[发明专利]高压油泵工作过程中柱塞副间隙超声波测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种间隙测量装置及方法，具体地说是柱塞副间隙测量装置及方法。

背景技术

高压共轨燃油系统因具有高喷油压力、喷油定时和喷油规律柔性可调等特点，是实现柴油机节能减排的核心技术之一，成为柴油机技术的发展方向。已有研究认为提高喷油压力可使柴油机的动力性、经济性均有所改善，排气烟度大幅度降低。因此，现有柴油机燃油系统追求更高的喷射压力和更灵活的喷油控制。然而，随着柴油机燃油喷射压力呈不断上升的趋势，对高压油泵的供油压力也提出更高的要求。高压油泵作为燃油喷射系统的动力来源，其泵油能力直接制约着系统最大喷射压力，而油泵泵油能力主要是由零部件的密封性和刚度决定的。供油压力的提高会导致油泵泄露呈指数增加，严重影响系统工作。因此，精确预测并控制高压油泵柱塞副的泄漏是柴油机高压共轨燃油喷油系统研制中的关键性课题之一，其对于提高高压油泵的泵油能力及整个喷油系统的工作可靠性至关重要。而掌握并控制油压升高所产生的柱塞副附加间隙的问题，则是解决泄漏精确预测的重中之重。

Fujimoto Hiroya在1990提出气缸变形的测量方法，通过安装一个耐高温的电感间隙传感器测量工作过程中气缸变形。

Kyogoku K.等人在1990年代对柱塞副润滑特性进行了研究,搭建了相应的试验装置,电涡流位移传感器和力传感器对油膜特性和柱塞与缸体间的摩擦力进行了测量,并讨论了摩擦特性与柱塞运动之间的关系。

Kleist A.在1995年确立了一种在径向柱塞机械中对柱塞和缸体离心运动等温间隙的解算方法,并搭建了测试样机进行测试,对轴向柱塞泵的柱塞副研究也有一定的指导意义。

浙江大学的徐兵、杨华勇等教授在其轴向柱塞泵的研究课题中，基于柱塞泵液固耦合的虚拟样机技术，选择电涡流法对柱塞副油膜厚度进行测量。并利用研制的柱塞副油膜特性测试泵在不改变柱塞泵原理性结构的条件下实现了柱塞副油膜压力场、油膜厚度和温度场的测试。

以上采用接触式测量方法测量油泵柱塞副间隙存在安装困难，工作环境恶劣，以及破坏测试环境等问题。因此，近年来国内外对油泵柱塞副间隙的测量研究较少。然而，随着非接触式测量技术的发展，采用非接触测量可以解决以上问题。非接触测量厚度问题主要包括光学法和声学法。光学法需要开设可视化视窗，难度较大，而声学法尽管具有温度和压力的影响，但是不需要改变测试环境，具有工程实用价值。

1973年Tattersall H G.通过超声脉冲法进行粘结测试，若嵌入介质I内的介质Ⅱ与I相比是薄层，则介质Ⅱ可由轻质弹簧替换。1985年Jong-Ryul Park等主要研究介质厚度、超声波频率和介质声阻抗对超声波脉冲回波方法测量液体膜厚度的影响。2004年R.S.Dwyer-Joyce和B.W.Drinkwater等分别对油膜厚度进行测量。分析不同理论测量方法适用的润滑油膜厚度范围，并设计了用于静态和动态油膜层的测量装置。

随后几年，Bruce W.Drinkwater研究团队对超声测量法做了进一步研究。2005年，Jie Zhang,Bruce W.Drinkwater等针对超声波技术缺乏校准程序的缺点，探讨润滑油膜厚度超声测量技术的校准，促进了超声测量技术的发展。2008年，他们对超声传感器线性阵列进行研究，并将垂直入射扩展到任何角度的斜入射超声波测量，对厚度为2～9μm的油膜进行了实验且测量精度较高。Hunter A J和Drinkwater B W研究了无损检测中自动聚焦问题，并利用超声阵列对复杂的几何形状进行了评估。

2011年，D.Gasni,M.K.Wan Ibrahim,R.S.Dwyer-Joyce研究了弹簧模型中粗糙表面接触时反射系数与刚度关系，得出反射系数不是直接与实际接触的面积有关，而是取决于表面接触微凸体的个数、形状和分布。同年Dwyer-Joyce.R.S研究了弹性流体动力润滑中边界润滑或混合润滑时超声膜厚测量机理，且通过实验对其进行验证。