一種發動機機油含氣量測量設備及其測量方法
【專利摘要】本發明涉及一種發動機機油含氣量測量設備及其測量方法，包括真空泵，超聲波振動棒，取油管道，測量腔以及活塞氣缸，其中，所述真空泵連接至測量腔并用于對測量腔抽真空；所述取油管道一端連接至發動機總成，另一端連接至測量腔；所述活塞氣缸連接至測量腔，其用于接收來自測量腔的機油并可將機油擠回測量腔。本發明可以精確測量發動機在不同工作狀態下機油中的含氣量，降低發動機或零件潤滑故障率。
【專利說明】
_種發動機機油含氣量測量設備及其測量方法
技術領域
[0001]本發明涉及發動機潤滑測試領域，具體涉及一種發動機機油含氣量測量設備及其測量方法。
【背景技術】
[0002]隨著發動機技術水平的不斷提高，發動機機油含氣量問題的改善變得越來越有意義，過高的機油含氣量會導致機油壽命縮短，同時導致液壓部件和摩擦軸承的大量損壞失效。
[0003]目前國際主流的機油含氣量測量方法分為兩種，一種是基于密度變化的測試法，即放射性核素的放射密度會隨其在機油中散布密度而產生同比例變化，使用這一物理特性可以實現機油含氣量的連續測量；另一種是基于體積變化的測量法，即將機油從發動機主油道放出，測試機油前后(機油被放出時刻包含氣體的最大體積-靜放置一段時間后的機油體積)體積變化來進行測量。
[0004]現有技術中存在如下技術問題:目前常規采用的人工放機油含氣量測試方法，由于受到環境等多種因素影響，導致機油含氣量測量結果誤差較大，試驗數據再現性不佳。如何更加準確的對發動機機油含氣量進行測定，是目前試驗開發過程面臨的重要問題。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種發動機機油含氣量測量設備及其測量方法，測量發動機在不同工作狀態下機油中的含氣量，降低發動機或零件潤滑故障率。具體技術方案如下:
[0006]—種發動機機油含氣量測量設備，包括真空栗，超聲波振動棒，取油管道，測量腔以及活塞氣缸，其中，所述真空栗連接至測量腔并用于對測量腔抽真空;所述取油管道一端連接至發動機總成，另一端連接至測量腔;所述活塞氣缸連接至測量腔，其用于接收來自測量腔的機油并可將機油擠回測量腔。
[0007]進一步地，還包括回油管道，其一端連接至發動機總成，另一端連接至測量腔。
[0008]進一步地，還包括I號氣動閥和6號氣動閥，所述I號氣動閥設置于連接在取油管道和回油管道之間的連接管路上，所述6號氣動閥設置在回油管道上。
[0009]進一步地，所述超聲波振動棒設置于測量腔內，其用于對測量腔內的機油進行超聲空化破裂，將機油中氣泡破裂并釋放。
[0010]進一步地，所述取油管道和/或回油管道選用低黏性采樣管道。
[0011]進一步地，還包括穩壓腔和4號氣動閥，所述穩壓腔設置在真空栗與測量腔之間的管路上，所述4號氣動閥設置在穩壓腔與測量腔之間的管路上。
[0012]進一步地，還包括壓力傳感器，其連接至測量腔并感應測量腔壓力；還包括2號氣動閥，3號氣動閥以及5號氣動閥，2號氣動閥設置于取油管道上，3號氣動閥設置于活塞氣缸與測量腔之間的管路上，5號氣動閥設置于測量腔與外界之間的管路上并用于平衡測量腔壓力。
[0013]進一步地，還包括控制箱和觸摸屏，控制箱內安裝有CPU控制單元、信號采集單元，24V開關電源以及24V直流繼電器，外設控制箱面板，觸摸屏安裝在控制箱面板，其上實時顯示設備當前的溫度、壓力，以及處于的工作循環模式;測量結束后，設備會自動計算出機油中含氣量;和/或所述1-6號氣動閥均采用電磁閥控制;和/或測量腔為鋼化玻璃體積計;和/或真空栗采用雙真空負壓栗。
[0014]上述發動機機油含氣量測量設備的測量方法，包括如下步驟:
[0015](I)使氣壓平衡；
[0016](2)將主油道中機油抽取到測量腔內；
[0017](3)利用負壓氣泡破裂、超聲空化破裂方法，將機油中氣泡破裂并釋放；
[0018](4)根據工作體積、溫度計算出修正系數，并對最終結果進行最終修正。
[0019]進一步地，步驟(I)中進一步包括:
[0020](1-1)接通電源；
[0021](1-2)觸摸屏顯示啟動、停止、數據清除、設備自檢、當前機油溫度、測量腔壓力；
[0022](1-3)清除上次測量數據；
[0023](1-4)進行設備自檢:變頻電機開始推動氣缸壓縮，測試氣缸密閉性及壓力觸感器狀態;真空栗開始工作，對測量腔抽真空；
[0024]步驟(2)中進一步包括:
[0025](2-1)1號氣動閥打開，主油道油會流過此設備；
[0026](2-2) 2號、6號氣動閥打開充油，讓機油充分在測量腔中運行20秒；
[0027]步驟(3)中進一步包括:
[0028](3-1)4號氣動閥、1/2號真空栗開始工作，直到壓力至_60Kpa;
[0029](3-2)5號氣動閥開啟，平衡測量腔壓力后關閉5號氣動閥；
[0030](3-3)步驟過程反復 2次；
[0031](3-4)變頻器控制變頻電機推動活塞迅速從2號限位開關運動到I號限位開關，3號氣動閥開啟，機油從測量腔底部飛濺入活塞氣缸；
[0032](3-5)穩定1S后，活塞從I號限位運動到2號限位，機油從活塞氣缸被重新擠回測量腔，3號氣動閥關閉；
[0033](3-6)步驟(3-4)(3-5)過程反復 3次；
[0034](3-7)超聲波振動棒開始工作，每次工作2-3S即停止，停機1S繼續工作，反復20次，測量結束；
[0035]步驟(4)中進一步包括:測量結束后，根據初始溫度、最終溫度、相關體積、最終液位高度計算出含氣量，并顯示在HMI人機界面，計算公式為: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，參考溫度為20Γ
[0040]Aerat1n一機油含氣量[0041 ] VrefAir—校正空氣體積
[0042]VrefQii—校正機油體積
[0043]VoOil 一最大機油體積
[0044]VeOil—穩定機油體積
[0045]VoAir—最大氣體體積
[0046]VoMix一最大總體積
[0047]Tref—參考溫度。
[0048]與目前現有技術相比，本發明具有如下優勢:
[0049]1、安全:為了提高設備在油氣環境中運行安全性，本發明采用電磁閥控制氣動閥的方式，這樣可以有效將油氣環境與電氣隔離開；
[0050]2:簡潔:觸摸屏上實時顯示設備當前的溫度、壓力，以及處于的工作循環模式;測量結束后，設備會自動計算出機油中含氣量；
[0051 ] 3:可靠:取油管道選用低黏性采樣管道，這樣可以有效降低氣泡在管道里破裂的可能性;為了避免振動棒連續工作對機油局部溫度產生影響，導致最終測量結果出現誤差，故在程序中設定每次短時間開啟(3-5S)；
[0052]4:自主編程:可根據試驗要求，自主編寫功能程序，讓設備能滿足不同試驗要求或測量要求。HMI控制屏也可以根據使用人習慣，任意設置；
[0053]5:簡潔顯示界面。在測量過程中，一切操作、顯示均在HMI界面上，讓試驗人員能直接、有效的進行試驗，并對試驗過程實時監控；
[0054]6:獨特氣泡破裂法。大氣泡，采用常規負壓進行破碎;小氣泡采用負壓飛濺法進行破裂;針對微氣泡利用超聲空化破碎(當聲強達到一定強度時，聲場作用的局部區域暫時負壓，使機油中微氣泡生長直至破裂)，這樣機油中氣泡將祛除的更徹底，測量結果也將更精確。
【附圖說明】
[0055]圖1發明設備示意圖
[0056]圖2發明控制總圖
[0057]圖3發明外置繼電器線圈圖
[0058]圖4開關量執行單元控制圖
[0059]圖5模擬量執行單元控制圖
[0060]圖6觸摸屏界面圖
【具體實施方式】
[0061]下面根據附圖對本發明進行詳細描述，其為本發明多種實施方式中的一種優選實施例。
[0062]在一個優選實施例中，為能連續測量不同工作狀態下的發動機機油含氣量，采用雙真空負壓栗，在有效破裂存在機油中的大氣泡的同時，減少機油附著損失;針對機油中無法依靠負壓破裂的氣泡，本發明引入超聲空化法破裂微氣泡;為避免因測量環境不同導致的測量差異性，將引入以下參數及公式計算含氣量;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，參考溫度為20Γ
[0069]Aerat1n一機油含氣量
[0070]VrefAir—校正空氣體積[0071 ]Vref0il—校正機油體積
[0072]VciQil—最大機油體積
[0073]VeOii—穩定機油體積
[0074]VoAir—最大氣體體積
[0075]VoMix一最大總體積
[0076]Tref一參考溫度。
[0077]發明所需配件:電氣控制箱、CTU控制單元、信號采集單元、觸摸屏、24V直流繼電器，24V開關電源、限位開關、變頻器、變頻電機、活塞氣缸、常閉氣動控制閥、真空栗、穩壓腔、單向閥、手調閥、溫度傳感器、壓力傳感器、超聲波振動棒、鋼化玻璃體積計(測量腔)、液位傳感器;安裝方式:HMI觸摸屏安裝在控制箱面板;CPU控制單元、信號采集單元，24V開關電源、24V直流繼電器安裝在設備控制箱中；限位開關、變頻器、變頻電機、活塞氣缸、氣動控制閥、真空栗、穩壓腔、單向閥、手調閥、溫度傳感器、壓力傳感器、超聲波振動棒、鋼化玻璃體積計安裝在設備本體上。以上設備測量方法主體步驟如下:
[0078]1、首先保證氣壓平衡，然后將主油道中機油抽取到測量腔內；
[0079]2、利用負壓氣泡破裂、超聲空化破裂方法，將機油中氣泡破裂并釋放；
[0080]3、根據工作體積、溫度計算出修正系數，并對最終結果進行最終修正。
[0081]檢測箱各階段(模塊)工作原理
[0082](I)初始狀態:
[0083]圖1中各閥體均處于關閉狀態，電機未得電工作，活塞氣缸位于2號限位處
[0084]圖2中PLC的端口都無任何信號輸出，也未采集任何信號；
[0085]圖3中PLC外置繼電器線圈未得電，相應的觸點開關也處于斷開狀態
[0086]圖4中開關量執行單元處于未得電狀態度
[0087]圖5中模擬量執行單元處于未工作狀態
[0088](2)設備工作前自檢
[0089]每次試驗前，需要對設備狀態進行檢測，以保證測量結果的準確性。在HMI界面上，設置了自檢按鈕，每次試驗前，在HMI界面上按下自檢鍵，設備將有如下執行動作:
[0090]①1-6號氣動閥分步執行開關動作；
[0091 ] ②5號氣動閥關閉，3號氣動閥打開，活塞氣缸從I號限位往2號限位運動，測量腔中壓力增加，此時壓力傳感器將腔內相對壓力值顯示在HMI界面上
[0092]③4號氣動閥打開，I號、2號真空栗開始工作，抽取測量腔中壓力，當壓力處于-30Kpa 土 1Kpa時，停機20S，5號氣動閥打開，平衡測量腔壓力；
[0093](3)常規負壓氣泡破裂
[0094]試驗開始時，先對試驗的發動機進行機油取樣:
[0095]①I號氣動閥開啟，讓主油道中有充分的沖洗采樣管道；
[0096]②I號閥關閉，2號、6號閥打開，充油20S;
[0097]③2號、6號氣動閥關閉，開始進入測量狀態。
[0098]④4號啟動打開，1、2號真空栗開啟，直至測量腔中氣壓降至_60KPa;
[00"] ⑤穩壓30S后，5號氣動閥開啟，平衡氣壓；
[0100]⑥反復④⑤步驟2次后，所有閥關閉并進入飛濺氣泡破裂程序；
[0101](4)飛濺負壓氣泡破裂
[0102]因機油本身具有很強黏度，常規負壓破裂已無法將直徑S0.5mm以下氣泡給有效破裂，故采用飛濺負壓氣泡破裂。工作步驟:
[0103]①變頻器給變頻電機給予最高轉速，活塞迅速向I號限位開關運動；；
[0104]②當氣缸接觸到I號限位開關后保持不動，3號氣動閥立刻開啟，讓機油迅速通過毛細(0.3-0.5_)多孔管噴射至活塞氣缸中。根據流速公式(式中:C一管道的謝才系數;L一管道長度;P—管道兩端的壓力差;R—管道的水力半徑;P—液體密度;g—重力加速度;S —管道的摩阻)計算得出，經過多孔管通道后，液體流速會成倍加速撞擊氣缸內壁。這樣利用撞擊力量，可以將S 0.5mm氣泡給有效的破裂；
[0105]③待穩定1S后，活塞氣缸向2號限位開關運行，直至接觸2號限位開關，3號啟動閥關閉。
[0106]④反復①②③步驟3次后，所有閥關閉并進入超聲空化破裂程序。
[0107](5)超聲波空化破裂
[0108]在經歷常規負壓、飛濺負壓后，仍有少量微小氣泡存在于機油中。為了讓氣泡去除的更徹底，引入了超聲空化來處理。
[0109]為了避免超聲波發生器工作熱量對測量的影響，每次PLC控制超聲波工作時間在2S-3So
[0110]超聲波振動棒在工作時，可以看到有少量氣泡有機油中析出并破裂，反復N次后，超聲波停止工作，此時默認機油中已無氣泡。
[0111](6)含氣量計算
[0112]最終的液位高度直接顯示在HMI界面上。
[0113]試驗結束時，PLC將最終溫度、液位高度讀取，在PLC程序中做最終含氣量計算。
[0114]下面將結合示意圖來詳細說明本發明。
[0115]第一步:
[0116]接通電源。觸摸屏會顯示圖6界面，在HMI界面上，可以看到啟動、停止、數據清除、設備自檢、當前機油溫度、測量腔壓力；
[0117]第二步:
[0118]為了避免以前試驗數據對現今試驗產生影響，在試驗前先點擊停止按鈕，在點擊清除數據按鈕，這樣可以確保PLC內部歷史數據被清除且不會對測量產生任何影響；
[0119]第三步:
[0120]試驗前先進行設備自檢。點擊設備自檢，PLC會自動執行自檢工作:
[0121]①繼電器K1-K6線圈依次得電；[0122 ] ②繼電器K3線圈得電，3號氣動閥工作，圖5中變頻器工作，變頻電機開始推動氣缸壓縮，測試氣缸密閉性及壓力觸感器狀態；
[0123]③繼電器K4/K7 /K8線圈得電，4號氣動閥打開且I號、2號真空栗開始工作，對測量腔抽真空；
[0124]第四步:
[0125]開始試驗，點擊開始試驗按鈕，PLC會自動執行測量工作，自動試驗步驟如下:
[0126]①Kl繼電器線圈得電，I號氣動閥打開，主油道油會流過此設備；
[0127]②運行M秒后，Kl繼電器斷電，K2//K6繼電器線圈得電，2號、6號氣動閥打開充油，讓機油充分在測量腔中運行20秒，K2//K6繼電器斷電；
[0128]③K4/K7/K8繼電器線圈得電，4號氣動閥、1/2號真空栗開始工作，直到壓力至-60KpaoK4/K7/K8繼電器斷電，對應執行單元停止運行；
[0129]④K5繼電器線圈得電，5號氣動閥開啟，平衡測量腔壓力后關閉5號氣動閥；
[0130]⑤5、3-4過程反復2次；
[0131]⑥變頻器控制變頻電機推動活塞迅速從2號限位開關運動到I號限位開關，K3得電，3號氣動閥開啟，機油從測量腔底部飛派入活塞氣缸；
[0132]⑦穩定1S后，活塞從I號限位運動刀2號限位，機油從活塞氣缸被重新擠回測量腔，3號氣動閥關閉；
[0133]⑧6-7過程反復3次；
[0134]⑨K9得電，超聲波振動棒開始工作，每次工作2-3S即停止，停機1S繼續工作，反復20次，測量結束；
[0135]⑩測量結束后，PLC會根據初始溫度、最終溫度、相關體積、最終液位高度計算出含氣量，并顯示在HMI人機界面。
[0136]上面結合附圖對本發明進行了示例性描述，顯然本發明具體實現并不受上述方式的限制，只要采用了本發明的方法構思和技術方案進行的各種改進，或未經改進直接應用于其它場合的，均在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種發動機機油含氣量測量設備，其特征在于，包括真空栗，超聲波振動棒，取油管道，測量腔以及活塞氣缸，其中，所述真空栗連接至測量腔并用于對測量腔抽真空；所述取油管道一端連接至發動機總成，另一端連接至測量腔;所述活塞氣缸連接至測量腔，其用于接收來自測量腔的機油并可將機油擠回測量腔。2.如權利要求1所述的發動機機油含氣量測量設備，其特征在于，還包括回油管道，其一端連接至發動機總成，另一端連接至測量腔。3.如權利要求2所述的發動機機油含氣量測量設備，其特征在于，還包括I號氣動閥和6號氣動閥，所述I號氣動閥設置于連接在取油管道和回油管道之間的連接管路上，所述6號氣動閥設置在回油管道上。4.如權利要求1-3所述的發動機機油含氣量測量設備，其特征在于，所述超聲波振動棒設置于測量腔內，其用于對測量腔內的機油進行超聲空化破裂，將機油中氣泡破裂并釋放。5.如權利要求1-3所述的發動機機油含氣量測量設備，其特征在于，所述取油管道和/或回油管道選用低黏性采樣管道。6.如權利要求1-5所述的發動機機油含氣量測量設備，其特征在于，還包括穩壓腔和4號氣動閥，所述穩壓腔設置在真空栗與測量腔之間的管路上，所述4號氣動閥設置在穩壓腔與測量腔之間的管路上。7.如權利要求1-6所述的發動機機油含氣量測量設備，其特征在于，還包括壓力傳感器，其連接至測量腔并感應測量腔壓力；還包括2號氣動閥，3號氣動閥以及5號氣動閥，2號氣動閥設置于取油管道上，3號氣動閥設置于活塞氣缸與測量腔之間的管路上，5號氣動閥設置于測量腔與外界之間的管路上并用于平衡測量腔壓力。8.如權利要求1-7所述的發動機機油含氣量測量設備，其特征在于，還包括控制箱和觸摸屏，控制箱內安裝有CHJ控制單元、信號采集單元，24V開關電源以及24V直流繼電器，外設控制箱面板，觸摸屏安裝在控制箱面板，其上實時顯示設備當前的溫度、壓力，以及處于的工作循環模式;測量結束后，設備會自動計算出機油中含氣量;和/或所述1-6號氣動閥均采用電磁閥控制;和/或測量腔為鋼化玻璃體積計;和/或真空栗采用雙真空負壓栗。9.如權利要求1-8所述發動機機油含氣量測量設備的測量方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)使氣壓平衡； (2)將主油道中機油抽取到測量腔內； (3)利用負壓氣泡破裂、超聲空化破裂方法，將機油中氣泡破裂并釋放； (4)根據工作體積、溫度計算出修正系數，并對最終結果進行最終修正。10.如權利要求9所述發動機機油含氣量測量設備的測量方法，其特征在于，步驟(I)中進一步包括: (1-1)接通電源； (1-2)觸摸屏顯示啟動、停止、數據清除、設備自檢、當前機油溫度、測量腔壓力； (1-3)清除上次測量數據； (1-4)進行設備自檢:變頻電機開始推動氣缸壓縮，測試氣缸密閉性及壓力觸感器狀態;真空栗開始工作，對測量腔抽真空； 步驟(2)中進一步包括: (2-1) I號氣動閥打開，主油道油會流過此設備； (2-2) 2號、6號氣動閥打開充油，讓機油充分在測量腔中運行20秒； 步驟(3)中進一步包括: (3-1)4號氣動閥、1/2號真空栗開始工作，直到壓力至-60Kpa; (3-2)5號氣動閥開啟，平衡測量腔壓力后關閉5號氣動閥； (3-3)步驟(3-1)和(3-2)過程反復2次； (3-4)變頻器控制變頻電機推動活塞迅速從2號限位開關運動到I號限位開關，3號氣動閥開啟，機油從測量腔底部飛濺入活塞氣缸； (3-5)穩定1S后，活塞從I號限位運動到2號限位，機油從活塞氣缸被重新擠回測量腔，3號氣動閥關閉； (3-6)步驟(3-4)(3-5)過程反復3次； (3-7)超聲波振動棒開始工作，每次工作2-3S即停止，停機1S繼續工作，反復20次，測量結束； 步驟(4)中進一步包括:測量結束后，根據初始溫度、最終溫度、相關體積、最終液位高度計算出含氣量，并顯示在HMI人機界面，計算公式為: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，參考溫度為20°C Aerat1n一機油含氣量 VrefAir一校正空氣體積 VrefOil一校正機油體積 VoOil 一最大機油體積 VeOil 一穩定機油體積 VoAir 一最大氣體體積 V OMix 一最大總體積 Tref 一參考溫度ο
【文檔編號】G01N7/16GK105865972SQ201610457421
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月22日
【發明人】王雷鳴, 祖松, 單鹽安, 王經理
【申請人】奇瑞汽車股份有限公司