專利名稱：內(nèi)燃機(jī)通用型活塞溫度測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到內(nèi)燃機(jī)測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體是指內(nèi)燃機(jī)通用型活塞溫度測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
活塞是內(nèi)燃機(jī)的關(guān)鍵部件，承受機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷，活塞頂面燒蝕現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生， 測(cè)量活塞溫度是長(zhǎng)久以來(lái)的熱點(diǎn)之一。目前活塞溫度測(cè)量手段有2大類電量測(cè)量和熱塞間接測(cè)量。一、電量測(cè)量電量測(cè)量其傳感器均為熱電偶，所不同的是測(cè)量附屬機(jī)構(gòu)，其發(fā)展歷程副連桿機(jī)構(gòu)一觸點(diǎn)式測(cè)量裝置一紅外遙測(cè)一電磁感應(yīng)一芯片儲(chǔ)存式。其中觸點(diǎn)式、紅外遙測(cè)和電磁感應(yīng)本質(zhì)上是觸點(diǎn)式，只不過(guò)觸點(diǎn)的形式不一樣。芯片存儲(chǔ)式主要是見諸于國(guó)內(nèi)。副連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)思想直接將一般的測(cè)溫手段運(yùn)用于活塞溫度測(cè)量上，存在的最大不足是各連桿在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行時(shí)，鉸鏈處的熱電偶絲疲勞折斷；另外附屬機(jī)構(gòu)對(duì)內(nèi)燃機(jī)的改動(dòng)大；觸點(diǎn)式就是為解決在副連桿鉸鏈處熱電偶絲疲勞折斷這個(gè)局限，帶來(lái)了結(jié)構(gòu)進(jìn)一步冗贅，隨著內(nèi)燃機(jī)越來(lái)越緊湊，通用性差，而且也帶來(lái)新的標(biāo)定問(wèn)題，可靠性不足。例如紅外遙測(cè)技術(shù)，不能保證紅外波長(zhǎng)信號(hào)不丟失；電磁感應(yīng)方法信號(hào)微弱，不能排除內(nèi)燃機(jī)震動(dòng)對(duì)感應(yīng)信號(hào)的干擾，可靠性差；但由于采用了熱電偶作為測(cè)量傳感器，測(cè)量精度高，可以連續(xù)測(cè)量多個(gè)工況。芯片存儲(chǔ)式測(cè)量方法，只有在國(guó)內(nèi)有所嘗試，這是新思路，但過(guò)于激進(jìn)，直接測(cè)量?jī)?nèi)燃機(jī)瞬態(tài)溫度，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)量太大，目前的存儲(chǔ)芯片存儲(chǔ)能力不能勝任，有效工作時(shí)間太短；更為關(guān)鍵的是不能將曲軸的轉(zhuǎn)速信號(hào)實(shí)時(shí)記錄，活塞溫度的瞬態(tài)測(cè)量丟失曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)，由于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與熱電偶傳感器在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)沒(méi)有相對(duì)位移，可靠性則大為提尚ο二、熱塞間接測(cè)量熱塞測(cè)量是以硬度塞和低熔點(diǎn)合金為傳感器，主要見諸于國(guó)內(nèi)文章。熱塞測(cè)量沒(méi)有附屬機(jī)構(gòu)，工作可靠，安裝方便，被國(guó)內(nèi)外在活塞溫度測(cè)量時(shí)實(shí)際采用。使用思想是先將它們的物理特性測(cè)試出來(lái)，然后用同一批的其它熱塞完成內(nèi)燃機(jī)活塞溫度測(cè)量，根據(jù)試驗(yàn)后測(cè)點(diǎn)熱塞的物理性能的變化值反求出測(cè)點(diǎn)的溫度；它們主要缺點(diǎn)是測(cè)量精度低，國(guó)外叫作熱評(píng)估，實(shí)際上也是間接估算出活塞穩(wěn)態(tài)工況下的溫度，并非嚴(yán)格意義上的測(cè)量，所以在國(guó)外公開發(fā)表的文章中鮮有所聞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠、高精度、高效的內(nèi)燃機(jī)通用型活塞溫度測(cè)量裝置。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，一種內(nèi)燃機(jī)通用型活塞溫度測(cè)量裝置，其特征在于，該裝置包括第一、第二隔溫盒，第一、第二固定座，模擬開關(guān)電路模塊，存儲(chǔ)器模塊和熱電偶；第一、第二隔溫盒均為長(zhǎng)方體，分別通過(guò)固定座固定在活塞的二個(gè)銷座上，其靠近
3活塞外表面的側(cè)棱a距離活塞外表面的距離大于等于0. 8mm，第一、第二隔溫盒之間的距離大于等于內(nèi)燃機(jī)連桿小頭的厚度；熱電偶測(cè)溫觸點(diǎn)采用悶頭，測(cè)溫觸點(diǎn)與悶頭采用高溫導(dǎo)熱絕緣膠封裝，封裝導(dǎo)線采用兩層結(jié)構(gòu)封裝，內(nèi)層采用絕緣層，外層采用高溫耐油套管；模擬開關(guān)電路模塊被封裝在第一隔溫盒內(nèi)，它包括CPU、傳感器接口、熱電偶冷端補(bǔ)償電路和啟動(dòng)觸發(fā)開關(guān)，傳感器接口的一端分別與熱電偶及熱電偶冷端補(bǔ)償電路相連； 傳感器接口的另一端與CPU相連，啟動(dòng)觸發(fā)開關(guān)也連接在CPU上；儲(chǔ)存器模塊被封裝在第二隔溫盒內(nèi)，它通過(guò)導(dǎo)線與模擬開關(guān)電路模塊相連，儲(chǔ)存器模塊帶有電子時(shí)鐘，定期采集并存儲(chǔ)熱電偶的數(shù)據(jù)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于同一內(nèi)燃機(jī)，一次試驗(yàn)可以測(cè)量出一系列穩(wěn)定工況下的活塞溫度，提高了活塞溫度測(cè)量的效率，縮短了穩(wěn)態(tài)溫度測(cè)量的測(cè)試時(shí)間，使不同工況下的穩(wěn)態(tài)活塞溫度測(cè)量過(guò)程大大簡(jiǎn)化；對(duì)使用相同活塞的系列機(jī)型，本裝置可以原樣不動(dòng)的使用； 不同類型活塞，只需改動(dòng)固定座與模塊的尺寸，即可進(jìn)行活塞溫度的測(cè)量。


圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是固定座示意圖，其中，2. 1是主視圖，2. 2是俯視圖；圖3是模擬開關(guān)電路模塊示意圖；圖4是熱電偶補(bǔ)償電路示意圖；圖5是測(cè)量裝置系統(tǒng)誤差；圖6是存儲(chǔ)器模塊中一個(gè)周期內(nèi)的測(cè)量數(shù)據(jù)截屏；圖7是發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)過(guò)程中，隔溫盒內(nèi)實(shí)測(cè)的溫度值；圖8是外特性上lOOOr/min時(shí)，測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)溫度值；圖9是發(fā)動(dòng)機(jī)外特性上不同轉(zhuǎn)速下的溫度值。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，內(nèi)燃機(jī)通用型活塞溫度測(cè)量裝置包括第一、第二隔溫盒1和2，第一、 第二固定座3和4，模擬開關(guān)電路模塊5，存儲(chǔ)器模塊6和熱電偶7。第一、第二隔溫盒1和2分別通過(guò)固定座固定在活塞的二個(gè)銷座上，第一、第二隔溫盒1和2的側(cè)棱a距離活塞外表面大于等于0. 8mm,隔溫盒的外形是長(zhǎng)方體，隔溫盒外壁采用不銹鋼制作，隔溫盒內(nèi)壁采用2層絕熱板和云母片設(shè)計(jì)；兩個(gè)隔溫盒的之間的距離不小于內(nèi)燃機(jī)連桿小頭厚度值。模擬開關(guān)電路模塊5具有熱電偶補(bǔ)償電路和啟動(dòng)觸發(fā)開關(guān)8和傳感器接口，被封裝在隔溫盒1內(nèi)。模擬開關(guān)電路具有可編程性，根據(jù)需要可以調(diào)解其開閉頻率。有待機(jī)模式和工作模式；電路處在工作模式時(shí)，周期適時(shí)開閉。待機(jī)模式時(shí)，模擬開關(guān)模塊只有觸發(fā)開關(guān)8處在工作狀態(tài)，整個(gè)模塊處在低功耗狀態(tài)。模擬開關(guān)電路模塊與存儲(chǔ)器模塊用導(dǎo)線連接。儲(chǔ)存器模塊6自帶電子時(shí)鐘，它與模擬開關(guān)電路模塊5通過(guò)導(dǎo)線連接，定期進(jìn)行熱電偶7的數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)；儲(chǔ)存器模塊6帶有斷電保護(hù)措施，即便是電量耗盡也可以讀出所存數(shù)據(jù)。儲(chǔ)存器模塊固化后被封裝于隔溫盒2內(nèi)。熱電偶7測(cè)溫觸點(diǎn)采用悶頭，測(cè)溫觸點(diǎn)與悶頭采用高溫導(dǎo)熱絕緣膠封裝，封裝導(dǎo)線采用兩層結(jié)構(gòu)封裝，內(nèi)層采用絕緣層，外層采用高溫耐油套管。熱電偶導(dǎo)線沿活塞內(nèi)壁使用剛性壓片固定，與模擬開關(guān)電路模塊5相連。實(shí)例第一、第二隔溫盒1和2的側(cè)棱a距離活塞外表面有0. 8mm,隔溫盒的外形是長(zhǎng)方體，隔溫盒外壁采用0. 8mm不銹鋼制作，隔溫盒內(nèi)壁采用2層絕熱板和2層云母片設(shè)計(jì)；其中隔溫盒1外形長(zhǎng)X寬X高的尺寸為54mmX22mmX50mm，隔溫盒1的內(nèi)腔為長(zhǎng)方體，其尺寸為長(zhǎng)X寬X高的尺寸為43mmX18mmX37mm;溫盒2外形長(zhǎng)X寬X高的尺寸為60mmX22mmX50mm，隔溫盒2的內(nèi)腔為長(zhǎng)方體，其尺寸為長(zhǎng)X寬X高的尺寸為 54mmX 16mmX32mm ；兩個(gè)隔溫盒的之間的距離=40_。固定座3、4下端有圓孔，其尺寸與活塞銷孔相同；座面有長(zhǎng)方形的平面，固定座3 的座面尺寸為56mmX21mm，固定座4的座面尺寸為60mmX21mm。固定座3、隔溫盒1采用 M4螺釘固定在右側(cè)的活塞銷上，固定座4、隔溫盒2采用M4螺釘固定在左側(cè)的活塞銷座上。 固定座主視圖如圖2. 1，固定座左視圖如圖2. 2。模擬開關(guān)電路模塊如圖3所示，熱電偶補(bǔ)償電路如圖4所示，熱電偶低溫端的補(bǔ)償溫度公式A =(Vz~Vl°0)x260 ’其中Pti(i(i與100 Ω定值電阻兩端的電壓Vx和Vlcitl,試驗(yàn)過(guò)程
i7IOO
中，測(cè)量Vx和Vltltl并通過(guò)模擬開關(guān)模塊直接輸入并記錄在存儲(chǔ)器中。模擬開關(guān)電路模塊在低功耗時(shí)，耗電量為0. 65mAh，正常工作時(shí)，耗電量為12mAh ； 模擬開關(guān)電路模塊的開啟周期為2秒，存儲(chǔ)器模塊具有3 組數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔2秒，使用高性能HOOmAh的鋰電為整套測(cè)量裝置供電。在75°C、120°C、15(TC的環(huán)境溫度下，以電位差計(jì)模擬熱電偶的輸出，每個(gè)點(diǎn)測(cè)試時(shí)間為2. 5個(gè)小時(shí)，每半個(gè)小時(shí)測(cè)試系統(tǒng)誤差一次，對(duì)整套系統(tǒng)進(jìn)行了誤差測(cè)試.結(jié)果顯示系統(tǒng)絕對(duì)誤差隨著環(huán)境溫度的升高而降低，相對(duì)誤差隨著電位差計(jì)輸出值的增高而下降，三個(gè)測(cè)試溫度點(diǎn)上，絕對(duì)誤差在Imv附近波動(dòng)，如果消除誤差lmV，測(cè)試精度為士 1°C (士 0. 04mV)，整個(gè)系統(tǒng)在高溫下工作穩(wěn)定可靠。圖3是開關(guān)電路模塊示意圖；圖4補(bǔ)償電路示意圖；圖5是測(cè)量裝置系統(tǒng)誤差；圖 6存儲(chǔ)器模塊中一個(gè)周期內(nèi)的測(cè)量數(shù)據(jù)截屏；圖7是發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)過(guò)程中，隔溫盒內(nèi)實(shí)測(cè)的溫度值；圖8外特性上lOOOr/min，測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)溫度值；圖9是發(fā)動(dòng)機(jī)外特性上不同轉(zhuǎn)速下的
溫度值。以上所述為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，但本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實(shí)施例和附圖所公開的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)通用型活塞溫度測(cè)量裝置，其特征在于，該裝置包括第一、第二隔溫盒， 第一、第二固定座，模擬開關(guān)電路模塊，存儲(chǔ)器模塊和熱電偶；第一、第二隔溫盒均為長(zhǎng)方體，分別通過(guò)固定座固定在活塞的二個(gè)銷座上，其靠近活塞外表面的側(cè)棱a距離活塞外表面的距離大于等于0. 8mm，第一、第二隔溫盒之間的距離大于等于內(nèi)燃機(jī)連桿小頭厚度；熱電偶測(cè)溫觸點(diǎn)采用悶頭，測(cè)溫觸點(diǎn)與悶頭采用高溫導(dǎo)熱絕緣膠封裝，封裝導(dǎo)線采用兩層結(jié)構(gòu)封裝，內(nèi)層采用絕緣層，外層采用高溫耐油套管；模擬開關(guān)電路模塊被封裝在第一隔溫盒內(nèi)，它包括CPU、傳感器接口、熱電偶冷端補(bǔ)償電路和啟動(dòng)觸發(fā)開關(guān)，傳感器接口的一端分別與熱電偶及熱電偶冷端補(bǔ)償電路相連；傳感器接口的另一端與CPU相連，啟動(dòng)觸發(fā)開關(guān)也連接在CPU上；儲(chǔ)存器模塊被封裝在第二隔溫盒內(nèi)，它通過(guò)導(dǎo)線與模擬開關(guān)電路模塊相連，儲(chǔ)存器模塊帶有電子時(shí)鐘，定期采集并存儲(chǔ)熱電偶的數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)通用型活塞溫度測(cè)量裝置，其特征在于，隔溫盒外壁采用不銹鋼制作，隔溫盒內(nèi)壁由二層云母片中間夾置絕熱板構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種內(nèi)燃機(jī)通用型活塞溫度測(cè)量裝置，該裝置包括第一、第二隔溫盒，第一、第二固定座，模擬開關(guān)電路模塊，存儲(chǔ)器模塊和熱電偶。本發(fā)明采用黑瞎子工作模式。試驗(yàn)前封裝在活塞上，試驗(yàn)結(jié)束后取出存儲(chǔ)器讀出試驗(yàn)數(shù)據(jù)，一次試驗(yàn)可以連續(xù)測(cè)量多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)工況下活塞溫度，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，誤差可以標(biāo)定消除。整套裝置隨活塞一起運(yùn)動(dòng)，各個(gè)子系統(tǒng)之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，大大提高了熱電偶測(cè)量活塞溫度的可靠性。本裝置是獨(dú)立封閉自成一體，結(jié)構(gòu)緊湊，對(duì)活塞只需少許改動(dòng)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)本身無(wú)需改動(dòng)；本裝置適用于不同用途內(nèi)燃機(jī)的活塞溫度測(cè)量。
文檔編號(hào)G01M15/04GK102156005SQ20111006182
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月15日
發(fā)明者張志勇, 黃榮華 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)