[實(shí)用新型]基于光纖探針的發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋參數(shù)測量儀器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201220477972.6
• 申請(qǐng)日: 2012-09-18
• 公開（公告）號(hào): CN202903367U
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣奇;李國祥;胡玉平;樊曉軍;劉守洪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): G01K11/32
• 分類號(hào): G01K11/32
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 王吉勇

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型具體公開了一種基于光纖探針的發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋參數(shù)測量儀器。?

背景技術(shù)

發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋作為發(fā)動(dòng)機(jī)的重要部件之一，其強(qiáng)度和可靠性為發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)度和可靠性問題的重要部分。氣缸蓋主要由氣缸蓋體、進(jìn)氣道、排氣道，油嘴、搖臂機(jī)構(gòu)等幾部分組成，被壓在氣缸套上的凸緣平面上，通過螺栓與缸體緊密連接，主要作用是密封氣缸，并與活塞頂及氣缸內(nèi)壁共同組成發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒空間。發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋長期在高溫下工作將會(huì)導(dǎo)致缸蓋材料強(qiáng)度的降低,而材料強(qiáng)度的降低又意味著缸蓋長期工作會(huì)出現(xiàn)永久變形。此外,由于缸蓋火力里面直接與高溫燃?xì)饨佑|,其水套壁面與冷卻液接觸,這引起缸蓋整體溫度分布的不均勻,導(dǎo)致了缸蓋變形的不均勻,在缸蓋內(nèi)部將產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，缸蓋在此熱應(yīng)力的反復(fù)作用下容易形成熱疲勞裂紋,嚴(yán)重時(shí)造成發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的工作失效。由此可見,缸蓋底板的工作溫度及其分布狀況是衡量缸蓋火力面裂損的主要因素,是衡量缸蓋能否保持正常可靠工作的一個(gè)重要參數(shù),也是缸蓋熱負(fù)荷大小的重要標(biāo)志。因此，對(duì)缸蓋冷卻水腔以及火力面等關(guān)鍵處的溫度場進(jìn)行研究，通過實(shí)測的溫度場來評(píng)價(jià)其工作的可靠性是十分有效和必要的。?

目前的研究中，傳感器采用的多是熱電偶。較早的是1981年重慶重型汽車研究所的羅新民、喬惠英利用多點(diǎn)和移動(dòng)式熱電偶測量缸蓋溫度的分布，測量對(duì)象是12V150Z型柴油機(jī)的第一輪和第三輪兩種氣缸蓋，熱電偶使用直徑為1毫米的鎳鉻—銬銅(XK)套管熱電偶。?

1986年武漢水運(yùn)工程學(xué)院的蔡軍、陸瑞松、秦毅研究柴油機(jī)過渡工況下氣缸蓋非穩(wěn)定熱負(fù)荷的測試技術(shù)。用高溫電阻應(yīng)變片和露頭型愷裝熱電偶測取該機(jī)氣缸蓋的溫度歷程,并在材料應(yīng)力發(fā)生最大變化的區(qū)域中測取最危險(xiǎn)點(diǎn)上的應(yīng)變曲線。?

1997年天津大學(xué)內(nèi)燃機(jī)研究所朱維真、李志宏等采用熱電偶作為缸蓋溫度傳感器,制做了發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋溫度監(jiān)測儀器。?

2001年洛陽工學(xué)院汽車工程系的姬芬竹、杜發(fā)榮、司東宏也是在在汽缸蓋上共布置熱電偶,測試及分析了過渡工況下汽車發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸蓋溫度。汽缸蓋底面熱電偶選用TCS-K型鎳鉻-鎳硅(NiCr-NiSi)雙線型結(jié)構(gòu)的薄膜熱電偶,汽缸蓋外表面選用普通套管鎧裝熱電偶。2009年江蘇大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院潘劍鋒、趙金剛、李德桃等以直噴式6缸柴油機(jī)為研究對(duì)象,采用一種具有銀焊接點(diǎn)的熱電偶,將其直接安裝在被測零件表面上,進(jìn)行了多缸柴油機(jī)氣缸蓋溫度場的試驗(yàn)研究。?

2011年南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院的卞利云以汽油機(jī)為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)和制作了一種基?于CAN總線和J型熱電偶的缸蓋溫度數(shù)字測試裝置，用于水冷發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸蓋溫度測定。以單片機(jī)為核心，采用J型熱電偶，并輔以溫度信號(hào)放大電路AD594等來實(shí)現(xiàn)對(duì)缸蓋表層溫度的測量。山東大學(xué)丁大偉對(duì)226B發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋進(jìn)行了試驗(yàn)研究，在缸蓋火力面以及冷卻水腔壁面布置了測點(diǎn)，分別采用硬度塞法和熱電偶法對(duì)額定工況下火力面17測點(diǎn)以及多工況下冷卻水腔lO個(gè)測點(diǎn)的溫度進(jìn)行了測量，并對(duì)數(shù)值計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。中北大學(xué)張瑜、裴東興、祖靜以某柴油機(jī)氣缸蓋和氣缸套溫度場分布規(guī)律為研究對(duì)象，采用k型鎳鉻-鎳硅熱電偶，進(jìn)行了存儲(chǔ)式測試。?

從國外發(fā)表的文獻(xiàn)來看，也尚無使用光纖光柵傳感器測量發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋溫度的研究。1977年日本田中茂男利用應(yīng)變片和熱電偶分別測定汽缸蓋熱應(yīng)力和溫度。日本Yasuhiro?Nozue等在1986年又利用箔式熱電偶和高溫應(yīng)變儀器進(jìn)行了類似的實(shí)驗(yàn)并分析了汽缸上的熱應(yīng)力。1991年美國的H.Zhao、N.Collings、T.Ma研制了一個(gè)通過紅外線發(fā)射監(jiān)視和記錄內(nèi)燃機(jī)缸蓋表面溫度的熱成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一個(gè)紅外掃描儀器、圖像處理設(shè)備和安裝在活塞內(nèi)的紅外線發(fā)射窗口。2009年美國威斯康星大學(xué)的Dennis?M.Ward利用嵌入活塞表面的光纖光柵溫度傳感器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞溫度進(jìn)行了研究，介紹了傳感器的安裝及測試中可能出現(xiàn)的問題。?

之前的各項(xiàng)研究，不論方法如何，均是采用的熱電偶作為傳感器測量缸蓋溫度場。而熱電偶作為傳感器檢測溫度，速度慢，測量誤差大，安裝調(diào)試復(fù)雜，且不便于遠(yuǎn)距離傳輸。?