内燃机气道稳流试验台气门升程零点判定及控制机构

技术领域

本发明属于内燃机性能参数检测技术，具体涉及一种对发动机气门位置或升程位移进行 测定和控制的试验检测装置。

背景技术

众所周知内燃机是石油消耗的最大产业，约占我国石油总消耗量的60%；同时机动车的 排放更加剧了城市环境的恶化，因此对内燃机节能减排技术的创新具有重要意义。内燃机的 气道作为“咽喉”，其流动性能的优劣显著影响油耗及排放水平。为使内燃机达到良好的动力、 经济和排放特性，前提条件是气道必须能够实现足够高的流量系数以及合适的涡流比、滚流 比等。由于动态评价内燃机气道性能的影响因素多且难以控制，因此利用内燃机气道稳流试 验台对气道性能进行评测是广泛采用并行之有效的方法。在进行气道稳流试验时，首先需要 进行气门的对正及压紧调试，随后需要以连续或断续的方式设定不同的气门升程，气门压紧 机构的稳定性以及气门升程控制的精确性将会影响到参数的测试结果。

在目前的内燃机气道稳流试验台中，气门压紧及升程控制机构主要有三种形式：(1)采用 垫片调节气门升程，通过不同厚度的垫片来调节。该方式破坏了气门结构的完整性，垫片长 期使用因磨损导致气门升程零点判定及控制精度降低；(2)采用指针式百分表以及安装压板的 方式。此种方式虽然弥补了第一种方法的缺陷，但是气门升程零点判定仍然受测试人员的主 观影响较大，导致前后测试误差变动明显；(3)采用涡轮蜗杆多自由度机构，借助涡轮蜗杆传 动对气门升程进行精确控制。此种方式仍需借助压板固定测量装置，且零点判定依然受制于 测试人员的经验，精度低且难以控制。上述方式的操作过程除较为繁琐外，当对不同气缸进 行测试时，需要测试人员手动换压板，这会导致测试系统不能适应发动机缸盖在线检测的节 拍，限制了气道稳流试验台测试工作效率的提高。

随着对发动机缸盖进排气道的性能要求的提高，要求在生产线上对每一缸盖气道进行逐 一检测，这就迫切需要开发出一种工作稳定性高、能够快速自动进行气门对正与压紧、精确 控制气门升程的装置来适应气道稳流试验台在线检测节拍。本发明的提出可以满足对发动机 缸盖在线高精度检测的要求。

发明内容

本发明的目的是，进行内燃机气道稳流试验时，提供一种能够自动进行气门定位压紧、 精确判定气门升程零点位置及控制机构。

以下参考附图对本发明的技术结构以及原理进行说明。内燃机气道稳流试验台气门升程 零点判定及控制机构，包括工作台面、立板、横向直线步进电机、直线轴承、横向直线步进 电机的延长轴、连接块、横臂、上连接板、筋板、液压缸、导柱、下连接板、转向电机、圆 柱直齿轮、圆柱齿轮盘、纵向直线步进电机、纵向直线步进电机的延长轴、传感器上套、传 感器下套、导向滑套、压紧弹簧、压力传感器、回位弹簧、下顶杆、压杆、缸盖、支撑套、 压板以及连接盘等。控制机构由压紧结构框架组件和零点判定组件两大部分组成，压紧结构 框架组件由：液压缸、直线导柱、上下两块连接板、龙门式框架、两个横向直线步进电机、 连接块、转向电机、圆柱直齿轮、圆柱齿轮盘以及两个纵向直线步进电机部件组成；气门升 程零点判定组件由：传感器上套筒、传感器下套筒、导向滑套、压紧弹簧、压力传感器、回 位弹簧以及下顶杆部件组成。

本发明的技术方案是：工作台面上设有两块立板，左侧立板的外端设有两个横向直线步 进电机，右侧立板与左侧两个横向直线步进电机相对的位置设有直线轴承，横向直线步进电 机的延长轴穿过左侧立板镶卧于右侧立板的直线轴承内。横向步进电机的延长轴焊接有连接 块，横臂的两端焊有短轴，横臂短轴通过连接块与两个横向直线步进电机延长轴连接。由两 块立板、两个横向直线步进电机的延长轴以及横臂组合在一起，在工作台面上方构成一个龙 门式框架。两块立板的外侧均焊接有上连接板，立板和上连接板通过筋板焊接为一体。液压 缸的轴和两侧的导柱穿过工作台面与下连接板固定，液压缸托起下、上连接板可使龙门式框 架上下位移。转向电机固定在连接块上，转向电机与圆柱直齿轮连接，圆柱齿轮盘与横臂的 中间轴焊接，圆柱齿轮盘与圆柱直齿轮啮合，转向电机驱动圆柱直齿轮使横臂转动。两个纵 向直线步进电机固定于横臂之上，两个横向直线步进电机同步驱动各自的延长轴产生轴向位 移，由此带动横臂产生横向运动。纵向直线步进电机的延长轴下端通过螺纹接有传感器上套， 传感器下套通过螺钉与传感器上套固定。传感器下套内设有导向滑套，导向滑套穿入压紧弹 簧内，压力传感器嵌套有回位弹簧，回位弹簧位于传感器上套与导向滑套之间，导向滑套通 过螺纹与下顶杆连接，下顶杆与压杆通过螺钉连接。工作台面的中心放置待测试的缸盖，缸 盖支撑套通过压板与连接盘固定，缸盖固定于缸盖支撑套上端面。

压紧结构框架组件具备四个自由度：龙门式框架上下位移、横向直线步进电机的延长轴 的线位移、横臂转角位移以及纵向直线步进电机延长轴的线位移。由此可对任意气缸盖气门 进行定位与压紧操作。

本发明的有益效果在于：（1）可对多缸发动机的气道性能进行评测，检测装置具有体积 小，结构紧凑，安装方便，自动化程度高等特点；（2）该装置与缸盖自动进给系统配合，可 以实现无人干涉的全自动在线检测，降低人为因素对测试结果的影响，提高测试精度；（3） 压力传感器量程范围大，同时能够将零点位置判定误差控制在±0.05mm以内，可以对各种不 同气门弹簧预紧力的缸盖进行零点判定，适用范围广；（4）可省去缸盖压板的人工安装及拆 卸工作。

附图说明

附图1为本发明的技术结构及原理图。

附图2为横臂转角位移调节机构的局部放大示意图。

附图3为气门升程零点位置判定组件剖面示意图。

具体实施方式

以下结合附图并通过实施例对本发明的结构和原理做进一步的说明。

内燃机气道稳流试验台气门升程零点判定及控制机构，其部件组成及技术结构为：工作 台面1上设有两块立板2，左侧立板的外端设有两个横向直线步进电机3，右侧立板与左侧两 个横向直线步进电机相对的位置设有直线轴承4，横向直线步进电机的延长轴5穿过左侧立 板镶卧于右侧立板的直线轴承内。横向步进电机的延长轴焊接有连接块6，横臂7的两端焊 有短轴，横臂短轴通过连接块与两个横向直线步进电机延长轴连接。由两块立板、两个横向 直线步进电机的延长轴以及横臂组合在一起，在工作台面上方构成一个龙门式框架。两块立 板的外侧均焊接有上连接板8，立板和上连接板又通过筋板9焊接为一体。液压缸10的轴和 两侧的导柱11穿过工作台面与下连接板12固定，液压缸托起下、上连接板可使龙门式框架 上下位移（如图1）。

转向电机13固定在连接块上，转向电机与圆柱直齿轮14连接，圆柱齿轮盘15与横臂一 侧的短轴焊接，圆柱齿轮盘与圆柱直齿轮啮合，转向电机驱动圆柱直齿轮使横臂转动。两个 纵向直线步进电机16固定于横臂之上，两个横向直线步进电机同步驱动各自的延长轴产生轴 向位移，由此带动横臂产生横向运动（如图2）。

纵向直线步进电机的延长轴17下端通过螺纹接有传感器上套18，传感器下套19通过螺 钉与传感器上套固定。传感器下套内设有导向滑套20，导向滑套穿入压紧弹簧21内，压力 传感器22嵌套有回位弹簧23，回位弹簧位于传感器上套与导向滑套之间。导向滑套通过螺 纹与下顶杆24连接，下顶杆与压杆25通过螺钉连接（如图3）。

工作台面的中心放置待测试的缸盖26，缸盖支撑套27通过压板28与连接盘29固定， 缸盖固定于缸盖支撑套上端面（如图1）。压力传感器为环形结构，传感器贴于传感器上套， 下顶杆底盘开有四个孔通过螺钉与压杆相连。气门升程零点判定组件可实现沿气门杆轴线方 向的往复移动。

控制机构由压紧结构框架组件和零点判定组件两大部分组成，压紧结构框架组件由：液 压缸10、直线导柱11、上下两块连接板、龙门式框架、两个横向直线步进电机3、连接块6、 转向电机13、圆柱直齿轮14、圆柱齿轮盘15以及两个纵向直线步进电机16部件组成。在进 行发动机气道稳流试验时，需要克服气门弹簧的预紧力才能打开缸盖气门，控制机构的压紧 结构框架组件就是为此而设计。

气门升程零点判定组件由：传感器上套筒18、传感器下套筒19、导向滑套20、压紧弹 簧21、压力传感器22、回位弹簧23以及下顶杆24部件组成，通过两个纵向直线步进电机同 步驱动零点判定组件运动。

液压缸10位于工作台面1下面，液压缸的两侧设有导柱座，导柱11固定在导柱座上， 上下连接板通过螺纹固定。为了便于组装两个纵向直线步进电机，横臂7设计为框架式结构。 立板设有安装孔用于安装其它控制组件。

测试时将气缸盖固定于缸盖支撑套上面，对待测气门进行校正和压紧调试。将气门顶端 相应的三维空间坐标输入到计算机，计算机将驱动液压缸以及各电机在各自由度内移动以实 现纵向直线步进电机延长轴与待测气门位置对正。

纵向直线步进电机带动零点判定组件沿气门杆轴线方向向下运动。使下顶杆可以垂直压 入并打开气门，实施例缸盖气门预紧力为40kg。将计算机控制程序中的压力阀值设定为30kg， 计算机将会驱动纵向直线步进电机延长轴向下运动，从而使下顶杆与气门相接触。随着下顶 杆逐渐压紧气门，导向滑套与压力传感器之间的间隙不断变小，直至导向滑套完全压紧压力 传感器。当压力传感器测得的压力信号值升高至30kg时，计算机将此刻位置作为气门升程零 点位置，并驱动纵向直线步进电机开始记数测量。

整个测试过程结束后，纵向直线步进电机延长轴带动气门升程零点判定组件做向上回程 运动。当气门完全关闭后，导向滑套筒与压力传感器之间的间隙恢复至初始状态，此过程即 完成一个完整测试循环。