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

22、1、本发明可以实现多种工作模式，能够独立对气门-座圈试验的气门旋转速度、试验温度、试验力、气门升程、高温燃气、气门开启与关闭的周期进行独立控制，更加贴近气门座圈的真实运转工况，也可以按照需要选取部分变量进行对比试验。

23、2、本发明采用电磁铁组来代替气门复位弹簧，能够克服气门复位弹簧无法对气门开启、关闭的时间进行调节的缺点，通过改变电磁铁组上、下两块极板的通电时间与电流大小来控制气门的上升、下降时间和速度，从而能够满足各种可变气门正时的试验。

24、3、本发明采用电磁铁组来代替气门复位弹簧，从而能够克服气门座圈摩擦磨损试验机无法按要求调整气门升程的缺点，衔铁内装有气门锁夹，使气门固定在锁夹上。通过改变电磁铁上极板、下极板的通电时间与电流大小，来控制衔铁位置的最高点和最低点，从而能够满足不同气门升程的试验。

25、4、本发明的瞬时冲击机构采用曲轴和连杆，推动顶柱实现上下运动，相比于凸轮冲击机构，曲轴和连杆之间的接触为面接触，而凸轮机构中，凸轮和从动件之间为线接触方式，长期重载工作下，凸轮容易发生磨损，导致试验条件无法精确控制。

26、5.本发明设有锁紧机构，简化了调整试验力的步骤。采用弹簧限位销、棘轮和棘爪，能够在调整好试验力之后对丝杠进行锁紧，保证试验爆发压力最大值为预设值，从而保证试验的准确性。