一种发动机机油含气量测量设备及其测量方法
【专利摘要】本发明涉及一种发动机机油含气量测量设备及其测量方法，包括真空泵，超声波振动棒，取油管道，测量腔以及活塞气缸，其中，所述真空泵连接至测量腔并用于对测量腔抽真空；所述取油管道一端连接至发动机总成，另一端连接至测量腔；所述活塞气缸连接至测量腔，其用于接收来自测量腔的机油并可将机油挤回测量腔。本发明可以精确测量发动机在不同工作状态下机油中的含气量，降低发动机或零件润滑故障率。
【专利说明】
_种发动机机油含气量测量设备及其测量方法
技术领域
[0001]本发明涉及发动机润滑测试领域，具体涉及一种发动机机油含气量测量设备及其测量方法。
【背景技术】
[0002]随着发动机技术水平的不断提高，发动机机油含气量问题的改善变得越来越有意义，过高的机油含气量会导致机油寿命缩短，同时导致液压部件和摩擦轴承的大量损坏失效。
[0003]目前国际主流的机油含气量测量方法分为两种，一种是基于密度变化的测试法，即放射性核素的放射密度会随其在机油中散布密度而产生同比例变化，使用这一物理特性可以实现机油含气量的连续测量；另一种是基于体积变化的测量法，即将机油从发动机主油道放出，测试机油前后(机油被放出时刻包含气体的最大体积-静放置一段时间后的机油体积)体积变化来进行测量。
[0004]现有技术中存在如下技术问题:目前常规采用的人工放机油含气量测试方法，由于受到环境等多种因素影响，导致机油含气量测量结果误差较大，试验数据再现性不佳。如何更加准确的对发动机机油含气量进行测定，是目前试验开发过程面临的重要问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种发动机机油含气量测量设备及其测量方法，测量发动机在不同工作状态下机油中的含气量，降低发动机或零件润滑故障率。具体技术方案如下:
[0006]—种发动机机油含气量测量设备，包括真空栗，超声波振动棒，取油管道，测量腔以及活塞气缸，其中，所述真空栗连接至测量腔并用于对测量腔抽真空;所述取油管道一端连接至发动机总成，另一端连接至测量腔;所述活塞气缸连接至测量腔，其用于接收来自测量腔的机油并可将机油挤回测量腔。
[0007]进一步地，还包括回油管道，其一端连接至发动机总成，另一端连接至测量腔。
[0008]进一步地，还包括I号气动阀和6号气动阀，所述I号气动阀设置于连接在取油管道和回油管道之间的连接管路上，所述6号气动阀设置在回油管道上。
[0009]进一步地，所述超声波振动棒设置于测量腔内，其用于对测量腔内的机油进行超声空化破裂，将机油中气泡破裂并释放。
[0010]进一步地，所述取油管道和/或回油管道选用低黏性采样管道。
[0011]进一步地，还包括稳压腔和4号气动阀，所述稳压腔设置在真空栗与测量腔之间的管路上，所述4号气动阀设置在稳压腔与测量腔之间的管路上。
[0012]进一步地，还包括压力传感器，其连接至测量腔并感应测量腔压力；还包括2号气动阀，3号气动阀以及5号气动阀，2号气动阀设置于取油管道上，3号气动阀设置于活塞气缸与测量腔之间的管路上，5号气动阀设置于测量腔与外界之间的管路上并用于平衡测量腔压力。
[0013]进一步地，还包括控制箱和触摸屏，控制箱内安装有CPU控制单元、信号采集单元，24V开关电源以及24V直流继电器，外设控制箱面板，触摸屏安装在控制箱面板，其上实时显示设备当前的温度、压力，以及处于的工作循环模式;测量结束后，设备会自动计算出机油中含气量;和/或所述1-6号气动阀均采用电磁阀控制;和/或测量腔为钢化玻璃体积计;和/或真空栗采用双真空负压栗。
[0014]上述发动机机油含气量测量设备的测量方法，包括如下步骤:
[0015](I)使气压平衡；
[0016](2)将主油道中机油抽取到测量腔内；
[0017](3)利用负压气泡破裂、超声空化破裂方法，将机油中气泡破裂并释放；
[0018](4)根据工作体积、温度计算出修正系数，并对最终结果进行最终修正。
[0019]进一步地，步骤(I)中进一步包括:
[0020](1-1)接通电源；
[0021](1-2)触摸屏显示启动、停止、数据清除、设备自检、当前机油温度、测量腔压力；
[0022](1-3)清除上次测量数据；
[0023](1-4)进行设备自检:变频电机开始推动气缸压缩，测试气缸密闭性及压力触感器状态;真空栗开始工作，对测量腔抽真空；
[0024]步骤(2)中进一步包括:
[0025](2-1)1号气动阀打开，主油道油会流过此设备；
[0026](2-2) 2号、6号气动阀打开充油，让机油充分在测量腔中运行20秒；
[0027]步骤(3)中进一步包括:
[0028](3-1)4号气动阀、1/2号真空栗开始工作，直到压力至_60Kpa;
[0029](3-2)5号气动阀开启，平衡测量腔压力后关闭5号气动阀；
[0030](3-3)步骤过程反复 2次；
[0031](3-4)变频器控制变频电机推动活塞迅速从2号限位开关运动到I号限位开关，3号气动阀开启，机油从测量腔底部飞溅入活塞气缸；
[0032](3-5)稳定1S后，活塞从I号限位运动到2号限位，机油从活塞气缸被重新挤回测量腔，3号气动阀关闭；
[0033](3-6)步骤(3-4)(3-5)过程反复 3次；
[0034](3-7)超声波振动棒开始工作，每次工作2-3S即停止，停机1S继续工作，反复20次，测量结束；
[0035]步骤(4)中进一步包括:测量结束后，根据初始温度、最终温度、相关体积、最终液位高度计算出含气量，并显示在HMI人机界面，计算公式为:Aerat1n[ % ] = (VrefAir/VrefOil).100%，其中，VoOil = VeOil(l+0(T。一Te))
[0036]VoAir — VoMix VoOil
[0037]Vref0il = Vo0il( l+P(Tref — To))
[0038]VrefAir = VoAir.(Tref/To)
[0039]其中￠ = 0.0007 1/K，参考温度为20Γ
[0040]Aerat1n一机油含气量[0041 ] VrefAir—校正空气体积
[0042]VrefQii—校正机油体积
[0043]VoOil 一最大机油体积
[0044]VeOil—稳定机油体积
[0045]VoAir—最大气体体积
[0046]VoMix一最大总体积
[0047]Tref—参考温度。
[0048]与目前现有技术相比，本发明具有如下优势:
[0049]1、安全:为了提高设备在油气环境中运行安全性，本发明采用电磁阀控制气动阀的方式，这样可以有效将油气环境与电气隔离开；
[0050]2:简洁:触摸屏上实时显示设备当前的温度、压力，以及处于的工作循环模式;测量结束后，设备会自动计算出机油中含气量；
[0051 ] 3:可靠:取油管道选用低黏性采样管道，这样可以有效降低气泡在管道里破裂的可能性;为了避免振动棒连续工作对机油局部温度产生影响，导致最终测量结果出现误差，故在程序中设定每次短时间开启(3-5S)；
[0052]4:自主编程:可根据试验要求，自主编写功能程序，让设备能满足不同试验要求或测量要求。HMI控制屏也可以根据使用人习惯，任意设置；
[0053]5:简洁显示界面。在测量过程中，一切操作、显示均在HMI界面上，让试验人员能直接、有效的进行试验，并对试验过程实时监控；
[0054]6:独特气泡破裂法。大气泡，采用常规负压进行破碎;小气泡采用负压飞溅法进行破裂;针对微气泡利用超声空化破碎(当声强达到一定强度时，声场作用的局部区域暂时负压，使机油中微气泡生长直至破裂)，这样机油中气泡将祛除的更彻底，测量结果也将更精确。
【附图说明】
[0055]图1发明设备示意图
[0056]图2发明控制总图
[0057]图3发明外置继电器线圈图
[0058]图4开关量执行单元控制图
[0059]图5模拟量执行单元控制图
[0060]图6触摸屏界面图
【具体实施方式】
[0061]下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。
[0062]在一个优选实施例中，为能连续测量不同工作状态下的发动机机油含气量，采用双真空负压栗，在有效破裂存在机油中的大气泡的同时，减少机油附着损失;针对机油中无法依靠负压破裂的气泡，本发明引入超声空化法破裂微气泡;为避免因测量环境不同导致的测量差异性，将引入以下参数及公式计算含气量;公式如下:
[0063]Aerat1n[ % ] = (VrefAir/VrefQii).100%
[0064]其中=Te))
[0065]VoAir — VoMix VoOil
[0066]VrefOil = VoOil( l+P(Tref — To))
[0067]VrefAir = VoAir.(Tref/To)
[0068]其中β = 0.0007 1/Κ，参考温度为20Γ
[0069]Aerat1n一机油含气量
[0070]VrefAir—校正空气体积[0071 ]Vref0il—校正机油体积
[0072]VciQil—最大机油体积
[0073]VeOii—稳定机油体积
[0074]VoAir—最大气体体积
[0075]VoMix一最大总体积
[0076]Tref一参考温度。
[0077]发明所需配件:电气控制箱、CTU控制单元、信号采集单元、触摸屏、24V直流继电器，24V开关电源、限位开关、变频器、变频电机、活塞气缸、常闭气动控制阀、真空栗、稳压腔、单向阀、手调阀、温度传感器、压力传感器、超声波振动棒、钢化玻璃体积计(测量腔)、液位传感器;安装方式:HMI触摸屏安装在控制箱面板;CPU控制单元、信号采集单元，24V开关电源、24V直流继电器安装在设备控制箱中；限位开关、变频器、变频电机、活塞气缸、气动控制阀、真空栗、稳压腔、单向阀、手调阀、温度传感器、压力传感器、超声波振动棒、钢化玻璃体积计安装在设备本体上。以上设备测量方法主体步骤如下:
[0078]1、首先保证气压平衡，然后将主油道中机油抽取到测量腔内；
[0079]2、利用负压气泡破裂、超声空化破裂方法，将机油中气泡破裂并释放；
[0080]3、根据工作体积、温度计算出修正系数，并对最终结果进行最终修正。
[0081]检测箱各阶段(模块)工作原理
[0082](I)初始状态:
[0083]图1中各阀体均处于关闭状态，电机未得电工作，活塞气缸位于2号限位处
[0084]图2中PLC的端口都无任何信号输出，也未采集任何信号；
[0085]图3中PLC外置继电器线圈未得电，相应的触点开关也处于断开状态
[0086]图4中开关量执行单元处于未得电状态度
[0087]图5中模拟量执行单元处于未工作状态
[0088](2)设备工作前自检
[0089]每次试验前，需要对设备状态进行检测，以保证测量结果的准确性。在HMI界面上，设置了自检按钮，每次试验前，在HMI界面上按下自检键，设备将有如下执行动作:
[0090]①1-6号气动阀分步执行开关动作；
[0091 ] ②5号气动阀关闭，3号气动阀打开，活塞气缸从I号限位往2号限位运动，测量腔中压力增加，此时压力传感器将腔内相对压力值显示在HMI界面上
[0092]③4号气动阀打开，I号、2号真空栗开始工作，抽取测量腔中压力，当压力处于-30Kpa 土 1Kpa时，停机20S，5号气动阀打开，平衡测量腔压力；
[0093](3)常规负压气泡破裂
[0094]试验开始时，先对试验的发动机进行机油取样:
[0095]①I号气动阀开启，让主油道中有充分的冲洗采样管道；
[0096]②I号阀关闭，2号、6号阀打开，充油20S;
[0097]③2号、6号气动阀关闭，开始进入测量状态。
[0098]④4号启动打开，1、2号真空栗开启，直至测量腔中气压降至_60KPa;
[00"] ⑤稳压30S后，5号气动阀开启，平衡气压；
[0100]⑥反复④⑤步骤2次后，所有阀关闭并进入飞溅气泡破裂程序；
[0101](4)飞溅负压气泡破裂
[0102]因机油本身具有很强黏度，常规负压破裂已无法将直径S0.5mm以下气泡给有效破裂，故采用飞溅负压气泡破裂。工作步骤:
[0103]①变频器给变频电机给予最高转速，活塞迅速向I号限位开关运动；；
[0104]②当气缸接触到I号限位开关后保持不动，3号气动阀立刻开启，让机油迅速通过毛细(0.3-0.5_)多孔管喷射至活塞气缸中。根据流速公式(式中:C一管道的谢才系数;L一管道长度;P—管道两端的压力差;R—管道的水力半径;P—液体密度;g—重力加速度;S —管道的摩阻)计算得出，经过多孔管通道后，液体流速会成倍加速撞击气缸内壁。这样利用撞击力量，可以将S 0.5mm气泡给有效的破裂；
[0105]③待稳定1S后，活塞气缸向2号限位开关运行，直至接触2号限位开关，3号启动阀关闭。
[0106]④反复①②③步骤3次后，所有阀关闭并进入超声空化破裂程序。
[0107](5)超声波空化破裂
[0108]在经历常规负压、飞溅负压后，仍有少量微小气泡存在于机油中。为了让气泡去除的更彻底，引入了超声空化来处理。
[0109]为了避免超声波发生器工作热量对测量的影响，每次PLC控制超声波工作时间在2S-3So
[0110]超声波振动棒在工作时，可以看到有少量气泡有机油中析出并破裂，反复N次后，超声波停止工作，此时默认机油中已无气泡。
[0111](6)含气量计算
[0112]最终的液位高度直接显示在HMI界面上。
[0113]试验结束时，PLC将最终温度、液位高度读取，在PLC程序中做最终含气量计算。
[0114]下面将结合示意图来详细说明本发明。
[0115]第一步:
[0116]接通电源。触摸屏会显示图6界面，在HMI界面上，可以看到启动、停止、数据清除、设备自检、当前机油温度、测量腔压力；
[0117]第二步:
[0118]为了避免以前试验数据对现今试验产生影响，在试验前先点击停止按钮，在点击清除数据按钮，这样可以确保PLC内部历史数据被清除且不会对测量产生任何影响；
[0119]第三步:
[0120]试验前先进行设备自检。点击设备自检，PLC会自动执行自检工作:
[0121]①继电器K1-K6线圈依次得电；[0122 ] ②继电器K3线圈得电，3号气动阀工作，图5中变频器工作，变频电机开始推动气缸压缩，测试气缸密闭性及压力触感器状态；
[0123]③继电器K4/K7 /K8线圈得电，4号气动阀打开且I号、2号真空栗开始工作，对测量腔抽真空；
[0124]第四步:
[0125]开始试验，点击开始试验按钮，PLC会自动执行测量工作，自动试验步骤如下:
[0126]①Kl继电器线圈得电，I号气动阀打开，主油道油会流过此设备；
[0127]②运行M秒后，Kl继电器断电，K2//K6继电器线圈得电，2号、6号气动阀打开充油，让机油充分在测量腔中运行20秒，K2//K6继电器断电；
[0128]③K4/K7/K8继电器线圈得电，4号气动阀、1/2号真空栗开始工作，直到压力至-60KpaoK4/K7/K8继电器断电，对应执行单元停止运行；
[0129]④K5继电器线圈得电，5号气动阀开启，平衡测量腔压力后关闭5号气动阀；
[0130]⑤5、3-4过程反复2次；
[0131]⑥变频器控制变频电机推动活塞迅速从2号限位开关运动到I号限位开关，K3得电，3号气动阀开启，机油从测量腔底部飞派入活塞气缸；
[0132]⑦稳定1S后，活塞从I号限位运动刀2号限位，机油从活塞气缸被重新挤回测量腔，3号气动阀关闭；
[0133]⑧6-7过程反复3次；
[0134]⑨K9得电，超声波振动棒开始工作，每次工作2-3S即停止，停机1S继续工作，反复20次，测量结束；
[0135]⑩测量结束后，PLC会根据初始温度、最终温度、相关体积、最终液位高度计算出含气量，并显示在HMI人机界面。
[0136]上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种发动机机油含气量测量设备，其特征在于，包括真空栗，超声波振动棒，取油管道，测量腔以及活塞气缸，其中，所述真空栗连接至测量腔并用于对测量腔抽真空；所述取油管道一端连接至发动机总成，另一端连接至测量腔;所述活塞气缸连接至测量腔，其用于接收来自测量腔的机油并可将机油挤回测量腔。2.如权利要求1所述的发动机机油含气量测量设备，其特征在于，还包括回油管道，其一端连接至发动机总成，另一端连接至测量腔。3.如权利要求2所述的发动机机油含气量测量设备，其特征在于，还包括I号气动阀和6号气动阀，所述I号气动阀设置于连接在取油管道和回油管道之间的连接管路上，所述6号气动阀设置在回油管道上。4.如权利要求1-3所述的发动机机油含气量测量设备，其特征在于，所述超声波振动棒设置于测量腔内，其用于对测量腔内的机油进行超声空化破裂，将机油中气泡破裂并释放。5.如权利要求1-3所述的发动机机油含气量测量设备，其特征在于，所述取油管道和/或回油管道选用低黏性采样管道。6.如权利要求1-5所述的发动机机油含气量测量设备，其特征在于，还包括稳压腔和4号气动阀，所述稳压腔设置在真空栗与测量腔之间的管路上，所述4号气动阀设置在稳压腔与测量腔之间的管路上。7.如权利要求1-6所述的发动机机油含气量测量设备，其特征在于，还包括压力传感器，其连接至测量腔并感应测量腔压力；还包括2号气动阀，3号气动阀以及5号气动阀，2号气动阀设置于取油管道上，3号气动阀设置于活塞气缸与测量腔之间的管路上，5号气动阀设置于测量腔与外界之间的管路上并用于平衡测量腔压力。8.如权利要求1-7所述的发动机机油含气量测量设备，其特征在于，还包括控制箱和触摸屏，控制箱内安装有CHJ控制单元、信号采集单元，24V开关电源以及24V直流继电器，外设控制箱面板，触摸屏安装在控制箱面板，其上实时显示设备当前的温度、压力，以及处于的工作循环模式;测量结束后，设备会自动计算出机油中含气量;和/或所述1-6号气动阀均采用电磁阀控制;和/或测量腔为钢化玻璃体积计;和/或真空栗采用双真空负压栗。9.如权利要求1-8所述发动机机油含气量测量设备的测量方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)使气压平衡； (2)将主油道中机油抽取到测量腔内； (3)利用负压气泡破裂、超声空化破裂方法，将机油中气泡破裂并释放； (4)根据工作体积、温度计算出修正系数，并对最终结果进行最终修正。10.如权利要求9所述发动机机油含气量测量设备的测量方法，其特征在于，步骤(I)中进一步包括: (1-1)接通电源； (1-2)触摸屏显示启动、停止、数据清除、设备自检、当前机油温度、测量腔压力； (1-3)清除上次测量数据； (1-4)进行设备自检:变频电机开始推动气缸压缩，测试气缸密闭性及压力触感器状态;真空栗开始工作，对测量腔抽真空； 步骤(2)中进一步包括: (2-1) I号气动阀打开，主油道油会流过此设备； (2-2) 2号、6号气动阀打开充油，让机油充分在测量腔中运行20秒； 步骤(3)中进一步包括: (3-1)4号气动阀、1/2号真空栗开始工作，直到压力至-60Kpa; (3-2)5号气动阀开启，平衡测量腔压力后关闭5号气动阀； (3-3)步骤(3-1)和(3-2)过程反复2次； (3-4)变频器控制变频电机推动活塞迅速从2号限位开关运动到I号限位开关，3号气动阀开启，机油从测量腔底部飞溅入活塞气缸； (3-5)稳定1S后，活塞从I号限位运动到2号限位，机油从活塞气缸被重新挤回测量腔，3号气动阀关闭； (3-6)步骤(3-4)(3-5)过程反复3次； (3-7)超声波振动棒开始工作，每次工作2-3S即停止，停机1S继续工作，反复20次，测量结束； 步骤(4)中进一步包括:测量结束后，根据初始温度、最终温度、相关体积、最终液位高度计算出含气量，并显示在HMI人机界面，计算公式为:Aerat 1n [ % ] = (VrefAir/VrefOil).100%，其中，Vc1Qil = VeQil(HKTc1-Te))VoAir — VoMix VoOil VrefOil = VoOil ( l+β(Tref — To))VrefAir — VoAir.(Tref/To) 其中β = 0.0007 1/Κ，参考温度为20°C Aerat1n一机油含气量 VrefAir一校正空气体积 VrefOil一校正机油体积 VoOil 一最大机油体积 VeOil 一稳定机油体积 VoAir 一最大气体体积 V OMix 一最大总体积 Tref 一参考温度ο
【文档编号】G01N7/16GK105865972SQ201610457421
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月22日
【发明人】王雷鸣, 祖松, 单盐安, 王经理
【申请人】奇瑞汽车股份有限公司