一种可变压缩比的发动机试验台架及其试验方法
专利汇可以提供一种可变压缩比的发动机试验台架及其试验方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 属于 汽车 制造工艺装备的技术领域，公开了一种可变压缩比的 发动机 试验台架，在所述的试验台架中设液压 传动系统 ，所述的 气缸 体(11)两端的 支撑 板之间，通过所述的液压传动系统中的 液压缸 (1)连接，即一个支撑板与液压缸体连接，另一个与液压缸 活塞 杆连接，其中一个支撑板与所述的试验台架固定。采用上述技术方案，使本发明可连续地实现压缩比的改变；可以缩短确定发动机的理想压缩比周期；可以快捷地获得压缩比对发动机燃烧性能的影响参数；扩大应用范围，既可以做 汽油 机的台架试验，也可以做柴油机的台架试验；根据需要，还可以将缸体做成透明的，实现燃烧过程 可视化 。，下面是一种可变压缩比的发动机试验台架及其试验方法专利的具体信息内容。
1.一种可变压缩比的发动机试验台架，用于发动机的性能试验，所述的发动机包括气缸体(11)、活塞(12)、连杆(5)和曲轴(6)，所述的气缸体(11)的两端分别与两个平行的支撑板连接，其特征在于：在所述的试验台架中设液压传动系统，所述的气缸体(11)两端的支撑板之间，通过所述的液压传动系统中的液压缸(1)连接，即一个支撑板与液压缸体连接，另一个与液压缸活塞杆连接，其中一个支撑板与所述的试验台架固定。
2.按照权利要求1所述的可变压缩比的发动机试验台架，其特征在于：所述的两个支撑板水平设置，其中的一件为下支撑板(7)，固定在试验台架上，所述的气缸体(11)通过气缸体支撑套(2)与下支撑板(7)连接，气缸体(11)与气缸体支撑套(2)固定连接，所述的气缸体支撑套(2)与下支撑板(7)之间为轴向滑动连接，所述的气缸体(11)的上端与上支撑板(9)固定连接，所述的曲轴(6)轴线在试验台架上的位置固定，且是在下支撑板(7)的下方通过所述的连杆(5)与活塞(12)连接。
3.按照权利要求2所述的可变压缩比的发动机试验台架，其特征在于：所述的气缸体(11)的上端与上支撑板(9)连接结构为：设气缸盖组件(10)，并分别与气缸体(11)、上支撑板(9)固定连接。
4.按照权利要求1或2或3所述的可变压缩比的发动机试验台架，其特征在于：所述的液压传动系统还设有液压泵(25)、液压换向阀(21)、进油路(23)、回油路(24)及液压油管(3)，所述的液压泵(25)通过进油路(23)、液压换向阀(21)及液压油管(3)分别与所述的液压缸(1)的两个油腔相通。
5.按照权利要求4所述的可变压缩比的发动机试验台架，其特征在于：所述的液压泵(25)由液压伺服电机(20)驱动；所述的液压换向阀(21)是由电磁驱动的换向阀。
6.按照权利要求5所述的可变压缩比的发动机试验台架，其特征在于：所述的试验台架上设台架系统电控单元(26)，并通过信号线路分别与所述的液压换向阀(21)和液压伺服电机(20)连接，分别向液压换向阀(21)和液压伺服电机(20)发出运行指令；在所述的进油路(23)上设液压系统压力传感器(19)，并通过信号线路分别与所述的台架系统电控单元(26)连接，向台架系统电控单元(26)传送液压泵(25)的输出油压信号。
7.按照权利要求3所述的可变压缩比的发动机试验台架，其特征在于：所述的试验台架上设台架系统电控单元(26)，所述的气缸盖组件(10)上设进气压力传感器(13)、缸内压力传感器(14)和温度传感器(15)，上述传感器分别通过信号线路与所述的台架系统电控单元(26)连接，向台架系统电控单元(26)传送相应物理量的信号。
8.按照权利要求2或3所述的可变压缩比的发动机试验台架，其特征在于：所述的试验台架上设台架系统电控单元(26)，在所述的上支撑板(9)与下支撑板(7)之间，设导向柱(8)，在下支撑板(7)上设与所述的导向柱(8)相配合的导套(27)，并与导向柱(8)形成滑动配合，在所述的导套(27)上设台架状态传感器(16、17)，并分别通过信号线路与所述的台架系统电控单元(26)连接，向台架系统电控单元(26)传送上支撑板(9)与下支撑板(7)之间的距离大小的信号。
9.按照权利要求2或3所述的可变压缩比的发动机试验台架，其特征在于：所述的试验台架上设台架系统电控单元(26)，在所述的曲轴(6)上设转速传感器(18)，并通过信号线路与所述的台架系统电控单元(26)连接，向台架系统电控单元(26)传送发动机曲轴(6)的转速信号。
10.按照权利要求7所述的可变压缩比的发动机试验台架所采用的试验方法，其特征在于：
安装在所述的试验台架上的各传感器，将发动机的实时工作状态反馈给台架系统电控单元(26)；
台架系统电控单元(26)根据各传感器反馈的参数来分析判断发动机的工作状态，决定是否需要改变压缩比或其它执行参数；
如果需要改变压缩比，那么台架系统电控单元(26)给液压伺服电机(20)及液压换向阀(21)发出切换信号，给液压缸(1)供油，使液压缸(1)推动气缸缸盖上升或下降，使发动机气缸压缩比改变；
调整试验台架上的液压缸(1)的升程，使之调整到合适的压缩比，使燃烧能稳定地进行；
如果不需要改变压缩比，那么液压换向阀(21)自动处于中位，液压换向阀(21)闭锁，液压缸(1)的活塞杆锁止，发动机气缸位置稳定不变；
通过喷油器、EGR阀来改变发动机的工作状态，获得不同状态下的发动机运行参数。
技术领域
本发明属于汽车制造工艺装备的技术领域，涉及汽车发动机的测试试验设备，更具体地说，本发明涉及一种可变压缩比的发动机试验台架。另外，本发明还涉及所述的发动机试验台架采用的试验方法。
背景技术
新型的低温燃烧系统，要求在不同的工况时采用不同的压缩比。在中、低负荷时，为了改善发动机的排放水平，要求降低燃烧温度和爆发压力，需要采用较小的压缩比；而在全负荷时，为了保证发动机的性能，需要采用大的压缩比来提高发动机的功率和扭矩。这种在不同工况条件下，对压缩比的要求差异，使得可变压缩比技术在发动机上的应用受到广泛地关注。在实现可变压缩比在发动机上的应用之前，必须先通过试验验证，所以可变压缩比的台架试验系统对这种技术的实现变得非常需要。为了能使低温燃烧技术在全负荷工况范围内实现，可变压缩比技术的应用是非常有必要的。伴随着发动机燃烧特性对可变压缩比的要求，自然也需要一套可以实现可变压缩比的发动机的台架试验系统。
目前对可变压缩比发动机的研究在国外已经比较普遍，但是能实现可变压缩比功能的成果比较少，且结构复杂。尤其在试验台架系统这方面，国外的技术比较成熟，但是在国内基本还没有类似的技术。国内目前也在研究有关发动机的新型燃烧模式，以改善法规对排放的要求及顾客对性能和经济性的要求。要想实现全负荷工况范围内的低温燃烧，可变压缩比技术是必不可少的。因为这种燃烧的特性决定了不同工况点对燃烧室边界条件的要求是不一样的。为了能满足发动机可变压缩比的试验要求，一种可变压缩比台架系统也就变得不可或缺。
发明内容
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：所提供的这种可变压缩比的发动机试验台架，用于发动机的性能试验，所述的发动机包括气缸体、活塞、连杆和曲轴，所述的气缸体的两端分别与两个平行的支撑板连接，在所述的试验台架中设液压传动系统，所述的气缸体两端的支撑板之间，通过所述的液压传动系统中的液压缸连接，即一个支撑板与液压缸体连接，另一个与液压缸活塞杆连接，其中一个支撑板与所述的试验台架固定。
为使本发明更加完善，还就上述技术方案进一步提出了以下更为详尽和具体的技术方案，以获得最佳的实用效果，更好地实现发明目的，并提高本发明的新颖性和创造性：
所述的两个支撑板水平设置，其中的一件为下支撑板，固定在试验台架上，所述的气缸体通过气缸体支撑套与下支撑板连接，气缸体与气缸体支撑套固定连接，所述的气缸体支撑套与下支撑板之间为轴向滑动连接，所述的气缸体的上端与上支撑板固定连接，所述的曲轴轴线在试验台架上的位置固定，且是在下支撑板的下方通过所述的连杆与活塞连接。
以上所述的气缸体的上端与上支撑板连接结构为：设气缸盖组件，并分别与气缸体、上支撑板固定连接。
以上所述的液压传动系统还设有液压泵、液压换向阀、进油路、回油路及液压油管，所述的液压泵通过进油路、液压换向阀及液压油管分别与所述的液压缸的两个油腔相通。
以上所述的液压泵由液压伺服电机驱动；所述的液压换向阀是由电磁驱动的换向阀。
以上所述的可变压缩比的发动机试验台架上设台架系统电控单元(ECU)。下面的技术方案均匀与该电控单元有关：
台架系统电控单元(ECU)通过信号线路分别与所述的液压换向阀和液压伺服电机连接，分别向液压换向阀和液压伺服电机发出运行指令；在所述的进油路上设液压系统压力传感器，并通过信号线路分别与所述的台架系统电控单元(ECU)连接，向台架系统电控单元(ECU)传送液压泵的输出油压信号。
以上所述的气缸盖组件上设进气压力传感器、缸内压力传感器和温度传感器，上述传感器分别通过信号线路与所述的台架系统电控单元(ECU)连接，向台架系统电控单元(ECU)传送相应物理量的信号。
在所述的上支撑板与下支撑板之间，设导向柱，在下支撑板上设与所述的导向柱相配合的导套，并与导向柱形成滑动配合，在所述的导套上设台架状态传感器、，并通过信号线路与所述的台架系统电控单元(ECU)连接，向台架系统电控单元(ECU)传送上支撑板与下支撑板之间的距离大小的信号。
在所述的曲轴上设转速传感器，并通过信号线路与所述的台架系统电控单元(ECU)连接，向台架系统电控单元(ECU)传送发动机曲轴的转速信号。
本发明所要解决的第二个问题是，提供上述可变压缩比的发动机试验台架所采用的试验方法，其发明目的与上述技术方案是相同的。该方法的具体技术方案是：
安装在所述的试验台架上的各传感器，将发动机的实时工作状态反馈给台架系统电控单元(ECU)；
台架系统电控单元(ECU)根据各传感器反馈的参数来分析判断发动机的工作状态，决定是否需要改变压缩比或其它执行参数；
如果需要改变压缩比，那么台架系统电控单元(ECU)给液压伺服电机及液压换向阀发出切换信号，给液压缸供油，使液压缸推动气缸缸盖上升或下降，以使发动机气缸压缩比改变；
调整试验台架上的液压缸的升程，使之调整到合适的压缩比，使燃烧能稳定地进行；
如果不需要改变压缩比，那么液压换向阀自动处于中位，液压换向阀闭锁，液压缸的活塞杆锁止，发动机气缸位置稳定不变；
通过调整喷油器、EGR阀、涡流控制阀来改变发动机的工作状态，获得不同状态下的发动机运行参数。
采用上述技术方案，使本发明可连续地实现压缩比的改变；可以缩短确定发动机的理想压缩比周期；可以快捷地获得压缩比对发动机燃烧性能的影响参数；扩大应用范围，既可以做汽油机的台架试验，也可以做柴油机的台架试验；根据需要，还可以将缸体做成透明的，实现燃烧过程可视化。系统结构简单，控制方便。
附图说明
下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明的结构及信号传递关系示意图；
图2为本发明中的试验台架的安装发动机的结构示意图；
图3为本发明中的试验台架试验时减小压缩比的状态示意图；
图4为本发明中的试验台架试验时增大压缩比的状态示意图。
图中标记为：1、液压缸，2、气缸体支撑套，3、液压油管，4、限位螺母，5、连杆，6、曲轴，7、下支撑板，8、导向柱，9、上支撑板，10、气缸盖组件，11、气缸体，12、活塞，13、进气压力传感器，14、缸内压力传感器，15、温度传感器，16、台架状态传感器，17、台架状态传感器，18、转速传感器，19、液压系统压力传感器，20、液压伺服电机，21、液压换向阀，22、油箱，23、进油路，24、回油路，25、液压泵，26、台架系统电控单元(ECU)，27、导套。
具体实施方式
如图1、图2所表达的本发明的结构，本发明为一种可变压缩比的发动机试验台架，用于对发动机的性能试验，所述的发动机包括气缸体11、活塞12、连杆5和曲轴6，所述的气缸体11的两端分别与两个平行的支撑板连接。
为了解决在本说明书背景技术部分所述的目前公知技术存在的问题并克服其缺陷，实现在发动机台架试验过程中，能方便地进行压缩比的调节，获得不同压缩比下的试验参数的发明目的，本发明采取的技术方案为：
本发明所提供的这种可变压缩比的发动机试验台架中设液压传动系统，所述的气缸体11两端的支撑板之间，通过所述的液压传动系统中的液压缸1连接，即一个支撑板与液压缸体连接，另一个与液压缸活塞杆连接，其中一个支撑板与所述的试验台架固定。
采用液压传动技术，使液压系统中的液压缸1推动发动机缸盖组合上下移动，同时带动气缸体11一起上下移动，进而改变活塞12顶部到缸盖下平面的距离，以实现改变燃烧室容积，达到改变发动机的压缩比目的。因为曲轴6的轴线位置不变。该台架系统改变压缩比的关键就是，改变了活塞顶部到缸盖下平面的距离，使燃烧室容积发生变化，实现压缩比的改变。如图3和图4所示，当液压缸1升高时，燃烧室的容积增大，压缩比降低；当液压缸1下降时，燃烧室容积减小，压缩比增大。
采用液压传动系统进行气缸压缩比的控制，动作灵敏，运行平稳，连续可调，控制方便，工作可靠。易于通过电控单元进行调节、控制。可连续地实现压缩比的改变；可以缩短确定发动机的理想压缩比周期；可以快捷地获得压缩比对发动机燃烧性能的影响参数；扩大应用范围，既可以做汽油机的台架试验，也可以做柴油机的台架试验；另外，还可根据需要，将缸体做成透明的，实现燃烧过程的可视化。
为使更清楚和详细地介绍本发明的实施方式，下面通过所推荐的若干实施示例，对本发明进行具体的描述：
实施例一：气缸的连接、固定方式。
两个支撑板水平设置，其中的一件为下支撑板7，固定在试验台架上，气缸体11通过气缸体支撑套2与下支撑板7连接，气缸体11与气缸体支撑套2固定连接，所述的气缸体支撑套2与下支撑板7之间为轴向滑动连接，所述的气缸体11的上端与上支撑板9固定连接。
在液压缸1的底端，用限位螺母4锁止，防止运动幅度过大而从下支撑板7上滑出。
上述结构确保气缸体11与下支撑板7之间进行相对运动，实现压缩比的改变。
实施例二：曲轴安装位置及连接固定方式。
曲轴6的轴线在试验台架上的位置固定，且是在下支撑板7的下方通过连杆5与活塞12连接。
由于曲轴6轴线的相对于试验台架的位置不变，而气缸体11上下可调，所以实现了气缸压缩比的可调。
实施例三：气缸体11的上端连接结构(即气缸盖组件10)。
气缸体11的上端与上支撑板9连接结构为：设气缸盖组件10，并分别与气缸体11、上支撑板9固定连接。
其中气缸体11和气缸盖组件10是通过汽缸螺栓连接在一起，这种连接方式的目的，第一是为了密封燃烧室；第二是为了使气缸体11可以和缸盖组件10一起升降。
实施例四：液压系统结构。
所述的液压传动系统还设有液压泵25、液压换向阀21、进油路23、回油路24及液压油管3，所述的液压泵25通过进油路23、液压换向阀21及液压油管3分别与所述的液压缸1的两个油腔相通。
该液压传动系统的液压回路为：当液压换向阀21处于某一工作位时，由液压伺服电机20驱动液压泵25，从油箱22泵油，通过进油路23、液压换向阀21、液压油管3进入液压缸1的一个油腔，实现活塞杆的运动；此时，液压缸1的一个油腔的液压油通过液压换向阀21及回油路24返回油箱22。当活塞杆需要反向运动时，只需要将液压换向阀21换到另一个工作位即可。液压换向阀21是由ECU控制的电磁换向阀。
实施例五：液压系统驱动结构。
液压泵25由液压伺服电机20驱动。
采用液压伺服电机20的目的在于，可以实现由台架系统电控单元26(ECU)对其工作状态的控制，如启动、停止、供油流量的大小等，满足不同压缩比及调整速度快慢的要求。
实施例六：液压系统换向方式。
液压换向阀21是由电磁驱动的换向阀。
采用电磁驱动的换向阀的目的是可以实现由台架系统电控单元26(ECU)对其工作状态的控制，使其处于不同的位置，如工作位(左位、右位)或中位(停止工作)。该液压换向阀21为三位四通电磁换向阀，在通常情况下是处在中位位置，不向液压缸1供油；只有接收到ECU发出的切换信号后，才执行向其中的一个工作档位的切换。
当液压缸1的升程调整到位后，液压换向阀21自动跳到中位档，不对液压缸1供油，使液压缸1的两个油腔压力保持不变，活塞杆无法运动，也就固定了缸盖组合的位置，使之不会在混合汽燃烧过程中发生上下窜动，起到限位的作用。
实施例七：采用台架系统电控单元26(ECU)的示例。
试验台架上设台架系统电控单元26，即图1中的ECU。
液压泵1的升程是通过台架系统电控单元26(ECU)控制的。试验用的台架系统电控单元26(ECU)，其内部参数是可以根据工况需要，随时进行修改。在试验过程中，台架系统电控单元26(ECU)根据各种传感器的反馈数据，确定此刻发动机的工作状态。台架系统电控单元26(ECU)根据发动机的工作状态来确定发动机该使用多大的压缩比，然后通过液压伺服电机20、液压换向阀21来控制液压缸1的升程，改变压缩比。
实施例八：液压系统控制方式。
台架系统电控单元26(ECU)通过信号线路分别与所述的液压换向阀21和液压伺服电机20连接，分别向液压换向阀21和液压伺服电机20发出运行指令。
ECU根据各传感器传来的参数，分析判断发动机的工作状态，决定是否需要改变压缩比或其它执行参数；如果需要改变压缩比，那么ECU给液压伺服电机20及液压换向阀21发出切换信号，给液压泵25供油，供油的流量由液压伺服电机20控制，使液压缸1推动缸盖上升或下降，以达到改变压缩比的目的。
实施例九：液压系统进油压力信号的采集。
在所述的进油路23上设液压系统压力传感器19，并通过信号线路分别与所述的台架系统电控单元26(ECU)连接，向台架系统电控单元26(ECU)传送液压泵25的输出油压信号。
液压系统压力传感器19的传感器型号可为KYB18Go4V&6V系列，量程根据需要确定。
实施例十：气缸信号的采集。
气缸盖组件10上设进气压力传感器13、缸内压力传感器14和温度传感器15，上述传感器分别通过信号线路与所述的台架系统电控单元26(ECU)连接，向台架系统电控单元26(ECU)传送相应物理量的信号。
进气压力传感器13和缸内压力传感器14的传感器型号为KYB18Go4V&6V系列，量程根据需要确定。温度传感器15(包括进气温度、冷却液温度、缸盖和缸体温度等)，型号为WZP-XXX(XXX为最大量程)，量程根据需要确定。
实施例十一：上、下支撑板相对位置信号的采集。
在所述的上支撑板9与下支撑板7之间，设导向柱8，在下支撑板7上设与所述的导向柱8相配合的导套27，并与导向柱8形成滑动配合，在所述的导套27上设台架状态传感器16、台架状态传感器17，并通过信号线路与所述的台架系统电控单元26(ECU)连接，向台架系统电控单元26(ECU)传送上支撑板9与下支撑板7之间的距离大小的信号。
台架状态传感器16和台架状态传感器17，即感知台架所处的工作压缩比状态，主要是缸盖位置传感器，使用的是光栅传感器，型号可为PP2009/3；是用来确定液压缸1的升程，也就是确定发动机的压缩比。
在导向柱8的底端，用限位螺母4锁止，防止运动幅度过大而从下支撑板7上滑出。
实施例十二：发动机转速信号的采集。
在所述的曲轴6上设转速传感器18，并通过信号线路与所述的台架系统电控单元26(ECU)连接，向台架系统电控单元26(ECU)传送发动机曲轴6的转速信号。
转速传感器18实质上是一个测速发电装置，转速越大，产生的电压越高。反之亦然。当ECU获得相应的速度信号后，分析判断并分别向液压换向阀21和液压伺服电机20发出运行指令，进行适当调节控制。
实施例十三：
上述可变压缩比的发动机试验台架所采用的试验方法如下：
安装在所述的试验台架上的各传感器，将发动机的实时工作状态反馈给台架系统电控单元26(ECU)；
ECU根据这些参数来分析判断发动机的工作状态，决定是否需要改变压缩比或其它执行参数；
如果需要改变压缩比，那么ECU给液压伺服电机20及液压换向阀21发出切换信号，给液压缸1供油，使液压缸1推动气缸缸盖上升或下降，以使发动机气缸压缩比改变；
调整试验台架上的液压缸1的升程，使之调整到合适的压缩比，使燃烧能稳定地进行；
如果不需要改变压缩比，那么液压换向阀21自动处于中位，液压换向阀21闭锁，液压缸1的活塞杆锁止，发动机气缸位置稳定不变；
通过喷油器、EGR阀来改变发动机的工作状态，获得不同状态下的发动机运行参数。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
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