本发明属于测量设备技术领域，尤其是涉及一种发动机油底壳液位标定及机油耗测量装置及方法。
背景技术：
传统的机油液位测量方法主要是由人工在发动机停止状态下，通过观察机油标尺上机油痕迹判断的，且人眼观察精度低，无法进行实时测量。现有的常用的电容液位计无法对不导电的机油液位进行测量，而超声波液位计需要液体上方没有障碍物，无法满足发动机内部构造复杂状况。而新型的基于磁致伸缩液位传感器对机油液位进行测量，需要将传感器通过放油螺栓垂直安装在发动机油底壳内，而目前大部分发动机放油螺栓在油底壳侧面，且传感器可能和发动机内部的零件存在干涉。而一些汽车厂家根据自家发动机量身打造的电子机油标尺，无法在不同机型通用，且仍测量精度偏低。
而且，现有的常用机油耗测量需要将机油从发动机放油螺栓处放出称重，在放机油称量的人为操作中很难避免的会发生将机油溅洒造成测量误差。
本发明可以灵活应对各种类型发动机及各种形状的油底壳，无需考虑发动机内部的复杂结构，能对机油液位进行精确测量，且可以将机油液位与添加到发动机的机油量对应，可用于发动机研发阶段油底壳标定的相关实验。又因机油液位与添加到发动机的机油量一一对应，发动机运行对机油的消耗量，可通过机油液位的变化换算出来，对机油的消耗量进行精准测量。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明旨在提出一种发动机油底壳液位标定及机油耗测量装置及方法，以解决现有机油液位测量受发动机内部构造及油底壳形状影响较大、误差较大等问题，及现有的装置难以在不将机油放出的情况下对机油消耗量进行测量。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种发动机油底壳液位标定及机油耗测量装置，包括发动机油底壳1及储液罐3；
用于检测发动机油底壳1底部机油压力及储液罐3底部的机油压力的检测模块；
用于将机油从所述储液罐3加入到所述发动机油底壳1中的供油模块；
及控制模块；
所述检测模块及供油模块分别与控制模块相连。
进一步的，还包括用于观察所述发动机油底壳1机油液位的观察模块2，所述观察模块2与所述发动机油底壳1连通，所述观察模块2底端所在位置低于所述发动机油底壳1底端所在位置。
进一步的，所述观察模块2的各横截面的内部面积相等，所述储液罐3的各横截面的内部面积相等。
进一步的，所述检测模块包括：分别与所述控制模块相连的第一压力测试传感器4及第二压力测试传感器5，所述第一压力测试传感器4设置在所述观察模块2的底部，所述第二压力测试传感器5设置在所述储液罐3底部。
进一步的，所述观察模块2为顶端与大气连通、竖直设置的透明管。
进一步的，所述供油模块包括连接储液罐3与发动机油底壳1的油路、及设置在所述油路上的机油单向泵7，所述机油单向泵7由所述控制模块控制。
进一步的，所述油路上设有三通9，所述三通9分别连接所述储液罐3、发动机油底壳1及检测模块，所述机油单向泵7位于所述三通9与所述储液罐3之间。
进一步的，所述机油单向泵7包括能够调节机油流量大小的计量泵及单向阀。
进一步的，所述控制模块为带有存储功能的控制器、及与控制器相连的显示器；或者为控制器、分别与控制器相连的存储器及显示器；
优选的，所述控制模块与一报警器相连。
相对于现有技术，本发明所述的发动机油底壳液位标定及机油耗测量装置具有以下优势：
本发明所述的发动机油底壳液位标定及机油耗测量装置，机油液位测量可以不受发动机内部构造及油底壳形状的影响，排除人为操作的误差，对发动机改造少，更好的应对不同机型的发动机，大大缩短研发周期；且本发明可以同时对发动机机油消耗量进行精准测量，不同于其他常用的测量方法需将发动机内机油放出，该方法只需发动机停机静置等待油底壳内液面稳定后进行测量，测量简单快速，避免过多的人为操作带来的误差。该方法同样可实时测量发动机运行时波动的机油液面高度，求一段时间内的平均液面高度，用不同时间段的平均液面高度进行比较，变可以实时测量出发动机运行时的机油消耗，且在已知发动机机油液位低于某一高度发动机有可能损坏时，可将该高度输入测量装置，当实时测量的机油液位高度低于该值时测量装置提出报警以提醒是否停止发动机的运行。
本发明的另一目的在于提出一种利用上述装置对发动机油底壳液位标定的方法，包括如下步骤：
S1：控制模块控制供油模块向所述储液罐3中添加机油至下限，检测模块检测到储液罐3底部的机油压力Pmin；
S2：继续向储液罐3中添加机油至上限，检测模块检测到储液罐3底部的机油压力Pmax，储液罐3中机油下限、上限之间的距离为H；
S3：由供油模块向发动机油底壳1中加入机油至观察模块2中机油量液面高度与发动机油底壳1底端所在位置高度一致，检测模块检测到观察模块2底部的机油压力为P0,
S4：由供油模块向发动机油底壳1中加入机油，检测模块检测到储液罐3底部的机油压力P21、及观察模块2底部的机油压力P11；
S5：重复步骤S4，检测模块检测到储液罐3底部的机油压力依次记录为P22，P23，P24，P25..P2n，及观察模块2底部的机油压力P12，P13，P14，P15...P1n；直到添加到发动机油底壳1的机油量达到控制模块设定阈值。
本发明所述的发动机油底壳液位标定及机油耗测量方法通过向储液罐里添加固定高度的机油，测得储液罐底部的压力变化值，并可记录该压力变化值，并能够根据发动机油底壳底部压力值，在不用确定机油密度情况下直接推算出油底壳机油液位的高度；通过压力值的变化可以在不将机油放出的情况下计算出机油的消耗量，在机油消耗量过大液位高度低于安全高度时报警提醒是否停止运行发动机。同样该设备可以在机油回油量测试中发挥作用，如规定发动机在特定工况下运转一定时间后停机直到次日，该设备可记录整个过程中发动机油底壳的压力变化，推算出整个过程中发动机油底壳液面高度和机油量，这样机油挂壁量及机油流回油底壳的整个过程都可被记录下来供分析评价。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的发动机油底壳液位标定及机油耗测量装置的结构示意图。
附图标记说明：
1-发动机油底壳；2-观察模块；3-储液罐；4-第一压力测试传感器；5-第二压力测试传感器；6-放油阀；7-机油泵；8-进油斗；9-三通。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种发动机油底壳液位标定及机油耗测量装置，如图1所示，包括：
发动机油底壳1及储液罐3；
用于检测发动机油底壳1底部机油压力及储液罐3底部的机油压力的检测模块；
用于将机油从储液罐3加入到发动机油底壳1中的供油模块；
及控制模块；
检测模块及供油模块分别与控制模块相连。
还包括用于观察发动机油底壳1机油液位的观察模块2，观察模块2与发动机油底壳1连通，观察模块2底端所在位置低于发动机油底壳1底端所在位置。本发明中观察模块2的设置可以灵活应对各种类型发动机及各种形状的油底壳，无需考虑发动机内部的复杂结构，能对机油液位进行精确测量，且可以将机油液位与添加到发动机的机油量对应，可用于发动机研发阶段油底壳标定的相关实验。又因机油液位与添加到发动机的机油量一一对应，发动机运行对机油的消耗量，可通过机油液位的变化换算出来，对机油的消耗量进行精准测量。
观察模块2的各横截面的内部面积相等，储液罐3的各横截面的内部面积相等。本实例中观察模块2及储液罐3均为圆柱桶。
检测模块包括：分别与控制模块相连的第一压力测试传感器4及第二压力测试传感器5，第一压力测试传感器4设置在观察模块2的底部，第二压力测试传感器5设置在储液罐3底部。
观察模块2为顶端与大气连通、竖直设置的透明管。本实例中观察模块2为透明玻璃管。
供油模块包括连接储液罐3与发动机油底壳1的油路、及设置在油路上的机油单向泵7，机油单向泵7均由控制模块控制。
油路上设有三通9，三通9分别连接储液罐3、发动机油底壳1及检测模块，机油单向泵7及单向阀均位于三通9与储液罐3之间。本实例中储液罐3低端设有放油阀6、顶端设有进油斗8。
机油单向泵7为能够调节机油流量大小的计量泵。
控制模块为带有存储功能的控制器、及与控制器相连的显示器；或为控制器、分别与控制器相连的存储器及显示器。本实例中控制模块与一报警器相连。本实施例中控制器使用发动机实验室台架常用的AVL的puma系统。控制器也可为PLC控制器。当实时测量的机油液位高度低于设定阈值时报警器报警以提醒是否停止发动机的运行。
一种利用上述装置对发动机油底壳液位标定及机油耗测量的方法，包括如下步骤：
S1：控制模块控制供油模块向储液罐3中添加机油至下限，检测模块检测到储液罐3底部的机油压力Pmin；
S2：继续向储液罐3中添加机油至上限，检测模块检测到储液罐3底部的机油压力Pmax，储液罐3中机油下限、上限之间的距离为H；上限及下限可在储液罐3的高度范围内任意设定；
S3：由供油模块向发动机油底壳1中加入机油至观察模块2中机油量液面高度与发动机油底壳1底端所在位置高度一致，检测模块检测到观察模块2底部的机油压力为P0,
S4：由供油模块向发动机油底壳1中加入机油，检测模块检测到储液罐3底部的机油压力P21、及观察模块2底部的机油压力P11；
S5：重复步骤S4，检测模块检测到储液罐3底部的机油压力依次记录为P22，P23，P24，P25..P2n，及观察模块2底部的机油压力P12，P13，P14，P15...P1n；直到添加到发动机油底壳1的机油量达到控制模块设定阈值。本实例中通过所述puma系统控制机油单向泵7的启停，将机油逐次加入到发动机油底壳1中，每次等液位稳定后(本实例测量压强时均在机油单向泵7停止后等待液面稳定10s后测得)获取储液罐3底部的机油压力、及观察模块2底部的机油压力值，puma系统依据压力值，确定发动机中机油液位和添加的加油量。
本实施例中第一压力测试传感器4及第二压力测试传感器5均为精度达0.01kpa的压力变送器，压力变送器通过4-20mA电流信号将压力信号传送给控制模块。且压力变送器需要具备放气功能，排出引压管中的气体，不同型号的机油密度不同，本实施例中机油密度为0.84×103(kg/m3)，g取9.8m/s2，根据公式P＝ρgh计算，机油液位测量精度可小于1mm。
本实例中储液罐上下限间的距离为H，储液罐3内径R，观察模块2为透明玻璃管内径为r。
本实例中机油单向泵7的流量由puma系统控制，流量为0.4L/min，步骤S1中在向储液罐3中添加机油至下限后，通过第二压力测试传感器5自带放气阀，排空引压管中的气体后再记录Pmin；步骤S3之前排出机油单向泵7和油路中的气体；步骤S3中向发动机油底壳1中加入机油后通过第一压力测试传感器4自带的放气阀，排空引压管中的气体。
根据Ρ＝ρgh；
Pmax＝ρgHmax；
Pmin＝ρgHmin；
H＝Hmax-Hmin
P21＝ρgH21；
P0＝ρgH0。
计算第一次流过计量泵的机油质量，即储液罐3机油减少的加油量质量m1及体积V1分别为：
m1＝ρV＝ρ*(P max-P21)/ρg*πR2＝πR2(Pmax-P21)/g
V1＝m1/ρ＝πR2(Pmax-P21)/g/[(Pmax-Pmin)/Hg]＝πR2H*(Pmax-P21)/(Pmax-Pmin)。
流到发动机油底壳1的机油质量m发1及体积V发1，本实例中即去除进入透明玻璃管的那部分机油量为：m发1＝πR2(Pmax-P21)/g-πr2(P11-P0)/g，体积为：V发1＝πR2H*(Pmax-P21)/(Pmax-Pmin)-πr2H*(P11-P0)/(Pmax-Pmin)。当不设置观察模块2时，进入流到发动机油底壳1的机油质量与储液罐3机油减少的加油量质量m1相等，根据存储在控制模块中的公式可计算出发动机油底壳1内液面增加的高度。
发动机油底壳1内液面增加的高度h1(本实例中即细玻璃管内液面增加高度)为：h1＝H*(P11-P0)/(Pmax-Pmin)。通过以上公式可以计算出每次添加到发动机油底壳1的机油质量，机油体积和液面增加高度，并将这些值一一对应起来，得到机油质量或机油体积与液面增加高度的对应关系。
油耗量计算
发动机运行前检测模块记录此时观察模块2底部的机油压力P消耗0，h消耗0＝H*(P消耗0-P0)/(Pmax-Pmin)，用差值法从机油质量与液面增加高度的对应关系中计算出机油质量，记为m消耗0；
发动机运行结束后，静止一段时间后，本实施例中静止10min，等到机油液面稳定，记录此时观察模块2底部的机油压力P消耗1，h消耗1＝H*(P消耗1-P0)/(Pmax-Pmin)，用差值法从机油质量与液面增加高度的对应关系中计算出机油质量，机油质量m消耗1；
m消耗1-m消耗0即为发动机运行这段时间内的机油消耗量。
本发明所述的发动机油底壳液位标定及机油耗测量方法通过向储液罐里添加固定高度的机油，测得储液罐底部的压力变化值，并可记录该压力变化值，并能够根据发动机油底壳底部压力值，在不用确定机油密度情况下直接推算出油底壳机油液位的高度；通过压力值的变化可以在不将机油放出的情况下计算出机油的消耗量，在机油消耗量过大液位高度低于安全高度时报警提醒是否停止运行发动机。该设备还可以在机油回油量测试中发挥作用，如规定发动机在特定工况下运转一定时间后停机直到次日，该设备可记录整个过程中发动机油底壳的压力变化，推算出整个过程中发动机油底壳液面高度和机油量，这样机油挂壁量及机油流回油底壳的整个过程都可被记录下来供分析评价。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。