技术领域
[0001] 本
发明为柴油
发动机技术领域，具体涉及一种内燃机侧置式可变气门的测试机构、平台及测试方法。
背景技术
[0002] 对于没有
可变气门正时技术的普通发动机而言，进、排气门开闭的时间都是固定的，而且
气门升程也是固定不可变的，也就是
凸轮轴的凸轮型线只有一种。这种固定不变的气门正时和气门升程很难顾及到发动机在不同转速和工况时的需要。固定不变的进气、排气节奏阻碍了发动机效率的提升，其结果是发动机既得不到最佳的高速效率，也得不到最佳的低速
扭矩，造成了该升程不可能使发动机在高速区和低速区都得到良好响应。
[0003] 可变气门正时技术使发动机在高速区和低速区都能得到满足需求的气门升程，从而改善发动机高速功率和低速扭矩。其中，合理选择配气正时，保证最好的充气效率hv，并在不同转速时，选择不同的气门行程，是改善发动机性能极为重要的技术问题。
[0004] 而柴油机的可变气门机构开发用以研究发动机在不同转速下，气门运动所对应的函数曲线。由于柴油机的可变气门机构开发是一项重要的工作，在开发过程中需要不断测试其性能和参数。
[0005] 目前可变气门机构的开发过程中，均为直接将可变气门机构在发动机上进行测试。这种方式一方面加大了开发的难度和周期，另一方面容易造成发动机的损坏，增加了开发成本。
[0006] 目前针对可变气门系统的测试平台较少，现有的一些可变气门测试台具有以下缺点：
[0007] 1、一部分测试台结构相对简单、功能较单一，如
专利201010213919.0提供了一种发动机可变气门正时系统性能测试台，包括
气缸盖，
凸轮轴安装在气缸盖内，凸轮轴前端与
移相器连接，凸轮轴的后端连接有光电
编码器，气门组件安装于气缸盖内且随凸轮轴转动而动作，气缸盖上安装有机油控制
阀，驱动
电机通过传动
同步带带动
曲轴链轮，曲轴链轮通过链条带动移相器，曲轴链轮下方设置有曲轴
位置传感器，液压油从气缸盖上设置的进油口进入和出油口流出。这类测试台所能完成的测试项目和气门的测试行程较为有限，多数仅可用于一些较小的发动机使用。
[0008] 2、也有一部分的测试平台可以完成相关性能试验和可靠性试验等，如专利200910226342.4公开了一种
汽油发动机可变气门正时性能试验装置，包括试验
工作台、液压部分和控制部分，液压部分与实验工作台管路连接，控制部分与实验工作台和液压部分线路连接，所述的试验工作台包括
机架，被测试件设置在机架上，机架上还设置有
驱动电机和
传动轴，在驱动电机
输出轴与传动轴之间设有扭矩传感器，传动轴与被测试件传动连接，驱动电机带动传动轴转动以实现被测试件的转动。但是这类测试台针对可变气门零部件的监测数据不完整，且需要在发动机上进行测试，造成了研发成本较高。
发明内容
[0009] 为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种内燃机侧置式可变气门的测试机构、平台及测试方法，以满足对需开发的侧置式可变气门机构的关键参数和性能的测试。
[0010] 根据本发明的一个方面，提供了一种内燃机侧置式可变气门的测试机构，包括：
[0012] 凸轮轴，与电动机传动连接；
[0013] 挺柱，用以将所述凸轮轴的推力传递给
推杆，其内部设有液压
活塞；
[0014] 推杆，一端与挺柱连接，另一端通过线性传力机构与气门组件连接，通过带动气门组件的运动实现气门的打开和关闭，
[0015] 气缸盖，设有供气门组件密封穿过的过孔，其内部构成用以容纳气门头部动作行程的
密闭空间；
[0016] 液压油供油系统，用以为所述液压活塞提供循环的液压油路；
[0017]
数据采集系统，通过传感器组来测量并采集被测性能的试验参数；
[0018] 控制系统，通过控制所述凸轮轴不同的转速和液压活塞不同的行程，得到具有不同运动函数曲线的气门升降行程。
[0019] 该试验平台，可以模拟可变气门机构开发过程中气门机构在发动机上的测试状态，同时实现对气门机构关键参数和性能的测试、以及气门机构可靠性测试，避免了直接用发动机对可变气门进行测试所带来的开发难度和周期，节约了测试成本。
[0020] 在挺柱内设置液压活塞，实现凸轮旋转和液压系统对气门运动的双重控制，一方面增加了气门的行程，另一方面可以测试气门的不同运动函数曲线的可变情况，为可变气门的研发提供了有利支持。
[0021] 线性传力机构包括
摇臂组件，所述摇臂组建的一侧臂与所述推杆连接，另一侧臂与被测的气门组件连接。凸轮轴的旋转和液压活塞中
活塞杆的升降带动推杆运动，使摇臂组件的一侧臂升起或下降，进而带动与另一侧臂连接的气门组件的线性运动，实现气门升降行程的控制。
[0022] 所述凸轮轴和所述挺柱之间设有用以传递凸轮轴推力的滚轮。
[0023] 电动机与凸轮轴之间通过减速器传动连接，减速器的输入端与电机的输出端连接，减速器的输出端与凸轮轴的输入端连接。在电动机与凸轮轴之间设置减速器可以起到匹配转速和传递转矩的作用。
[0024] 凸轮轴的两端通过
法兰盘固定连接，减速器与凸轮轴之间为平键连接。
[0025] 液压供油系统包括液压站、高压油管、
电磁阀，通过高压油管连接液压站和设于挺柱上的
气缸组件，高压油管上设有电磁阀。
[0026] 数据采集系统包括PC机和高速数据采集卡，PC机与高速数据采集卡相连，用于各类传感器
信号的实时显示与存储；高速数据采集卡用于同时采集各类传感器信号，并将采集的
信号处理成PC机能接收读取的数值信号。
[0027] 数据采集系统还包括用以测量凸轮瞬时转速的光电编码器，光电编码器根据凸轮的瞬时转速信号将采集触发信号发送至高速数据采集卡。
[0028] 传感器组还包括安装在推杆上靠近摇臂组件处的推杆应变片，主要用以监测推杆组件在可变气门机构运行过程中的形变量，特别是附加升程产生时推杆的形变量，避免因推力过大而造成推杆组件及其它零部件的损坏。
[0029] 传感器组还包括用以测量摇臂组件摆动
角度的转
角位移传感器，转角位移传感器安装在摇臂组件上，跟摇臂组件同步转动，主要监测液压可变气门机构运行时气门总升程的变化，避免气门因附加升程过大而与活塞碰撞，优化气门最佳的附加升程。
[0030] 数据采集系统还包括设在高压油管上的多个传感器座，传感器座的内部设有通孔，通孔的两端通过高压油
管接头与高压油管连接；传感器座的表面设有与通孔相通的用以安装测量
流体特性的传感器的安装孔。传感器座的独特设计，使得液压油相关特性的测量更加方便，测试项目也更加全面。
[0031] 传感器座上的通孔包括用以与电磁阀的进、回口相通的通孔进油孔和通孔回油孔。
[0032] 测量流体特性的传感器包括常规
压力传感器、瞬时压力传感器和/或
温度传感器。
[0033] 常规压力传感器安装在液压站液压油出口后的传感器座上；瞬时压力传感器布设在电磁阀与常规压力传感器之间、和/或电磁阀与设于挺柱上的气缸组件之间，用于监测并采集液压活塞腔及整个液压油路中液压油的瞬时压力值。
[0034] 根据本发明的另一个方面，提供一种内燃机侧置式可变气门的测试平台，包括：
[0035] 第一平板，用以直接承载电动机，并作为其他结构的承载
底板；
[0036] 第二平板，通过第一立柱固定在第一平板上，用以承载与电动机传动连接的减速器和凸轮轴；
[0037] 第三平板，通过与第二平板垂直连接的第二立柱和/或与第一平板垂直连接的第三立柱进行固定，其上设有用以固定挺柱的挺柱座，并设有与气缸对齐的第三通孔；
[0038] 多个用以容置气缸组件的第四平板，各第四平板上均设有与第三通孔对齐的第四通孔，第四平板通过布设于第四通孔内的销套堆叠置于第三平板上。
[0039] 第一平板的底部设有螺杆式千斤顶，以整体调节试验平台的高度和平整度。
[0040] 第二平板上设有用以凸轮轴悬空的第一矩形孔。
[0041] 第一支柱、第二支柱和第三支柱上设有用以调节平台高度的中空圆形
垫片。
[0042] 第一、第二、第三、第四平板上均设有平板吊
耳孔。
[0043] 根据本发明的第三个方面，提供一种内燃机侧置式可变气门的测试方法，包括以下步骤：
[0044] 电动机通过传动机构带动凸轮轴转动，挺柱和推杆将凸轮轴的轴向转动转换为气门组件的线性运动；
[0045] 控制系统通过同时
控制凸轮轴的转速和设于挺柱内的液压活塞的运动行程，得到具有不同运动函数曲线的气门升降行程；
[0046] 通过改变液压系统的控制
相位，得到不同变化规律的气门升降行程规律和/或对应的推杆应变。
[0047] 通过将液压系统的控制相位与气门升降行程相对应，得到液压系统控制相位对气门升降行程的影响规律，和/或通过将液压系统的控制相位与推杆应变相对应，得到液压系统控制相位对推杆应变的影响规律。
[0048] 采集系统通过将凸轮轴转角位置与液压系统的控
制动作对应，得到液压系统的控制相位。
[0049] 采集系统通过将凸轮轴的转角位置与气门升降行程进行对应，得到气门升降行程随凸轮转角的关系曲线。
[0050] 采集系统通过将凸轮轴的转角位置与推杆应变对应，得到推杆应变随凸轮转角相位的关系曲线。
[0051] 与
现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0052] 1、可用于侧置式气门机构的电液可变气门机构的性能测试和可变气门机构的零部件测试，功能较为全面。
[0053] 2、本发明所提供的测试平台也可用于其他的类似可变气门机构的测试，可移植性强。
[0054] 3、本发明所提供的测试平台不仅可以测试性能参数，还可以实时监控其他过程参数，保证了台架和被测对象的安全。
附图说明
[0055] 图1为可变气门机构试验平台整体结构示意图；
[0056] 图2为第一平板示意图；
[0057] 图3为第一平板A-A截面示意图；
[0058] 图4为第一平板B-B截面示意图；
[0059] 图5为第二平板示意图；
[0060] 图6为第二平板D-D截面示意图；
[0061] 图7为第二平板C-C截面示意图；
[0062] 图8为第二平板M-M截面示意图；
[0063] 图9为第三平板示意图；
[0064] 图10为第三平板E-E截面示意图；
[0065] 图11为第三平板F-F截面示意图；
[0066] 图12为第四平板示意图；
[0067] 图13为第一支柱示意图；
[0068] 图14为第二支柱示意图；
[0069] 图15为第三支柱示意图；
[0070] 图16为第一法兰盘装配图；
[0071] 图17为第二法兰盘装配图；
[0073] 图19为法兰盘、轴承支座与凸轮轴装配示意图；
[0074] 图20为供油系统示意图；
[0075] 图21为传感器安装示意图；
[0076] 001、地面，002、螺杆式千斤顶，003、第一平板，004、第一支柱，005、第二平板，006、第二支柱，007、第三支柱，008、第三平板，009、第四平板，010、气缸盖组件，011、销套，012、挺柱座，013、减速器，014、电动机，015、螺旋式千斤顶支座；
[0077] 101、第三圆柱形孔，102、第一腰形孔，103、第一圆柱形孔，104、平板吊耳孔；
[0078] 201、第二圆柱形孔，202、第二腰形孔，203、第一矩形孔，204、第一圆形通孔，205、第一沉孔，206、第三腰形孔；
[0079] 301、第二沉孔，302、第二圆形通孔，303、第二矩形孔，304、第三圆形通孔，305、第三沉孔；
[0080] 401、第四圆形通孔，402、第五圆形通孔；
[0081] 501、第一支柱，502、第二支柱，503、第三支柱，504、第一内
螺纹槽，505、圆柱形凸台，506、第二
内螺纹槽；
[0082] 601、法兰盘一，602、法兰盘二，603、第一
螺栓通孔，604、第一
定位止口；
[0083] 701、轴承支座，702、第六圆形通孔，703、第二螺栓通孔，704、第二定位止口；
[0084] 801、深沟球轴承；
[0085] 901、机油温度传感器，902、机油回油口，903、机油出油口，904、电磁阀前压力传感器，905、电磁阀后总压力传感器，906、三通管，907、第二管路，908、第一管路，909、进回油口，910、电磁阀，911、电磁阀回油管；
[0086] A01、光电编码器，A02、转角位移传感器，A03、推杆应变片，A04、摇臂组件，A05、气缸盖。
具体实施方式
[0087] 为了更好的了解本发明的技术方案，下面结合
说明书附图和具体
实施例对本发明作进一步说明。
[0088] 实施例：
[0089] 内燃机侧置式可变气门的测试机构，由实验测试台架、液压油供给系统和数据采集系统三部分组成。
[0090] 如图1所示，实验台架包括：第一平板003，第二平板005、第三平板008、第四平板009、第一支柱501004、第二支柱502006、第三支柱503007、销套011、凸轮轴法兰盘一601、凸轮轴法兰盘二602、凸轮轴轴承支座701、电动机014、螺杆式千斤顶002、减速器013、凸轮轴、挺柱座012、推杆、气缸盖A05组件010。螺杆式千斤顶002通过螺旋式千斤顶支座015置于地面001上。
[0091] 第一平板003、第二平板005、第三平板008、第四平板009通过矩形
钢板加工而成，第一平板003、第二平板005、第三平板008角落四周均加工有平板吊耳孔104以方便其用行吊安装。
[0092] 如图2-图4所示，第一平板003上设有承载第一支柱501004、三的第一圆柱形孔103103和第三圆柱形孔101101各四个，及固定地脚螺丝的第一腰型孔102两个。
[0093] 如图5-图8所示，第二平板005上设有承载第二支柱502006的第二圆柱形孔201201四个，固定凸轮轴轴承支座701的第二腰形孔202202，悬空凸轮轴的第一矩形孔203203，第三支柱503007经过第二平板005的第一圆形通孔204，搭在第一支柱501004顶端的四个第一沉孔205(螺栓经第二平板005紧固于第一支柱501004顶端)，固定减速器013的四个第三腰形孔206。
[0094] 如图9-图11所示，第三平板008上设有搭在第二支柱502006顶端的四个第二沉孔301(螺栓经第三平板008紧固于第二支柱502006顶端)，搭在第三支柱503007顶端的四个第三沉孔305(螺栓经第三平板008紧固于顶端三头部)，六个固定挺柱座012的第二圆形通孔
302，放置挺柱座012的第二矩形孔303，四个使用螺栓固定第四平板009的第三圆形通孔
304。
[0095] 如图12所示，第四平板009设有四个第四圆形通孔401，一个第五圆形通孔402。
[0096] 如图13-图15所示，第一支柱501004、第二支柱502006、第三支柱503007通过柱形圆钢加工而成，顶部均设有第一内螺纹槽504，下端面均设有圆柱形凸台505，第二支柱502006下端面设有第二内螺纹槽506。第一平板003、第二平板005、第三平板008之间通过第一支柱501004、第二支柱502006、第三支柱503007相互连接，第四平板009通过销套011堆叠置于第三平板008之上。
[0097] 四根第一支柱501004的第一圆形凸台插入于第一平板003之中，并且四周电焊加固，四根第一支柱501004的顶部插入第二平板005的第二沉孔301中，并且第二平板005与第一支柱501004采用螺栓加固；四根第三支柱503007的第一圆形凸台插入于第一平板003之中，并且四周电焊加固，四根第三支柱503007的顶部插入第三平板008的第三沉孔305中，并且第三平板008与第三支柱503007采用螺栓加固，其中两根第三支柱503007的柱身穿过第二平板005的第一圆形通孔204。
[0098] 如图16、图17和图18所示，法兰盘一601、法兰盘二602外侧均加工有第一螺栓通孔603，轴上均设有第一定位止口604，法兰盘一601的轴中设有平
键槽，用于连接减速器013输出轴。轴承支座701，座身中部设有第六圆形通孔702，套于法兰盘一601、法兰盘二602，并设有第二定位止口704，轴承制作下端设有四个第二螺栓通孔703。
[0099] 电动机014安装在第一平板003上，其输出端与减速器013的输入端相连。
[0100] 如图19所示，第二平板005上分别通过第二腰形孔202和第三腰形孔206固定凸轮轴轴承支座701和减速器013，其中凸轮轴两侧通过法兰盘一601、法兰盘二602螺栓连接，深沟球轴承801套在法兰盘一601、法兰盘二602之上，凸轮轴轴承支座701套在深沟球轴承801之上，即两个深沟球轴承801通过第一定位止口604、第二定位止口704固定在法兰盘与轴承支座701之间，同时减速器013平键轴插入法兰盘一601的平键槽之中。第二平板005上的第一矩形孔203是为防止凸轮旋转过程中与第二平板005干涉而设。四根第二支柱502006的第一圆柱形凸台505插入于第二平板005之中，第二支柱502006的下端与第二平板005采用螺栓加固，并且第二支柱502006下端四周电焊加固，四根第二支柱502006的顶部插入第三平板008的第二T型孔中，并且第三平板008与第二支柱502006采用螺栓加固。
[0101] 第三平板008上所设有的六个第二圆形通孔302和一个第二矩形孔303是用于安装挺柱座012，第四平板009共计六
块通过销套011堆叠置于第三平板008之上，其中第四平板009所设的第四圆形通孔401与第三平板008所设的第三圆形通孔304对齐放置。
[0102] 气缸盖A05放置于六块第四平板009之上，第四平板009所设的第五圆形通孔402是避免与气缸盖A05下端干涉，气缸盖A05的固定通过四根定制的非标缸盖螺栓，该缸盖螺栓从气缸盖A05上端穿过第四平板009的第四圆形通孔401和第三平板008的第三圆形通孔304。
[0103] 整个实验平台的高度可以通过加工中空圆形垫片，放置于于第一支柱501004、二、三来调节，以消除加工、设计误差。实验设备(如减速器013、轴承制作、挺柱座012、气缸盖A05)也可以通过施加垫片的方法来进行轻微的高度调节。为保证测功机输出轴、减速器013、凸轮轴对中，所设的第一腰形孔102、第二腰形孔202、第三腰形孔206均可方便减速器
013及凸轮轴略微的左右移动。
[0104] 液压油供油系统：主要由液压站、高压油管、高压油管接头、
密封垫片、电磁阀910、电磁阀910座、传感器安装座等组成。
[0105] 液压站：包括液压油箱、机油
泵、液压油进、回油孔等，其中液压油进、回油孔分别与供油系统的高压油进、回油管相接。
[0106] 电磁阀910：其位于液压站和液压可变气门执行机构之间，高压油管与可变气门执行机构中液压油的通断主要受电磁阀910控制，进而控制气门附加升程的开启时刻及附加升程值。
[0107] 电磁阀910座：电磁阀910座用于电磁阀910的安装固定，
阀座上加工与电磁阀910进、回口相通的进、回油孔，在进、回油口的一侧加工与高压油管相匹配的内(外)
螺纹连接高压油管与电磁阀910。
[0108] 传感器座：其外形呈长方体，内部呈圆形通孔，在圆形通孔的两端加工与高压油管接头相匹配的内(外)螺纹，通过高压油管接头连接高压油管和传感器座，两者之间装入密封垫片密封；在传感器座的表面加工与内部圆孔相通的通
螺纹孔，用于所需传感器(如瞬时压力传感器、温度传感器等)的安装。
[0109] 具体如图20所示，液压站与高压油管之间通过机油回油口902和机油出油口903连接，进、出油口的管路液压油通过电磁阀910910进行控制。在电磁阀910与机油出油口903之间设有电磁阀910前压力传感器904，在电磁阀910和液压可变气门执行机构之间设有电磁阀910后总压力传感器905。在电磁阀910后总压力传感器905与气门执行机构之间通过三通管906将高压油管分为，进油管路907和回油管路908，二者通过进回油口909与气缸组件联通。电磁阀910与机油回油口902之间的管路为电磁阀回油管911。在液压站上设有机油温度传感器901。
[0110] 数据采集系统：如图21所示，主要由PC机、高速数据采集卡、光电编码器A01、常规压力传感器、瞬时压力传感器、温度传感器、推杆应变片A03、转角位移传感器等组成。
[0111] PC机、高速数据采集卡：PC机与高速数据采集卡相连，用于各类传感器信号的实时显示与存储；高速数据采集卡用于同时采集各类传感器信号，并将采集的信号处理成PC机能接收读取的数值信号。
[0112] 光电编码器A01：与凸轮相连并随凸轮同步转动，主要用于测量凸轮的瞬时转速，并根据凸轮的瞬时转速信号给高速数据采集卡发送采集触发信号。
[0113] 常规压力传感器：安装在液压站液压油出口后的传感器座上，主要监测液压站的供油压力是否稳定。
[0114] 瞬时压力传感器：分别安装在电磁阀910与常规压力传感器和电磁阀910与液压可变气门执行机构之间的传感器座上，用于监测并采集液压活塞腔及整个液压油路中液压油的瞬时压力值。
[0115] 温度传感器：安装在液压站和各个传感器座上，对液压油路各处的油温进行监控。
[0116] 推杆应变片A03：安装在
气门推杆靠近摇臂组件A04处，主要监测推杆组件在可变气门机构运行过程中的形变量，特别是附加升程产生时推杆的形变量，避免因推力过大而造成推杆组件及其它零部件的损坏。
[0117] 转角位移传感器A02：安装在气门摇臂组件A04上，跟摇臂组件A04同步转动，主要监测液压可变气门机构运行时气门总升程的变化，避免气门因附加升程过大而与活塞碰撞，优化气门最佳的附加升程。
[0118] 一种内燃机侧置式可变气门的测试方法，包括以下步骤：
[0119] 电动机通过传动机构带动凸轮轴转动，挺柱和推杆将凸轮轴的轴向转动转换为气门组件的线性运动；
[0120] 控制系统通过同时控制凸轮轴的转速和设于挺柱内的液压活塞的运动行程，得到具有不同运动函数曲线的气门升降行程。
[0121] 采集系统通过将凸轮轴的转角位置与气门升降行程进行对应，得到气门升降行程随凸轮转角的关系曲线。
[0122] 采集系统通过将凸轮轴转角位置与液压系统的控制动作对应，得到液压系统的控制相位。
[0123] 采集系统通过将凸轮轴的转角位置与推杆应变对应，得到推杆应变随凸轮转角相位的关系曲线。
[0124] 通过将液压系统的控制相位与气门升降行程和推杆应变相对应，得到液压系统控制相位对气门升降行程和推杆应变的影响规律。
[0125] 通过改变液压系统的控制相位，得到不同变化规律的气门升降行程规律和对应的推杆应变。
[0126] 以上描述仅为本
申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
