CN112276174B - 基于光学及反馈的发动机气缸盖燃烧室容积加工控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光学测量及反馈机制的发动机气缸盖燃烧室容积加工控制方法，对待精加工缸体结合面的发动机气缸盖的燃烧室进行光学扫描，生成三维数据模型；在数据模型中采用虚拟的平面封堵燃烧室内的气门阀座面、喷油器孔、火花塞孔，与发动机气缸盖的缸体结合面形成封闭的空间，并计算封闭空间的体积；计算虚拟封堵平面与实际气门、喷油器、火花塞封堵的体积差，作为封闭空间体积的补偿值得到燃烧室容积值；计算燃烧室容积与燃烧室容积目标值的差值，并根据差值计算发动机气缸盖的缸体结合面需要精铣的余量，并输入到机械加工设备的宏变量中。通过本发明可以准确的测量待精加工的气缸盖燃烧室容积，以及精准控制发动机气缸盖燃烧室容积。

Description

基于光学及反馈的发动机气缸盖燃烧室容积加工控制方法

技术领域

本发明属于发动机机械加工领域，更具体地，涉及一种基于光学测量及反馈机制的发动机气缸盖燃烧室容积加工控制方法。

背景技术

随着汽车行业蓬勃发展，法律法规对于发动机的排放愈发严格，发动机压缩比越来越大，这要求发动机的燃烧室容积能精准的控制。发动机气缸盖制造涉及铸造和机加的复合过程，工艺过程复杂。燃烧室容积受到多个工艺环节的影响，是发动机制造过程中的质量控制难点。

控制燃烧室容积有两个关键点，第一个关键点是燃烧室容积型腔，这个型腔由铸造过程决定，由于铸造表面粗糙，而且型腔复杂，传统的接触式测量方法难测量，主流的方法是通过间接的方式测量，即通过测量燃烧室内凸台的高度来代表燃烧室大小，这种方式精度较差。第二个关键点是精铣发动机气缸盖的缸体结合面时的加工余量，加工量的多少直接影响发动机气缸盖燃烧室容积。针对燃烧室型腔误差较大的发动机气缸盖，采用传统的按照与顶面确定的距离进行加工，无法保证发动机燃烧室容积。

因此，为了精准控制发动机气缸盖燃烧室容积，准确的测量待精加工的气缸盖燃烧室容积，以及针对不同燃烧室型腔的发动机气缸盖实行差异化加工很有必要。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种基于光学测量及反馈机制的发动机气缸盖燃烧室容积加工控制方法，实现了准确的测量待精加工的气缸盖燃烧室容积，以及针对不同燃烧室型腔的发动机气缸盖实行差异化加工的功能。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于光学测量及反馈机制的发动机气缸盖燃烧室容积加工控制方法，包括：

(1)对未安装发动机气缸盖附件的待精加工缸体结合面的发动机气缸盖燃烧室进行光学扫描，生成发动机气缸盖燃烧室的三维数据模型；

(2)在生成的三维数据模型中特定的位置采用虚拟的平面封堵燃烧室内的气门阀座面、喷油器孔及火花塞孔，并与发动机气缸盖的缸体结合面形成封闭的空间，并计算封闭空间的体积；

(3)计算气门虚拟封堵平面与实际气门封堵的体积差、喷油器虚拟封堵平面与实际喷油器封堵的体积差以及火花塞虚拟封堵平面与实际火花塞封堵的体积差，将计算得到的各体积差作为计算得到的封闭空间体积的补偿值，生成燃烧室容积测量值；

(4)计算燃烧室容积测量值与燃烧室容积目标值的差值，并根据差值计算发动机气缸盖的缸体结合面需要精铣的余量，以由得到的需要精铣的余量进行发动机气缸盖的缸体结合面精加工。

在一些可选的实施方案中，步骤(1)包括：

把未安装发动机气缸盖附件的待精加工缸体结合面的发动机气缸盖放入光学扫描设备中，采用发动机气缸盖盖罩定位销孔进行定位，在定位夹紧后，发动机气缸盖燃烧室面对准光学扫描探头；

控制光学扫描探头移动到发动机气缸盖燃烧室容积上方目标位置，使用光学扫描探头扫描发动机气缸盖燃烧室，并生成三维数据模型。

在一些可选的实施方案中，由V_{valve_offset}＝V_{valve_concave}-V_{valve_convex}计算虚拟封堵平面与实际气门封堵面的体积差，其中，V_{valve_offset}表示气门补偿量，V_{valve_concave}表示气门相对于理论气门密封面凹陷出气缸盖燃烧室容积下的体积，V_{valve_convex}表示气门相对于理论气门密封面凸出到气缸盖燃烧室容积内的体积。

在一些可选的实施方案中，由V_{sparking_plug_offset}＝V_{sparking_plug_concave}-V_{sparking_plug_convex}计算火花塞虚拟封堵平面与实际火花塞封堵面的体积差，其中，V_{sparking_plug_offset}表示火花塞补偿量，V_{sparking_plug_concave}表示火花塞相对于理论火花塞下端面凹陷出气缸盖燃烧室容积下的体积，V_{sparking_plug_convex}表示火花塞相对于理论火花塞下端面火花塞凸出到气缸盖燃烧室容积下的体积。

在一些可选的实施方案中，由V_{inject_offset}＝V_{inject_offset_concave}-V_{inject_offset_convex}计算喷油器虚拟封堵平面与实际喷油器封堵面的体积差，其中，V_{inject_offset}表示喷油器补偿量，V_{inject_offset_concave}表示喷油器相对于理论喷油器基准面凹陷出气缸盖燃烧室容积下的体积，V_{inject_offset_convex}表示喷油器相对于理论喷油器基准面凸出到气缸盖燃烧室容积内的体积。

在一些可选的实施方案中，由V_offset＝n_valve*V_{valve_offset}+n_{sparking_plug}*V_{sparking_plug_offset}+n_inject*V_{inject_offset}计算燃烧室容积体积补偿值，其中，V_offset表示燃烧室容积体积补偿值，n_valve表示燃烧室内气门数量，n_{sparking_plug}表示燃烧室内火花塞的数量，n_inject表示燃烧室内喷油器的数量。

在一些可选的实施方案中，由V_{combustion_chamfer_measure}＝V_{combustion_chamber_rough}+V_offset得到发动机气缸盖燃烧室容积测量值，其中，V_{combustion_chamber_rough}表示由步骤(2)生的封闭空间体积。

在一些可选的实施方案中，步骤(4)包括：

由V_diff＝V_{combustion_chamfer_target}-V_{combustion_chamber_measure}计算燃烧室容积测量值与燃烧室容积目标值的差值V_diff，V_{combustion_chamfer_target}表示燃烧室容积目标值；

由C_{mach_allowance}＝V_diff/a计算发动机气缸盖缸体结合面需要精铣的余量C_{mach_allowance}，a表示单位加工量对应的体积系数。

在一些可选的实施方案中，对于多缸发动机，最终加工余量取多缸加工余量C_{mach_allowance}的平均值。

按照本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

首先，本发明能够提高发动机燃烧室容积控制的精度。压缩比是发动机的重要指标，而准确控制发动机的压缩比需要精准的控制发动机燃烧室的容积。本发明旨在精铣缸盖的缸体结合面时，提前测量气缸盖的型腔容积，并根据各个气缸盖本身型腔容积精准控制加工余量，实现燃烧室容积的精确控制。

其次，本发明能够减少缸盖的加工报废率，提高良品率，降低生产成本。传统的加工方法是机床伺服控制加工气缸盖的缸体结合面的加工余量，是定量，当型腔本身容积偏大或偏小时，容积出现机加后燃烧室容积超差，零件报废。本发明能够根据实际的型腔容积计算加工余量，并指导机床控制加工余量，实现气缸盖的差异化加工，保证加工后气缸盖的燃烧室容积，提高良品率，降低生产成本。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种基于光学测量及反馈机制的发动机气缸盖燃烧室容积加工控制方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的一种发动机气缸盖侧视图；

图3是本发明实施例提供的一种发动机汽缸盖燃烧室俯视图；

图4是本发明实施例提供的一种燃烧室光学扫描三维图；

图5是本发明实施例提供的一种燃烧室虚拟平面封堵三维图；

图6是本发明实施例提供的一种气门补偿值示意图；

图7是本发明实施例提供的一种火花塞补偿值示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明通过光学测量仪器及设备通讯反馈方法实现了准确的测量待精加工的气缸盖燃烧室容积，以及针对不同燃烧室型腔的发动机气缸盖实行差异化加工的功能。如图1所示是本发明实施例提供的一种基于光学测量及反馈机制的发动机气缸盖燃烧室容积加工控制方法的流程示意图，包括以下步骤：

S1：把未安装气门阀座、气门、喷油器、火花塞等发动机气缸盖附件的待精加工缸体结合面的发动机气缸盖放入光学扫描设备中，采用发动机气缸盖盖罩定位销孔进行定位，如图2所示，定位夹紧后，发动机气缸盖燃烧室面对准光学扫描探头，燃烧室形状如图3所示；

S2：使用伺服电机及丝杠控制光学扫描探头移动到发动机气缸盖燃烧室容积上方适宜的位置，使用光学三维扫描探头扫描发动机气缸盖燃烧室，并生成三维数据模型，如图4所示；

S3：在生成的三维数据模型中的气门阀座密封面、喷油器下端面、火花塞下端面采用虚拟的平面进行封堵，与发动机气缸盖的缸体结合面形成封闭的空间，如图5所示；

在本发明实施例中，图4和图5用于示意三维数据模型和封闭空间，至于图4和图5中的数字不作为对本发明的唯一性限定。

S4：利用计算机软件，计算步骤S3生成的封闭空间的体积V_{combustion_chamber_rough}；

其中，可以通过光学扫描整个燃烧室封闭空间的轮廓，形成三维数据模型，然后用计算机软件直接计算数模型腔的体积，比如各种类型的三维仿真软件。

S5：计算虚拟封堵平面与实际气门、喷油器、火花塞封堵的体积差，作为补偿值计入步骤S4计算的体积中，生成燃烧室容积值；

计算气门虚拟封堵平面与实际气门封堵面的体积差，如图6所示：

V_{valve_offset}＝V_{valve_concave}-V_{valve_convex}

其中，V_{valve_offset}表示气门补偿量，V_{valve_concavve}表示气门相对于理论气门密封面凹陷出气缸盖燃烧室容积下的体积，V_{valve_convex}表示气门相对于理论气门密封面凸出到气缸盖燃烧室容积内的体积。

计算火花塞虚拟封堵平面与实际火花塞封堵面的体积差，如图7所示：

V_{sparking_plug_offset}＝V_{sparking_plug_concave}-V_{sparking_plug_convex}

其中，V_{sparking_plug_offset}表示火花塞补偿量，V_{sparking_plug_concave}表示火花塞相对于理论火花塞下端面凹陷出气缸盖燃烧室容积下的体积，V_{sparking_plug_convex}表示火花塞相对于理论火花塞下端面凸出到气缸盖燃烧室容积下的体积。

计算喷油器虚拟封堵平面与实际喷油器封堵面的体积差：

V_{inject_offset}＝V_{inject_offset_concave}-V_{inject_offset_convex}

其中，V_{inject_offset}表示喷油器补偿量，V_{inject_offset_concave}表示喷油器相对于理论喷油器基准面凹陷出气缸盖燃烧室容积下的体积，V_{inject_offset_convex}表示喷油器相对于理论喷油器基准面凸出到气缸盖燃烧室容积内的体积。因为直喷发动机的喷油器断面孔极小，通常认为喷油器补偿量为0。

计算燃烧室容积体积补偿值：

V_offset＝n_valve*V_{valve_offset}+n_{sparking_plug}*V_{sparking_plug_offset}+n_inject*V_{inject_offset}

其中，V_offset表示燃烧室容积体积补偿值，n_valve表示燃烧室内气门数量，n_{sparking_plug}表示燃烧室内火花塞的数量，n_inject表示燃烧室内喷油器的数量。

最终发动机气缸盖燃烧室容积测量值可以表示为：

V_{combustion_chamfer_measure}＝V_{combustion_chamber_rough}+V_offset

S6：计算燃烧室容积测量值与燃烧室容积目标值的差值，并根据差值计算发动机气缸盖缸体结合面需要精铣的余量；

V_diff＝V_{combustion_chamfer_target}-V_{combustion_chamber_measure}

其中，V_diff表示燃烧室容积测量值与燃烧室容积目标值的差值，V_{combustion_chamfer_target}表示燃烧室容积目标值，其为规定数值。

C_{mach_allowance}＝V_diff/a

其中，C_{mach_allowance}表示发动机气缸盖的缸体结合面需要精铣的余量，a表示单位加工量对应的体积系数，为常数，根据发动机型腔不同而不同。

对于多缸发动机，最终加工余量取多缸加工余量C_{mach_allowance}的平均值，记为C_{mach_allowance_avg}。

S7：通过设备通讯，将上述步骤计算得到的发动机气缸盖的缸体结合面精铣余量通过设备通信的方式传输到机械加工设备指定的宏变量中；

S8：机械加工设备根据宏变量中的值，控制发动机气缸盖的缸体结合面的加工余量，完成发动机气缸盖的缸体结合面精加工。

待加工气缸输送到机械加工设备后，采用发动机气缸盖盖罩安装面定位销孔进行定位，夹紧并检测发动机气缸盖盖罩安装面与设备夹具贴合后，通过设备内的测量探头测量发动机气缸盖的缸体结合面所在位置，并控制设备刀具按照C_{mach_allowance_avg}的余量进行加工。

本发明针对准确的测量待精加工的气缸盖燃烧室容积，以及针对不同燃烧室型腔的发动机气缸盖实行差异化加工，提出了一种基于光学测量及反馈机制的发动机气缸盖燃烧室容积加工控制方法，实现了准确的测量待精加工的气缸盖燃烧室容积，以及针对不同燃烧室型腔的发动机气缸盖实行差异化加工，从而精准控制发动机气缸盖燃烧室容积。

本法明遵循发动机先加工后装配的生产流程，在发动机气缸盖缸体结合面精加工前测量燃烧室内的型腔，通过虚拟平面封堵气门、喷油嘴、火花塞安装截面的方式形成封闭的内腔室，并计算容积。然后计算用来封堵的虚拟平面与理论气门、喷油嘴、火花塞的体积差，并补偿到前述的容积中，完成不需要装配附件的燃烧室容积测量。

本申请还提供一种计算机可读存储介质，如闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，SD或DX存储器等)、随机访问存储器(RAM)、静态随机访问存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁性存储器、磁盘、光盘、服务器、App应用商城等等，其上存储有计算机程序，程序被处理器执行时实现方法实施例中的基于光学测量及反馈机制的发动机气缸盖燃烧室容积加工控制方法。

需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于光学测量及反馈机制的发动机气缸盖燃烧室容积加工控制方法，其特征在于，包括：

(1)对未安装发动机气缸盖附件的待精加工缸体结合面的发动机气缸盖燃烧室进行光学扫描，生成发动机气缸盖燃烧室的三维数据模型；

(2)在生成的三维数据模型中特定的位置采用虚拟的平面封堵燃烧室内的气门阀座面、喷油器孔及火花塞孔，并与发动机气缸盖的缸体结合面形成封闭的空间，并计算封闭空间的体积；

(3)计算气门虚拟封堵平面与实际气门封堵的体积差、喷油器虚拟封堵平面与实际喷油器封堵的体积差以及火花塞虚拟封堵平面与实际火花塞封堵的体积差，将计算得到的各体积差作为计算得到的封闭空间体积的补偿值，生成燃烧室容积测量值；

(4)计算燃烧室容积测量值与燃烧室容积目标值的差值，并根据差值计算发动机气缸盖的缸体结合面需要精铣的余量，以由得到的需要精铣的余量进行发动机气缸盖的缸体结合面精加工。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)包括：

把未安装发动机气缸盖附件的待精加工缸体结合面的发动机气缸盖放入光学扫描设备中，采用发动机气缸盖盖罩定位销孔进行定位，在定位夹紧后，发动机气缸盖燃烧室面对准光学扫描探头；

控制光学扫描探头移动到发动机气缸盖燃烧室容积上方目标位置，使用光学扫描探头扫描发动机气缸盖燃烧室，并生成三维数据模型。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，由V_{valve_offset}＝V_{valve_concave}-V_{valve_convex}计算虚拟封堵平面与实际气门封堵面的体积差，其中，V_{valve_offset}表示气门补偿量，V_{valve_concave}表示气门相对于理论气门密封面凹陷出气缸盖燃烧室容积下的体积，V_{valve_convex}表示气门相对于理论气门密封面凸出到气缸盖燃烧室容积内的体积。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，由V_{sparking_plug_offset}＝V_{sparking_plug_concave}-V_{sparking_plug_convex}计算火花塞虚拟封堵平面与实际火花塞封堵面的体积差，其中，V_{sparking_plug_offset}表示火花塞补偿量，V_{sparking_plug_concave}表示火花塞相对于理论火花塞下端面凹陷出气缸盖燃烧室容积下的体积，V_{sparking_plug_convex}表示火花塞相对于理论火花塞下端面火花塞凸出到气缸盖燃烧室容积下的体积。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，由V_{inject_offset}＝V_{inject_offset_concave}-V_{inject_offset_convex}计算喷油器虚拟封堵平面与实际喷油器封堵面的体积差，其中，V_{inject_offset}表示喷油器补偿量，V_{inject_offset_concave}表示喷油器相对于理论喷油器基准面凹陷出气缸盖燃烧室容积下的体积，V_{inject_offset_convex}表示喷油器相对于理论喷油器基准面凸出到气缸盖燃烧室容积内的体积。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，由V_offset＝n_valve*V_{valve_offset}+n_{sparking_plug}*V_{sparking_plug_offset}+n_inject*V_{inject_offset}计算燃烧室容积体积补偿值，其中，V_offset表示燃烧室容积体积补偿值，n_valve表示燃烧室内气门数量，n_{sparking_plug}表示燃烧室内火花塞的数量，n_inject表示燃烧室内喷油器的数量。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，由V_{combustion_chamfer_measure}＝V_{combustion_chamber_rough}+V_offset得到发动机气缸盖燃烧室容积测量值，其中，V_{combustion_chamber_rough}表示由步骤(2)生的封闭空间体积。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(4)包括：

由V_diff＝V_{combustion_chamfer_target}-V_{combustion_chamber_measure}计算燃烧室容积测量值与燃烧室容积目标值的差值V_diff，V_{combustion_chamfer_target}表示燃烧室容积目标值；

由C_{mach_allowance}＝V_diff/a计算发动机气缸盖缸体结合面需要精铣的余量C_{mach_allowance}，a表示单位加工量对应的体积系数。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，对于多缸发动机，最终加工余量取多缸加工余量C_{mach_allowance}的平均值。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至9任一项所述方法的步骤。

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