CN103954453A - 基于缸套磨损的柴油机寿命计量方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于缸套磨损的柴油机寿命计量方法和装置，所述基于缸套磨损的柴油机寿命计量方法包括以下步骤：得到所述表面粗糙度与所述稳定载荷、试件活塞环的速度以及试件活塞环与试件缸套的摩擦次数的关系式以及所述试件缸套的表面粗糙度与所述试件缸套的磨损系数的关系式；得到柴油机的缸套最大磨损深度与所述柴油机转速、小时燃油消耗量、大气压力和环境温度的关系式；计算车载的柴油机的最大缸套磨损深度；基于所述当量摩托小时确定所述车载的柴油机的寿命。根据本发明实施例的基于缸套磨损的柴油机寿命计量方法能够真实计量柴油机在不同工况和环境下的实际寿命，准确判断柴油机的维修和保养时机。

Description

基于缸套磨损的柴油机寿命计量方法和装置

技术领域

本发明涉及柴油机领域，具体而言，涉及一种基于缸套磨损的柴油机寿命计量方法和基于缸套磨损的柴油机寿命计量装置。

背景技术

对柴油机进行维修和保养通常基于柴油机的摩托小时。换言之，为了对柴油机进行维修和保养，需要对柴油机的寿命进行计量。相关技术中通常采用负载摩托小时和累计摩托小时计量柴油机的寿命。然而，利用摩托小时计量柴油机寿命存在计量不准确的问题，例如，装有柴油机的车辆分别在空转和行驶过程中，即使摩托小时相同，但是柴油机的寿命耗损不同，从而导致基于摩托小时计量的柴油机寿命不能真实反映柴油机的实际寿命，由此使得维修和保养时机不准确。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的上述技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种基于缸套磨损的柴油机寿命计量方法，根据本发明实施例的基于缸套磨损的柴油机寿命计量方法能够根据柴油机的缸套磨损计算柴油机在变工况条件下的寿命，从而准确反映柴油机的实际寿命，以及时对柴油机进行维修和保养。

本发明的另一个目的在于提出一种能够准确反映柴油机寿命的基于缸套磨损的柴油机寿命计量装置。

为实现上述目的，根据本发明实施例的第一方面提出一种基于缸套磨损的柴油机寿命计量方法，所述基于缸套磨损的柴油机寿命计量方法包括以下步骤：步骤1：进行试件活塞环－试件缸套模拟试验，其中在多个稳定的载荷F_w中的每个载荷下测量试件缸套的初始表面粗糙度Rq₀、平衡表面粗糙度Rq_m、以及从所述初始表面粗糙度Rq₀达到所述平衡表面粗糙度所需的时间t_Rqm和试件缸套磨损（H_w），以得到所述表面粗糙度Rq与所述稳定载荷Fw、试件活塞环的速度U以及试件活塞环与试件缸套的摩擦次数N_w的关系式f_Rq(N_w，F_w，U)以及所述试件缸套的表面粗糙度Rq与所述试件缸套的磨损系数K_w的关系式f_k(Rq)；步骤2：选定柴油机的工况参数和环境参数，其中所述工况参数包括柴油机转速n和小时燃油消耗量G_t、所述环境参数包括大气压力p₀和环境温度T₀，计算得到所述载荷F_w和速度U与柴油机转速n、小时燃油消耗量Gt、大气压力p₀和环境温度T₀的关系式，进而得到磨损系数K_w与所述柴油机转速n、小时燃油消耗量G_t、大气压力p₀和环境温度T₀的关系式，由此得到柴油机的缸套最大磨损深度H_w与所述柴油机转速n、小时燃油消耗量G_t、大气压力p₀和环境温度T₀的以表格形式表示的关系式f_H(n,G_t,p₀,T₀)；步骤3：基于所述关系式f_H(n,G_t,p₀,T₀)在变工况条件下计算车载的柴油机的最大缸套磨损深度；步骤4：将柴油机的寿命计量单位定义为当量摩托小时，通过所述最大缸套磨损深度计算得到车载的柴油机的当量摩托小时，且基于所述当量摩托小时确定所述车载的柴油机的寿命。

根据本发明实施例的基于缸套磨损的柴油机寿命计量方法，可以充分考虑柴油机的使用工况和环境变化对柴油机技术状况的影响，准确计量柴油机的寿命以确定维修保养时机，克服了相关技术中以摩托小时作为寿命计量而无法根据工况和环境变化真实反映柴油机寿命的弊端。

另外，根据本发明上述实施例的基于缸套磨损的柴油机寿命计量方法还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述关系式f_H(N_w,F_w,U)为：

$\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{Rq}(N_w+1)=c_0{e}^{c_1(N_w+1)}& \mathrm{Rq}\left(N_w\right)>\mathrm{Rqm}\\ \mathrm{Rq}(N_w+1)=\mathrm{Rqm}& \mathrm{Rq}\left(N_w\right)=\mathrm{Rqm}\\ \mathrm{Rq}(N_w+1)=2\mathrm{Rqm}-c_0{e}^{c_1(N_w+1)}& \mathrm{Rq}\left(N_w\right)<\mathrm{Rqm}\end{array}\right.$

式中，c₀、c₁为与稳定载荷Fw和试件活塞环的速度U有关的系数；

所述表面粗糙度与所述磨损系数的关系式f_k(Rq)为：

K_w=d₀+d₁Rq+d₂Rq²

式中，d₀、d₁、d₂为与稳定载荷F_w和试件活塞环的速度U有关的系数。

根据本发明的一个实施例，利用关系式T_d=k_dT通过所述最大缸套磨损深度计算得到柴油机的当量摩托小时，其中T_d为柴油机的当量摩托小时数、k_d为对应柴油机在预定工况下的摩托小时的当量修正系数、T为柴油机的摩托小时数。

根据本发明的一个实施例，当确定到的所述车载的柴油机的寿命小于预定值时发出报警。

根据本发明实施例的第二方面提出一种基于缸套磨损的柴油机寿命计量装置，所述基于缸套磨损的柴油机寿命计量装置包括：数据采集单元，用于采集柴油机的工况参数和环境参数；存储与显示单元，用于存储和显示采集到的工况参数和环境参数，所述存储与显示单元预存有通过试件活塞环－试件缸套模拟试验得到的试件缸套在多个稳定的载荷F_w中的每个载荷下测量到的初始表面粗糙度Rq₀与所述稳定载荷Fw、试件活塞环的速度U以及试件活塞环和试件缸套的摩擦次数N_w的关系式f_Rq(N_w，F_w，U)、所述试件缸套的表面粗糙度Rq与所述试件缸套的磨损系数K_w的关系式f_k(Rq)以及通过计算得到的柴油机的缸套最大磨损深度H_w与所述柴油机转速n、小时燃油消耗量G_t、大气压力p₀和环境温度T₀的以表格形式表示的关系式f_H(n,G_t,p₀,T₀)；数据处理单元，所述数据处理单元基于所述关系式f_H(n,G_t,p₀,T₀)在变工况条件下计算车载的柴油机的最大磨损深度，通过所述最大缸套磨损深度计算得到车载的柴油机的当量摩托小时，且基于所述当量摩托小时确定所述车载的柴油机的寿命，其中当量摩托小时为柴油机的寿命计量单位。

根据本发明实施例的基于缸套磨损的柴油机寿命计量装置，能够计算得到车载柴油机的当量摩托小时，以当量摩托小时为柴油机的寿命计量单位，准确计算车载的柴油机的寿命，进而判断柴油机的维修和保养时机。

根据本发明的一个实施例，所述数据采集单元包括：光电传感器，所述光电传感器安装在所述车载的柴油机的曲轴输出端，用于提取柴油机的转速信号；涡轮转子流量传感器，安装在车辆的柴油泵与粗滤器的连接处，用于提取小时燃油消耗量；绝压变送器，安装在车辆的驾驶室内，用于测量大气压力；温度传感器，安装在车辆驾驶室内，用于测量环境温度；采集卡，用于分别采集所述光电传感器、涡轮转子流量传感器、绝压变送器和温度传感器的信号。

根据本发明的一个实施例，所述数据处理单元为嵌入式主板；所述存储与显示单元包括：存储卡，用于存储工况参数、环境参数和累计的当量摩托小时数；液晶显示屏，用于显示工况参数、环境参数和累计的当量摩托小时数。

根据本发明的一个实施例，所述关系式f_H(N_w,F_w,U)为：

$\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{Rq}(N_w+1)=c_0{e}^{c_1(N_w+1)}& \mathrm{Rq}\left(N_w\right)>\mathrm{Rqm}\\ \mathrm{Rq}(N_w+1)=\mathrm{Rqm}& \mathrm{Rq}\left(N_w\right)=\mathrm{Rqm}\\ \mathrm{Rq}(N_w+1)=2\mathrm{Rqm}-c_0{e}^{c_1(N_w+1)}& \mathrm{Rq}\left(N_w\right)<\mathrm{Rqm}\end{array}\right.$

式中，c₀、c₁为与稳定载荷Fw和试件活塞环的速度U有关的系数，

所述表面粗糙度与所述磨损系数的关系式f_k(Rq)为：

K_w=d₀+d₁Rq+d₂Rq²

式中，d₀、d₁、d₂为与稳定载荷F_w和试件活塞环的速度U有关的系数。

根据本发明的一个实施例，所述数据处理单元利用关系式T_d=k_dT通过所述最大缸套磨损深度计算得到柴油机的当量摩托小时，其中T_d为柴油机的当量摩托小时数、k_d为对应柴油机在预定工况下的摩托小时的当量修正系数、T为柴油机的摩托小时数。

根据本发明的一个实施例，所述基于缸套磨损的柴油机寿命计量装置还包括当确定到的所述车载的柴油机的寿命小于预定值时发出报警的报警装置。

附图说明

图1是本发明实施例的基于缸套磨损的柴油机寿命计量方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的基于缸套磨损的柴油机寿命计量方法的具体实施流程图；

图3是根据本发明实施例的基于缸套磨损的柴油机寿命计量方法中稳定载荷试验载荷与转速分布示意图；

图4是根据本发明实施例的基于缸套磨损的柴油机寿命计量方法中柴油机转速、小时油耗与载荷、速度间关系示意图。

图5是根据本发明实施的基于缸套磨损的柴油机寿命计量方法的计算流程示意图；

图6是图5中的各系数的具体表达方式示意图；

图7是根据本发明实施例的基于缸套磨损的柴油机寿命计量装置的结构示意图；

附图标记：数据采集单元10、数据处理单元20、存储与显示单元30；

光电传感器110、涡轮流量转子传感器120、绝压变送器130、温度传感器140、采集卡150、嵌入式主板210、储存卡310、液晶显示屏320。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述根据本发明实施例的基于缸套磨损的柴油机寿命计量方法。

如图1-图6所示，根据本发明实施例的基于缸套磨损的柴油机寿命计量方法包括以下步骤：

步骤1：进行试件活塞环－试件缸套模拟试验，在多个稳定的载荷F_w中的每个载荷下测量试件缸套的初始表面粗糙度Rq₀、平衡表面粗糙度Rq_m、以及从所述初始表面粗糙度Rq₀达到所述平衡表面粗糙度所需的时间t_Rqm和试件缸套磨损（H_w）。本领域的技术人员可以理解地是，试件缸套的表面粗糙度在模拟试验中随时间逐渐变化，试件缸套的表面粗糙度随时间变化的曲线大体呈盆状，该盆状曲线的水平段认为是表面粗糙度达到了平衡。

根据上述测量值得到所述表面粗糙度Rq与所述稳定载荷Fw、试件活塞环的速度U以及试件活塞环与试件缸套的摩擦次数N_w的关系式f_Rq(N_w，F_w，U)以及所述试件缸套的表面粗糙度Rq与所述试件缸套的磨损系数K_w的关系式f_k(Rq)。其中，试件缸套的摩擦次数N_w活塞环在缸套内单程移动的次数和，例如，活塞环在缸套内往返一次，则N_w为2。

步骤2：选定柴油机的工况参数和环境参数，其中所述工况参数包括柴油机转速n和小时燃油消耗量G_t。所述环境参数包括大气压力p₀和环境温度T₀。计算得到所述载荷F_w和速度U与柴油机转速n、小时燃油消耗量G_t、大气压力p₀和环境温度T₀的关系式，进而得到磨损系数K_w与所述柴油机转速n、小时燃油消耗量G_t、大气压力p₀和环境温度T₀的关系式，由此得到柴油机的缸套最大磨损深度H_w与所述柴油机转速n、小时燃油消耗量G_t、大气压力p₀和环境温度T₀的以表格形式表示的关系式f_H(n,G_t,p₀,T₀)。

步骤3：基于所述关系式f_H(n,G_t,p₀,T₀)在变工况条件下计算车载的柴油机的最大缸套磨损深度。

步骤4：将柴油机的寿命计量单位定义为当量摩托小时，通过所述最大缸套磨损深度计算得到车载的柴油机的当量摩托小时，且基于所述当量摩托小时确定所述车载的柴油机的寿命。

根据本发明实施例的基于缸套磨损的柴油机寿命计量方法，将柴油机的寿命计量单位定位为当量摩托小时，根据缸套的磨损计算车载的柴油机的当量摩托小时，从而可以根据当量摩托小时确定车载的柴油机的寿命。由此可以充分考虑柴油机的使用工况和环境变化对柴油机技术状况的影响，准确计量柴油机的寿命以确定维修保养时机，克服了相关技术中以摩托小时作为寿命计量而无法根据工况和环境变化真实反映柴油机寿命的弊端。根据本发明实施例的基于缸套磨损的柴油机寿命计量方法能够真实计量柴油机在不同工况和环境下的实际寿命，准确判断柴油机的维修和保养时机。

进一步地，当确定到的所述车载的柴油机的寿命小于预定值时发出报警，工作人员可以根据警报对柴油机进行维修和保养。

下面参考附图描述根据本发明具体实施例的基于缸套磨损的柴油机寿命计量方法。

在本发明的一些具体实施例中，如图1-图6所示，根据本发明实施例的基于缸套磨损的柴油机寿命计量方法的步骤一为:

设计活塞环－缸套模拟试验，建立关系式f_Rq(N_w，F_w，U)和关系式f_k(Rq)。

具体而言，首先、依据所述柴油机在常用工作条件下的油量、转速工况范围的检测结果，选择所述柴油机3°CA位置为试验条件的考察范围。采用拉丁超立方的方法设计试验，包括8个工况样本点，如图4所示。

然后，根据活塞环－缸套模拟试验的测量机构得到关系式R_Rq(N_w，F_w，U)为：

$\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{Rq}(N_w+1)=c_0{e}^{c_1(N_w+1)}& \mathrm{Rq}\left(N_w\right)>\mathrm{Rqm}\\ \mathrm{Rq}(N_w+1)=\mathrm{Rqm}& \mathrm{Rq}\left(N_w\right)=\mathrm{Rqm}\\ \mathrm{Rq}(N_w+1)=2\mathrm{Rqm}-c_0{e}^{c_1(N_w+1)}& \mathrm{Rq}\left(N_w\right)<\mathrm{Rqm}\end{array}\right.$

式中，c₀、c₁——与稳定载荷Fw和时间活塞环的速度U有关的系数；

N_w——摩擦次数；

Rqm——平衡表面粗糙度，单位为μm；

Rq——表面粗糙度，单位为μm。

在上述三个方程中，第一个方程为当表面粗糙度Rq大于平衡表面粗糙度Rqm时，即试件缸套的表面粗糙度随时间逐渐降低的过程（对应试件缸套的表面粗糙度随时间变化的曲线的下降段）。第二个方程为当表面粗糙度Rq等于平衡表面粗糙度Rqm时，即试件缸套的粗糙度达到平衡粗糙度，随时间基本不变的过程（对应试件缸套的表面粗糙度随时间变化的曲线的平滑段）。第三个方程为当表面粗糙度Rq小于平衡表面粗糙度Rqm时，即试件缸套的表面粗糙度随时间增加的过程（对应试件缸套的表面粗糙度随时间变化的曲线的上升段）。

所述关系式f_k(Rq)为：

K_w=d₀+d₁Rq+d₂Rq²

式中，d₀、d₁、d₂——与稳定载荷F_w和试件活塞环的速度U有关的系数；

K_w——磨损系数，单位为μm。

在f_Rq(N_w，F_w，U)和f_k(Rq)中，c₀、c₁、d₀、d₁、d₂关系表达式为：

c₀=c₀₁+c₀₂F_w+c₀₃u_g+c₀₄F_w ²+c₀₅u_g ²+c₀₆F_wu_g+c₀₇F_w ³+c₀₈u_g ³

c₁=(c₁₁+c₁₂F_w+c₁₃u_g+c₁₄Fw²+c₁₅u_g ²+c₁₆F_wu_g+c₁₇F_w ³+c₁₈u_g ³)×10^-7

d₀=d₀₁+d₀₂F_w+d₀₃u_g+d₀₄F_w ²+d₀₅u_g ²+d₀₆F_wu_g+d₀₇F_w ³+d₀₈u_g ³

d₁=d₁₁+d₁₂F_w+d₁₃u_g+d₁₄F_w ²+d₁₅u_g ²+d₁₆F_wu_g+d₁₇F_w ³+d₁₈u_g ³

d₂=d₂₁+d₂₂F_w+d₂₃u_g+d₂₄F_w ²+d₂₅u_g ²+d₂₆F_wu_g+d₂₇F_w ³+d₂₈u_g ³

式中，F_w——载荷,单位为N；

u_g——速度，单位为m/s。

通过上述活塞环－缸套模拟试验的结果求得系数c₀、c₁、d₀、d₁、d₂，以表格形式表示；

本领域的技术人员需要理解地是，活塞环－缸套模拟试验应尽可能地模拟实际缸套的磨损情况。本发明所指的动载荷是指摩擦副负载和速度变化，变工况是指柴油机使用过程中工况（柴油机转速和小时燃油消耗量）和环境（大气压力和环境温度）发生变化。所述柴油负荷为实际小时燃油消耗量与最大燃油消耗量之比。

在本发明的一些具体示例中，根据本发明实施例的基于缸套磨损的柴油机寿命计量方法的步骤二为:

选定柴油机的转速n和小时燃油消耗量G_t作为工况参数，选定柴油机工作时的大气压力p₀和环境温度T₀作为环境参数。进行柴油机工作过程计算和活塞组动力学计算，建立工况参数、环境参数与载荷F_w和速度U关系。图4为在海拔3700m、环境温度为20℃的条件下，所述柴油机转速U、小时燃油消耗量G_t（负荷）与载荷速度P的关系图，其中Hd为缸套硬度。

所述缸套磨损深度关系式f_H(n,G_t,p₀,T₀)为：

H_w=K_wP    （8）

式中，P——计算参数，

H_w——缸套磨损深度，单位为μm。

在本发明的一些具体实施例中，根据本发明实施例的基于缸套磨损的柴油机寿命计量方法的步骤三为：

基于所述关系式f_H(n,G_t,p₀,T₀)在变工况条件下计算车载的柴油机的最大磨损深度。

通过计算所述柴油机每个工作循环的缸套表面粗糙度Rq和磨损系数K_w，进而实现变工况条件下缸套深度的计算。根据变工况条件下试件缸套的磨损与表面粗糙度的变化，不同的工况点对应不同的计算算法中的系数。所述柴油机上一个工作循环时的状态是所述柴油机下一个工作循环开始计算的初始状态。

如图5所示，首先判断表面粗糙度Rq是否等于平衡粗糙度Rqm。如果Rq＝Rq，则Rq(t+1)=Rq(t)。如果Rq(t)>Rqm，则如果Rq(t)<Rqm，则缸套磨损深度的计算利用f_k(Rq)和f_H(n,G_t,p₀,T₀)。

本领域的技术人员需要理解地是，即使相同工况点，由于表面粗糙度的原因使得上一个循环结束时表面粗糙度不同，则计算出的磨损系数K_w也会有较大差别。

在本发明的一些具体示例中，根据本发明实施例的基于缸套磨损的柴油机寿命计量方法的的步骤四为:

将柴油机寿命计量单位定义为当量摩托小时，当量摩托小时是指以柴油机实际运行时间为基础，从缸套磨损深度出发，考虑发动机工况（转速和负荷）、海拔高度、环境温度对缸套磨损的影响，柴油机实际寿命相当于按所述缸套平均磨损深度对应的摩托小时数。基于所述当量摩托小时确定所述柴油机的寿命。

所述当量摩托小时的计算表达式为：

T_d=k_dT

式中，T_d——对应柴油机工作摩托小时数的当量摩托小时数，单位为h；

k_d——对应柴油机在预定工况下的摩托小时的当量修正系数；

T——柴油机的摩托小时数，单位为h。

其中， $k_d=\frac{h}{h_0}$

式中，h——预定工况下的磨损率，单位为μm/h；

h₀——柴油机平均磨损率，单位为μm/h。

对于实际使用过程中的柴油机，其累积当量摩托小时的表达式为：

$T_{\mathrm{sd}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{t}{\mathrm{\&Sigma;}}}{k}_{\mathrm{di}}}{3600}$

式中，T_sd——累积当量摩托小时数，单位为h；

k_di——第i秒摩托小时的当量修正系数。

对6台保险期试验柴油机缸套测量数据的分析统计可知，缸套最大磨损深度的置信概率为0.95的均值区间是（0.0349，0.0454），均值为0.0401，服从正态分布，所述柴油机平均磨损率为0.084μm/h。

下面举例描述根据本发明实施例的基于缸套磨损的柴油机寿命计量方法的实际应用。

在海拔高度4348m、大气湿度29～38%的条件下，其中，大气压力和环境温度以实测为准。以西藏羊八井地区某综合训练基地为场地。坦克的摩托小时数为81h、公里数为541.3km，使用45#防冻液、-10#柴油、CD10W/40机油，蒸汽活门开启压力为0.16MPa。测试时间为30min。

分别对羊八井地区车辆的柴油机转速、小时燃油消耗量以及大气压力、环境温度进行了监测，监测结果为大气压力为60.6kPa、环境温度36℃～39℃、转速范围800r/min～2000r/min，主要分布在1600r/min～2000r/min之间、小时燃油消耗量范围为50kg/h～100kg/h。

根据羊八井地区坦克的履历簿计算得，缸套磨损深度为7.77μm，试验30min后磨损深度为7.84μm，按使用寿命为500当量摩托小时计算，则该柴油机工作0.5摩托小时，实际使用为0.83当量摩托小时，累计工作81摩托小时，累计使用93.33当量摩托小时。

根据本发明实施例的基于缸套磨损的柴油机寿命计量方法能够根据柴油机的缸套磨损计算柴油机在变工况条件下的寿命，从而准确反映柴油机的实际寿命，以及时对柴油机进行维修和保养。

下面参考附图描述根据本发明实施例的基于缸套磨损的柴油机寿命计量装置。

如图7所示，根据本发明实施例的基于缸套磨损的柴油机寿命计量装置包括数据采集单元10，存储与显示单元30和数据处理单元20。

数据采集单元10用于采集柴油机的工况参数和环境参数。

存储与显示单元30用于存储和显示采集到的工况参数和环境参数，存储与显示单元30预存有通过试件活塞环－试件缸套模拟试验得到的试件缸套在多个稳定的载荷F_w中的每个载荷下测量到的初始表面粗糙度Rq₀与所述稳定载荷Fw、试件活塞环的速度U以及试件活塞环和试件缸套的摩擦次数N_w的关系式f_Rq(N_w，F_w，U)、所述试件缸套的表面粗糙度Rq与所述试件缸套的磨损系数K_w的关系式f_k(Rq)以及通过计算得到的柴油机的缸套最大磨损深度H_w与所述柴油机转速n、小时燃油消耗量G_t、大气压力p₀和环境温度T₀的以表格形式表示的关系式f_H(n,G_t,p₀,T₀)。换言之，存储与显示单元30内预存有f_Rq(N_w，F_w，U)、f_k(Rq)和f_H(n,G_t,p₀,T₀)。

数据处理单元20基于所述关系式f_H(n,G_t,p₀,T₀)在变工况条件下计算车载的柴油机的最大磨损深度，通过所述最大缸套磨损深度计算得到车载的柴油机的当量摩托小时，且基于所述当量摩托小时确定所述车载的柴油机的寿命，其中当量摩托小时为柴油机的寿命计量单位。

根据本发明实施例的基于缸套磨损的柴油机寿命计量装置，通过设置数据采集单元10来采集柴油机的工况参数和环境参数，并且在存储与显示单元30内预存f_Rq(N_w，F_w，U)、f_k(Rq)和f_H(n,G_t,p₀,T₀)，可以利用数据处理单元20根据f_H(n,G_t,p₀,T₀)计算车载柴油机在变工况条件下的最大磨损深度，从而计算得到车载柴油机的当量摩托小时，以当量摩托小时为柴油机的寿命计量单位，准确计算车载的柴油机的寿命，进而判断柴油机的维修和保养时机。

下面参考附图描述根据本发明具体实施例的基于缸套磨损的柴油机寿命计量装置。

在本发明的一些具体实施例中，如图7所示，根据本发明实施例的基于缸套磨损的柴油机寿命计量装置包括数据采集单元10，存储与显示单元30和数据处理单元20。

数据采集单元10包括光电传感器110、涡轮流量转子传感器120、绝压变送器130、温度传感器140、采集卡150。

光电传感器110安装在所述车载的柴油机的曲轴输出端，用于提取柴油机的转速信号。涡轮流量转子传感器120安装在车辆的柴油泵与粗滤器的连接处，用于提取小时燃油消耗量。绝压变送器130安装在车辆的驾驶室内，用于测量大气压力。温度传感器140安装在车辆驾驶室内，用于测量环境温度。采集卡150用于分别采集光电传感器110、涡轮流量转子传感器120、绝压变送器130和温度传感器140的信号，并将模拟信号转变为数字信号。

由此，数据采集单元10根据采集柴油机的转速，小时燃油消耗量、大气压力和环境温度的模拟信号，并将这些模拟信号转变为数字信号，实现对柴油机工况参数和环境参数的采集。

在本发明的一些具体实施例中，数据处理单元20为嵌入式主板210，用于计算当量摩托小时。

存储与显示单元30包括液晶显示屏320和液晶显示屏320。储存卡310用于存储工况参数、环境参数和累计的当量摩托小时数。液晶显示屏320用于显示工况参数、环境参数和累计的当量摩托小时数。

嵌入式主板210将数据采集单元10转化的数字信号进行运算处理，将得到的数据存储到储存卡310内并在液晶显示屏320上进行显示。

在本发明的一个具体实施例中，所述关系式f_H(N_w,F_w,U)为：

$\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{Rq}(N_w+1)=c_0{e}^{c_1(N_w+1)}& \mathrm{Rq}\left(N_w\right)>\mathrm{Rqm}\\ \mathrm{Rq}(N_w+1)=\mathrm{Rqm}& \mathrm{Rq}\left(N_w\right)=\mathrm{Rqm}\\ \mathrm{Rq}(N_w+1)=2\mathrm{Rqm}-c_0{e}^{c_1(N_w+1)}& \mathrm{Rq}\left(N_w\right)<\mathrm{Rqm}\end{array}\right.$

式中，c₀、c₁为与稳定载荷Fw和试件活塞环的速度U有关的系数，

所述表面粗糙度与所述磨损系数的关系式f_k(Rq)为：

K_w=d₀+d₁Rq+d₂Rq²

式中，d₀、d₁、d₂为与稳定载荷F_w和试件活塞环的速度U有关的系数。

其中，数据处理单元20利用关系式T_d=k_dT通过所述最大缸套磨损深度计算得到柴油机的当量摩托小时，其中T_d为柴油机的当量摩托小时数、k_d为对应柴油机在预定工况下的摩托小时的当量修正系数、T为柴油机的摩托小时数。

在本发明的一些具体示例中，根据本发明实施例的基于缸套磨损的柴油机寿命计量装置包括数据采集单元10，存储与显示单元30、数据处理单元20和报警装置（图中未示出）。

当数据处理单元20计算出的车载柴油机的寿命小于预定值时，所述报警装置发出报警。当当数据处理单元20计算出的车载柴油机的寿命大于等于预定值时，所述报警装置不发出报警。

根据本发明的基于缸套磨损的柴油机寿命计量方法和装置，能够反映柴油机使用过程的强度特征，为状态参数变化率的判别提供了有效的时间单位，为车辆维修和检测的间隔期计量提供了准确的手段，解决了计划维修和基于状态维修的主要矛盾，节省了维修资源，提高了车辆的完好率。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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”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”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，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种基于缸套磨损的柴油机寿命计量方法，其特征在于，包括：

步骤1：进行试件活塞环－试件缸套模拟试验，其中在多个稳定的载荷F_w中的每个载荷下测量试件缸套的初始表面粗糙度Rq₀、平衡表面粗糙度Rq_m、以及从所述初始表面粗糙度Rq₀达到所述平衡表面粗糙度所需的时间t_Rqm和试件缸套磨损（H_w），以得到所述表面粗糙度Rq与所述稳定载荷Fw、试件活塞环的速度U以及试件活塞环与试件缸套的摩擦次数N_w的关系式f_Rq(N_w，F_w，U)以及所述试件缸套的表面粗糙度Rq与所述试件缸套的磨损系数K_w的关系式f_k(Rq)；

步骤2：选定柴油机的工况参数和环境参数，其中所述工况参数包括柴油机转速n和小时燃油消耗量G_t、所述环境参数包括大气压力p₀和环境温度T₀，计算得到所述载荷F_w和速度U与柴油机转速n、小时燃油消耗量G_t、大气压力p₀和环境温度T₀的关系式，进而得到磨损系数K_w与所述柴油机转速n、小时燃油消耗量G_t、大气压力p₀和环境温度T₀的关系式，由此得到柴油机的缸套最大磨损深度H_w与所述柴油机转速n、小时燃油消耗量G_t、大气压力p₀和环境温度T₀的以表格形式表示的关系式f_H(n,G_t,p₀,T₀)；

步骤3：基于所述关系式f_H(n,G_t,p₀,T₀)在变工况条件下计算车载的柴油机的最大缸套磨损深度；

步骤4：将柴油机的寿命计量单位定义为当量摩托小时，通过所述最大缸套磨损深度计算得到车载的柴油机的当量摩托小时，且基于所述当量摩托小时确定所述车载的柴油机的寿命。

2.如权利要求1所述的基于缸套磨损的柴油机寿命计量方法，其特征在于，所述关系式f_H(N_w,F_w,U)为：

$\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{Rq}(N_w+1)=c_0{e}^{c_1(N_w+1)}& \mathrm{Rq}\left(N_w\right)>\mathrm{Rqm}\\ \mathrm{Rq}(N_w+1)=\mathrm{Rqm}& \mathrm{Rq}\left(N_w\right)=\mathrm{Rqm}\\ \mathrm{Rq}(N_w+1)=2\mathrm{Rqm}-c_0{e}^{c_1(N_w+1)}& \mathrm{Rq}\left(N_w\right)<\mathrm{Rqm}\end{array}\right.$

式中，c₀、c₁为与稳定载荷Fw和试件活塞环的速度U有关的系数；

所述表面粗糙度与所述磨损系数的关系式f_k(Rq)为：

K_w=d₀+d₁Rq+d₂Rq²

式中，d₀、d₁、d₂为与稳定载荷F_w和试件活塞环的速度U有关的系数。

3.根据权利要求2所述的基于缸套磨损的柴油机寿命计量方法，其特征在于，利用关系式T_d=k_dT通过所述最大缸套磨损深度计算得到柴油机的当量摩托小时，

其中T_d为柴油机的当量摩托小时数、k_d为对应柴油机在预定工况下的摩托小时的当量修正系数、T为柴油机的摩托小时数。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的基于缸套磨损的柴油机寿命计量方法，其特征在于，当确定到的所述车载的柴油机的寿命小于预定值时发出报警。

5.一种基于缸套磨损的柴油机寿命计量装置，其特征在于，包括：

数据采集单元，用于采集柴油机的工况参数和环境参数；

存储与显示单元，用于存储和显示采集到的工况参数和环境参数，所述存储与显示单元预存有通过试件活塞环－试件缸套模拟试验得到的试件缸套在多个稳定的载荷F_w中的每个载荷下测量到的初始表面粗糙度Rq₀与所述稳定载荷Fw、试件活塞环的速度U以及试件活塞环和试件缸套的摩擦次数N_w的关系式f_Rq(N_w，F_w，U)、所述试件缸套的表面粗糙度Rq与所述试件缸套的磨损系数K_w的关系式f_k(Rq)以及通过计算得到的柴油机的缸套最大磨损深度H_w与所述柴油机转速n、小时燃油消耗量G_t、大气压力p₀和环境温度T₀的以表格形式表示的关系式f_H(n,G_t,p₀,T₀)；

数据处理单元，所述数据处理单元基于所述关系式f_H(n,G_t,p₀,T₀)在变工况条件下计算车载的柴油机的最大磨损深度，通过所述最大缸套磨损深度计算得到车载的柴油机的当量摩托小时，且基于所述当量摩托小时确定所述车载的柴油机的寿命，其中当量摩托小时为柴油机的寿命计量单位。

6.根据权利要求5所述的基于缸套磨损的柴油机寿命计量装置，其特征在于，所述数据采集单元包括：

光电传感器，所述光电传感器安装在所述车载的柴油机的曲轴输出端，用于提取柴油机的转速信号；

涡轮转子流量传感器，安装在车辆的柴油泵与粗滤器的连接处，用于提取小时燃油消耗量；

绝压变送器，安装在车辆的驾驶室内，用于测量大气压力；

温度传感器，安装在车辆驾驶室内，用于测量环境温度；

采集卡，用于分别采集所述光电传感器、涡轮转子流量传感器、绝压变送器和温度传感器的信号。

7.根据权利要求6所述的基于缸套磨损的柴油机寿命计量装置，其特征在于，所述数据处理单元为嵌入式主板；

所述存储与显示单元包括：

存储卡，用于存储工况参数、环境参数和累计的当量摩托小时数；

液晶显示屏，用于显示工况参数、环境参数和累计的当量摩托小时数。

8.根据权利要求5-7中任一项所述的基于缸套磨损的柴油机寿命计量装置，其特征在于，所述关系式f_H(N_w,F_w,U)为：

$\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{Rq}(N_w+1)=c_0{e}^{c_1(N_w+1)}& \mathrm{Rq}\left(N_w\right)>\mathrm{Rqm}\\ \mathrm{Rq}(N_w+1)=\mathrm{Rqm}& \mathrm{Rq}\left(N_w\right)=\mathrm{Rqm}\\ \mathrm{Rq}(N_w+1)=2\mathrm{Rqm}-c_0{e}^{c_1(N_w+1)}& \mathrm{Rq}\left(N_w\right)<\mathrm{Rqm}\end{array}\right.$

式中，c₀、c₁为与稳定载荷Fw和试件活塞环的速度U有关的系数，

所述表面粗糙度与所述磨损系数的关系式f_k(Rq)为：

K_w=d₀+d₁Rq+d₂Rq²

式中，d₀、d₁、d₂为与稳定载荷F_w和试件活塞环的速度U有关的系数。

9.根据权利要求5-7中任一项所述的基于缸套磨损的柴油机寿命计量装置，其特征在于，所述数据处理单元利用关系式T_d=k_dT通过所述最大缸套磨损深度计算得到柴油机的当量摩托小时，

其中T_d为柴油机的当量摩托小时数、k_d为对应柴油机在预定工况下的摩托小时的当量修正系数、T为柴油机的摩托小时数。

10.根据权利要求9所述的基于缸套磨损的柴油机寿命计量装置，其特征在于，还包括当确定到的所述车载的柴油机的寿命小于预定值时发出报警的报警装置。