[实用新型]一种柴油机缸套与活塞环之间油膜厚度检测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种柴油机缸套与活塞环之间油膜厚度检测装置，具体为一种基于激光传感技术的柴油机缸套与活塞环之间油膜厚度检测装置。 

背景技术

缸套-活塞环是内燃机中最重要的摩擦副之一，它的应用极为广泛，数以亿计的内燃机都采用这种摩擦副，其润滑性能的好坏对内燃机的动力性、可靠性、耐久性有着极大的影响。研究表明，内燃机在工作过程中由缸套-活塞环摩擦副引起的摩擦功耗高达整个发动机摩擦功耗的45～65%，缸套—活塞环的工作状况影响着内燃机的经济性、寿命和排放性能。润滑性能好，在保证对燃烧室气体密封的前提下，活塞环与缸套间的摩擦力小，内燃机的摩擦功耗也小；反之会造成相当大的功耗，而且还会导致缸套与活塞环的过度磨损，影响其使用寿命。因此这对摩擦副摩擦学性能的优劣直接影响着内燃机的性能。缸套-活塞环之间油膜厚度的变化和分布规律是内燃机摩擦学研究的重要内容之一，如果能准确的测量出这个厚度，对合理设计活塞环组、降低活塞环与缸套之间的摩擦损失、延长活塞环的使用寿命具有很大帮助。 

润滑油膜厚度的检测方法有很多，常见的包括：接触电阻法、电容法、电涡流法、光干涉法、光纤传感器法、电容分压器法、超声波法、阻容振荡法、X射线法、激光衍射法、应变仪法等。这些方法各有其优缺点，但大多用于测试一个平面油膜或者轴承的油膜厚度，真正应用于对缸套－活塞环的油膜厚度进行测量的只有接触电阻法，电容法，电涡流法和光纤传感器法。 

接触电阻法是通过在缸套和活塞环中埋设电极，测量油膜的接触电阻，利用油膜厚度与接触电阻之间的关系来测量的，但由于在活塞环上埋设电极过于困难，电极绝缘也很难保证，所以现在应用很少。 

电容法是一种比较成熟的技术。其原理是通过测量两物体之间的电容值来判断油膜厚度。如果已知润滑油的介电常数，根据油膜的电容值随油膜厚度增加而降低的变化关系，可相当准确地计算出油膜厚度，但测出的只是平均膜厚，在部分膜状态下该方法就失去了功效，且要求润滑剂是非极性的。另外导线及周围环境的分布电容往往很难准确估算，因而测量精度不高。极易发生缸套－活塞环的短路，特别是一旦活塞环发生倾斜，会造成电容的短路。  

电涡流法是目前润滑油膜厚度测量的工程实用方法之一。电涡流传感器是利用金属导体的电涡流效应，将一些非电量转化为电量进行测量的一种传感器。它能准确测量被测金属物体与传感器探头端面之间的静态或动态位移，结构简单、测量精度高、灵敏度高、动态响应好，可实现非接触测量。但是它要求测量对象为导体，易受电磁干扰，测量的结果是最小油膜厚度，并且存在上止点处活塞环运动脱离测量点的问题。

激光位移测试系统由激光探头、控制器、直流电源以及装有驱动软件的工控机组成，激光探头使用了三角形测量原理，反射光在探头上的位置随着目标物位置的改变而改变, 通过检测该变化就可以测量物体的位移量。这种探头集高精度、长距离和极快的采样速度于一身，能高速、准确的测得油膜厚度的变化，抗干扰能力极强。控制器通过装在工控机中的软件触发，其内装有数字信号处理器，可以对发自探头的信号进行高速数字处理，能够满足高速测量和高精度测量的要求。 

整个系统具有高精度、快速、无接触等优点，其工作原理: 通过变频器程序的设定获得所需的油膜状态，使得缸套与活塞环间的油膜相对于固定在安装座上的激光探头往复运动；工控机中的软件设定好采样参数送到控制器，调节激光探头的采样速率和采样频率；激光探头对油膜厚度进行采集并将其转化为电信号送到采集器进行数据的前置处理；采集器对信号进行采样、量化、编码并最终送到计算机进行信号处理与分析。 

现有专利中涉及缸套与活塞环之间油膜厚度检测的装置很少，其中应用到激光位移传感器的还未查到。现有文献中也很少涉及到测量缸套-活塞环之间油膜厚度的装置。在柴油机缸套—活塞环油膜厚度传感器的设计一文中提到了检测装置，但只是提出了一个相关的概念，主要从数据的接收处理程序等软件方面来讨论，对于油膜厚度检测装置的设计以及实现等均未考虑。 

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于提供一种柴油机缸套与活塞环之间油膜厚度的检测装置。 

实现本实用新型的技术方案：