[发明专利]基于电容法测量活塞与缸套间油膜厚度的遥测装置及方法

说明书

本发明公开基于电容法测量活塞与缸套间油膜厚度的遥测装置及方法，属于活塞与缸套间油膜厚度测量控制技术领域。本发明基于电容法实现活塞与缸套之间油膜厚度的遥测测量，并能够对所述遥测测量数据实现数据可视化显示与数据存储，具有如下优点：(1)通过将待测电容电极探头放置在活塞上，能够直接跟踪测量活塞运动时油膜厚度变化；(2)仅通过对活塞进行安装待测电容电极探头的适配改进加工，能够实现活塞与缸套之间油膜厚度的遥测测量，显著降低加工复杂度和成本；(3)通过使用滑动导体与导线连接缸套与电容采集芯片而非直接使用导线连接，能够大幅简化安装结构，减少由于导线缠挂在缸内运动零部件所带来测量装置损坏的可能性。

技术领域

本发明涉及一种基于无线传输技术的油膜厚度测量装置及工作方法，属于活塞与缸套间油膜厚度测量控制技术领域。

背景技术

随着社会现代化发展，节能减排的环保意识深入人心。内燃机的应用领域十分广泛，在车辆、船舶、航空航天、发电站等行业大量使用。内燃机作为在极端工况下运行的部件，依靠燃料燃烧提供动力使活塞在缸套内做高速运动，必定存在严重的摩擦磨损问题，严重的磨损问题将导致热效率降低，燃油消耗增加，污染气体排放增加，如何降低内燃机中摩擦磨损一直是内燃机研究的热点，而对内燃机摩擦性能进行优化，需要寻找其影响因素并探究影响规律。

由于摩擦过程复杂，影响摩擦磨损的因素众多。内燃机摩擦磨损的重要影响因素有摩擦副材料性质、润滑状况、润滑油参数、接触面力等，而润滑状况与摩擦副接触面力受活塞运动状态的影响，活塞在内燃机中不仅存在沿缸套轴线的往复运动，也存在垂直于缸套轴线的横向运动和绕活塞销的旋转运动，即活塞的二阶运动。活塞二阶运动的存在，使活塞在做高速往复运动时敲击缸套，在敲击瞬间活塞与缸套之间的接触面压力瞬间提高，破坏润滑油膜，摩擦状态由液体摩擦转变为混合摩擦或干摩擦，活塞、活塞环组与缸套之间的摩擦磨损加剧，而活塞环组的磨损将导致漏气量增加，一方面使燃烧室最高压力减小，燃油消耗率增加，热效率降低，另一方面燃油进入油底壳使机油变质，降低机油润滑效果，加剧摩擦磨损，形成恶性循环。

故有必要对活塞的运动状态进行研究，目前研究方式有理论分析、数值仿真、实验监测，其中对活塞磨损和活塞运动状态的实验监测可以通过测量活塞与缸套之间的油膜厚度实现。目前对活塞油膜厚度测量的方法主要有三种：超声波法、激光诱导荧光法和电容法，其中超声波法和电容法可以对工作状态下的内燃机进行测量，由于电容法精度高、容易实现，故选用电容法进行测量。传统电容法测量油膜厚度时将多个待测电容探头放置在内燃机机体中，可以测得活塞在不同曲轴转角处时缸套上测点的油膜厚度变化。这种方法测量活塞环最小油膜厚度时较为方便，但无法进行活塞固定测点油膜厚度变化的连续测量。测试系统根据信号传输方式分为储测式、有线传输式、遥测式。在储测式系统中采集信号储存在缸内采集模块的存储器中，在采集结束后取出存取器中的数据，该方法优点是对内燃机改造小，测试系统整体结构较简单，但在每次测试后需要拆卸实验机，操作繁琐。有线传输可实时监测数据，但对内燃机改动较大，并且将测量系统放置在活塞内时不便使用该方法。遥测式可以对润滑油膜变化实时监控，并且对内燃机改动小，但数据传输速度较有线传输方法稍低。

发明内容

针对传统的基于电容法测量发动机在运行时活塞与缸套之间油膜厚度的方法，不能直接监测活塞预定测量点与缸套之间油膜厚度变化、发动机改动较大等问题，本发明公开基于电容法测量活塞与缸套间油膜厚度的遥测装置及方法目的是：基于电容法实现活塞与缸套之间油膜厚度的遥测测量，并能够对所述遥测测量数据实现数据可视化显示与数据存储，此外，通过将电容采集模块放置在活塞內部带来如下优点：(1)通过将待测电容电极探头放置在活塞上，能够直接跟踪测量活塞运动时油膜厚度变化；(2)仅通过对活塞进行安装待测电容电极探头的适配改进加工，无需改装发动机机体，即能够实现活塞与缸套之间油膜厚度的遥测测量，进而显著降低加工复杂度和成本；(3)通过使用滑动导体与导线连接缸套与电容采集芯片而非直接使用导线连接，能够大幅简化连接装置的安装结构，减少由于导线缠挂在缸内运动零部件所带来测量装置损坏的可能性。

本发明的目的通过下述技术装置实现。