CN108072525A - 一种起动机耐久性试验验证方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种起动机耐久性试验验证方法，包括：从同一批次起动机中抽取若干件作为试验样本；对试验用发动机进行改装，以模拟起动机带动发动机转动时，发动机上安装的附件增加的寄生负载；将各试验样本与对应的试验用发动机进行装配，并启动起动机进行预设方法的循环测试，其中，单次循环测试中，按照时间顺序多次启停起动机，以模拟起动机的不同启动工况；根据预设条件判断各次循环测试的测试结果，并根据循环测试结束后的失效循环次数生成试验样本组的失效率概率密度函数曲线，以指示各试验样本所属批次起动机的耐久性特征。本发明能够有效地提高起动机的测试结果可信度，提高起动机耐久性测试结果准确率，完善评估机制，缩短测试时间。

Description

一种起动机耐久性试验验证方法及系统

技术领域

本发明涉及柴油发动机工程技术领域，特别涉及一种起动机耐久性试验验证方法。本发明还涉及一种起动机耐久性试验验证系统。

背景技术

目前国内柴油发动机起动机多采用直流串激式电起动机，其耐久性测试方法和评价标准基本引用汽车行业标准(QC/T731-2005)和机械行业标准(JB/T 6707-2006)。目前几乎所有的起动机生产厂家都按照上述方法进行验证，虽然很多产品通过上述试验，但是通过市场的实际反馈来看，存在下列问题：

一、不同规格的产品都通过上述相同的验证试验(试验机型和条件相同)，但其可靠性(远低于耐久性时间内)差异非常大，例如：A机型“三包故障率”为10000ppm，而B机型“三包故障率”为3000ppm。

二、起动机失效时的工作次数远低于标准中所描述的次数，大约为1/4至1/5，例如，某机型起动机90％的失效发生在5000次以内，63.5％的失效发生在500次以内，但是该机型的起动机却通过了QC/T 731的所规定的20000次循环试验。

三、起动机可靠性验证时间漫长以及费用高昂。为了提高验证苛刻度，通常验证试验抽取3个样本，每个样本都会进行25000次的循环试验，每个循环为30秒，即使一次通过，最终整个验证的时间也会持续2～4个月，长期占用1套发动机验证设备。

四、鉴于前述的一、二问题没有很好解决，起动机生产厂家无法有效预测起动机的设计/生产制造问题，进而无法预估产品开发出来以后可靠性状态，这有可能导致批量质量问题没有被及时发现和解决。

总的来说，现有技术中对起动机的耐久性测试方法，由于试验用发动机直接采用裸机状态进行起动试验且未考虑实际的应用特点，因此测试结果的可靠性预测准确性欠佳，同时，具体的测试方法较单一，且评估机制较单一，与起动机的实际应用场景不贴切，同样导致测试结果过于乐观，起动机的耐久性测试结果与实际应用吻合度不准确。

因此，如何有效地提高起动机的测试结果可信度，提高起动机的耐久性测试结果准确率，完善评估机制，缩短测试时间，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种起动机耐久性试验验证方法，能够有效地提高起动机的测试结果可信度，提高起动机的耐久性测试结果准确率，完善评估机制，缩短测试时间。本发明的另一目的是提供一种起动机耐久性试验验证系统。

为解决上述技术问题，本发明提供一种起动机耐久性试验验证方法，包括：

从同一批次起动机中抽取若干件作为试验样本；

对试验用发动机进行改装，以模拟起动机带动发动机转动时，发动机上安装的附件增加的寄生负载；

将各试验样本与对应的试验用发动机进行装配，并启动起动机进行预设方法的循环测试，其中，单次循环测试中，按照时间顺序多次启停起动机，以模拟起动机的不同工况；

根据预设条件判断各次循环测试的测试结果，并根据循环测试结束后的失效循环次数生成各试验样本的失效率概率密度函数曲线，以指示各试验样本所属批次起动机的耐久性特征。

优选地，从同一批次起动机中抽取若干件作为试验样本，具体包括：

从28～32件同一批次起动机中随机抽取7～10件起动机作为试验样本。

优选地，对试验用发动机进行改装，具体包括：

在试验用发动机的飞轮和/或其减震器前端上安装与发动机附件同等惯量的外飞轮，或者通过扭矩装置对试验用发动机的飞轮施加同等效力的制动扭矩。

优选地，在试验用发动机的飞轮上安装与发动机附件同等惯量的外飞轮，具体包括：

在试验用发动机的飞轮上安装与空调压缩机、冷却风扇、变矩器、液压马达、离合器总和的同等惯量的外飞轮。

优选地，对试验用发动机进行改装，还包括：

降低起动机与发动机之间的传动比以及提高试验用发动机的压缩比。

优选地，在对试验用发动机进行改装之后，且在将各试验样本与对应的试验用发动机进行装配之前，还包括：

使起动机的蓄电池剩余电量保持在80％以上以及对起动机的起动齿圈表面投入预定量杂质。

优选地，启动起动机进行预设方法的循环测试，其中，单次循环测试中，按照时间顺序多次启停起动机，以模拟起动机的不同工况，具体包括：

在前N1秒内，多次启动起动机带动发动机及其附件进行盘车，并在此期间保持试验用发动机的燃油电磁阀处于关闭状态；

在N1～N2秒内，开启所述燃油电磁阀，并启动起动机带动发动机转动；

在N2～N3秒内，保持起动机与发动机的啮合状态至发动机转速超过起动机转速预设时间；

在N3～N4秒内，停止起动机和试验用发动机，以使起动机内部各零部件实现热交换。

优选地，启动起动机进行预设的循环测试，其中，单次循环测试中，按照时间顺序多次启停起动机，以模拟起动机的不同工况，还包括：

在N4～N5秒内，对起动机进行强制散热，以缩短单次循环测试时间。

优选地，在启动起动机进行预设次数的循环测试之后，还包括：

记录正常循环次数、起动机内的绝缘电阻初次报警的循环次数、起动机内电磁开关触点在N3～N4秒内的分离次数、起动机内的电磁开关触点的电压下降值、起动机内的碳刷高度变化、起动机齿轮与发动机启动齿圈的一次啮合成功次数、起动机内的单向器正反向静态传递力矩和/或起动机外壳外部飞散破坏情况。

本发明还提供一种起动机耐久性试验验证系统，包括：

抽取模块，用于从同一批次起动机中抽取若干件作为试验样本；

改装模块，用于对试验用发动机进行改装，以模拟起动机带动发动机转动时，发动机上安装的附件增加的寄生负载；

装配模块，用于将各试验样本与对应的试验用发动机进行装配；

测试模块，用于启动起动机进行预设的循环测试，其中，单次循环测试中，按照时间顺序多次启停起动机，以模拟起动机的不同工况；

分析模块，用于根据预设条件判断各次循环测试的测试结果，并根据循环测试结束后的失效循环次数生成该批次试验样本的失效率概率密度函数曲线，以指示试验样本所属批次起动机的耐久性特征。

本发明所提供的起动机耐久性试验验证方法，首先在同一批次的若干个起动机中随机抽取若干件作为试验样本，以抽样调查的方式小样本反映整体水平。然后对试验用发动机进行改装，对发动机增加模拟负载，以模拟起动机在实际工作时发动机附件对其产生的寄生负载，避免直接通过裸机状态进行起动试验，提高测试过程的可信度和拟真程度。接着，将各个试验样本与对应的试验发动机进行装配，并启动各个试验样本开始进行预设方法的循环测试，并且，在每一次循环测试中，都要按照时间顺序多次启停起动机一段时间，以模拟起动机在实际工作时会遇到的各种工况，避免直接单调的带动发动机转动就结束测试，提高测试过程与实际作业场景的贴合程度，丰富了测试方法，进一步提高了测试结果的可信度和准确率。最后，在每次循环测试结束后，通过根据条件判断其测试结果，即起动机是否通过测试，如果是，则可记为正常循环，如果否，则可记为失效循环，并停止试验。而在各个试验样本的循环测试均完成后，可以根据测试结果中的失效循环次数生成失效率概率密度函数曲线，通过该曲线即可明确观察出本批次起动机的耐久性或可靠性特征，可供用户进行起动机的生产设计制造维修等过程的质量问题预估。对于优化或质量改进项目，将改进前后的产品在同一设置的设备上进行试验，其对比数据可以定量反映出改进的预期效果。综上所述，本发明所提供的起动机耐久性试验验证方法，能够有效地提高起动机的测试结果可信度，提高起动机的耐久性测试结果准确率，完善评估机制，大幅缩短循环测试周期。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种具体实施方式的流程图。

图2为图1中所示步骤S3中的循环测试方法示意图。

图3为本发明所提供的一种具体实施方式的模块图。

其中，图3中：

抽取模块—1，改装模块—2，装配模块—3，测试模块—4，分析模块—5。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的流程图。

在本发明所提供的一种具体实施方式中，起动机耐久性试验验证方法主要包括四个步骤，分别为：从同一批次起动机中抽取若干件作为试验样本；对试验用发动机进行改装，以模拟起动机带动发动机转动时，发动机上安装的附件增加的寄生负载；将各试验样本与对应的试验用发动机进行装配，并启动起动机进行预设方法的循环测试，其中，单次循环测试中，按照时间顺序多次启停起动机，以模拟起动机的不同工况；根据预设条件判断各次循环测试的测试结果，并根据循环测试结束后的失效循环次数生成各试验样本的失效率概率密度函数曲线，以指示各试验样本所属批次起动机的耐久性特征。

其中，在第一步中，首先在同一批次的若干个起动机中随机抽取若干件作为试验样本，以抽样调查的方式大幅缩短整体起动机的循环测试周期。具体的，在本步骤中，可从28～32件同一批次的起动机中随机抽取7～10件起动机作为试验样本，同时，以该数量的试验样本的测试结果作为整个批次起动机的测试结果，随机取样测试的工作量相比于整体测试大幅缩减，因此能够缩短测试时间，同时以试验样本的测试结果作为整体测试结果也不会影响测试结果的可信度。

当然，为保证取样精度，试验样本的数量与同一批次的起动机数量之间存在一定比例关系，比如1/3～1/4等。

在第二步中，主要对试验用发动机进行改装，使得发动机增加模拟负载，以模拟起动机在实际工作时发动机附件对其产生的寄生负载，避免直接通过裸机状态进行起动试验，提高测试过程的可信度和拟真程度。

具体的，本步骤中的模拟负载主要是模拟发动机安装在整车后，发动机增加的附件所额外增加的寄生负载，这些附件一般包括空调压缩机、风扇、变矩器、液压马达、空气压缩机、离合器等。但考虑到测试场地的局限性，不方便在试验用发动机上安装上全部附件，因此本实施例中通过在试验用发动机的飞轮和/或其减震器前端上安装与发动机附件同等惯量的外飞轮或类似结构的环状部件的方式替代。或者，也可以通过对试验用发动机的飞轮施加同等效力的制动扭矩实现，比如可使用可以施加制动扭矩的装置，通过其扭矩控制系统可以编辑不同转速下施加不同的制动扭矩。

进一步的，为提高对起动机的测试条件严苛性，还可继续对试验用发动机进行改装，具体可通过降低起动机与发动机之间的传动比，以及通过提高试验用发动机的压缩比至应用机型中的最大值。具体的，可通过降低启动齿圈的齿数或同时增大起动机驱动齿轮的齿数等实现传动比减小，同时可通过使用厚度较薄的气缸垫、更换活塞或是打磨缸盖与缸体的接触面等方式实现压缩比提高。

更进一步的，在对试验用发动机进行改装的同时，还可适应性地对起动机进行改装，比如考虑到起动机在实际工作时，润滑油或污泥等杂质会飞溅至启动齿圈上，本实施例中则在起动机的启动齿圈表面上投入预定量杂质(密封在飞轮壳内)的方式进行模拟。同时，考虑到起动机通过电驱动启动时，其蓄电池的SOC(State of Charge，荷电状态)，或者剩余电量也会对起动机的运行造成影响，为此，本实施例中将起动机的蓄电池剩余电量保持在80％以上。

在第三步中，主要内容为将各个试验样本与对应的试验发动机进行装配，并启动各个试验样本开始进行预设方法的循环测试，并且，在每一次循环测试中，都要按照时间顺序多次启停起动机一段时间，以模拟起动机在实际工作时会遇到的各种工况，避免直接单调的带动发动机转动就结束测试，提高测试过程与实际作业场景的贴合程度，丰富了测试方法，进一步提高了测试结果的可信度和准确率。

具体的，从历史的故障分析来看，柴油机应用到工业、发电或船机时，起动机工作次数较少，其失效更多来源于外部误操作、外部控制电路失效、发动机启动困难导致多次且长时间起动，为了在循环测试中尽可能重现起动机在实际作业时会出现的上述各种情况，本实施例中的循环测试方法具体如下：

第0～5秒时，起动机带动发动机及其负载进行第1次盘车，此时要求燃油电磁阀和/或燃油系统强制关闭，该阶段主要模拟低温起动困难时，第1次未成功起动，一般情况下用户会盘车3至5秒。

第6～10秒时，起动机不工作，发动机处于静止状态，该阶段主要模拟用户进行第1次简短的检查。

第11～15秒，起动机带动发动机及其负载进行第2次盘车，此时要求燃油电磁阀和/或燃油系统强制关闭，该阶段主要模拟低温起动困难时，第2次未成功起动，一般情况下用户会盘车3至5秒。

第16～20秒，起动机不工作，发动机处于静止状态，该阶段主要模拟操作者第2次进行简短的检查。

第21～23秒，起动机带动发动机及其负载进行第3次盘车，此时要求燃油电磁阀同步开启，以便发动机可以正常着火，该阶段模拟正常的起动过程。

第24～31秒，发动机着火后逐步加速至1500r/min等常规工作转速，起动机保持啮合状态至第30秒，此时发动机转速超过起动机驱动齿轮的转速，模拟操作者或者外部电路未切断起动机控制回路的状态，同时考核了起动机单向器超越能力、电枢耐温和耐高速运行能力、电磁开关的断电能力、起动机整体的安全性(电枢的超速破坏性实验帮助评估是否存在安全风险)。其中，起动机在第30秒先于发动机停止工作，如此是为了考核电磁开关是否可以使得啮合中的高速运行齿轮顺利退出。

第32～120秒，发动机和起动机同时停止工作，这段时间给予起动机内部进行充分的热交换，以便热量传递至起动机内部的各个部位，进而发现因过热导致的零部件失效。由于这段时间因产品特点和应用不同具有较强的灵活性，因此为了减少单次循环等待时间，测试循环中将使用风扇或者鼓风机对起动机进行强制冷却，以便缩短等待时间。当然，此段等待时间可以根据不同机型的应用情况进行加长或者缩短。

按照上述流程不断重复上述循环试验，中间保持测试持续进行不间断，直至起动机无法进行正常的盘车(盘车转速低于30r/min)为止。而在单次循环测试结束时，还可通过预设条件判断起动机是否通过测试，具体的，如果在单次循环测试中，连续出现3次齿轮啮合失败，即“顶齿”，则可判断为失效循环，反之则为正常循环。

当然，上述单次循环测试中的各个试验阶段的时间段划分，可以根据实际情况或起动机、发动机的类型进行灵活调整，并不固定。

在第四步中，在每次循环测试结束后，通过根据条件判断其测试结果，即起动机是否通过测试，如果是，则可记为正常循环，如果否，则可记为失效循环。而在各个试验样本的循环测试次数均完成后，可以根据测试结果中的失效循环次数生成失效率概率密度函数曲线，通过该曲线即可明确观察出本批次起动机的耐久性或可靠性特征，可供用户进行起动机的生产设计制造维修等过程的质量问题预估。

具体的，在本步骤中，每次循环测试结束后，不仅可以记录失效循环次数，还可通过记录正常循环次数，该数据直接关系到可靠性数据模型的建立。同时还可记录：起动机绝缘电阻初次报警的循环次数(一般为2MΩ，测试电压为24VDC)，该数据用于改进前后碳刷磨损速度和内部绝缘老化的对比；起动机内的电磁开关触点的分离(单次循环测试内第30～31秒)的次数，该数据用于改进前后的电磁开关可靠度对比；起动机内的电磁开关触点的电压下降值和碳刷高度，该数据用于改进前后的磨损速度对比；起动机齿轮与发动机启动齿圈的一次啮合成功次数，该数据用于改进前后的起动机传动系统匹配度对比；起动机内的单向器的正反向静态传递力矩，该数据用于起动机单向器损伤计算或对比；起动机外壳外部的飞散等破坏情况，该数据可用于评估安全性。

本实施例还提供一种起动机耐久性试验验证系统，包括抽取模块1、改装模块2、装配模块3、测试模块4和分析模块5。其中，抽取模块1主要用于从同一批次起动机中抽取若干件作为试验样本。改装模块2主要用于对试验用发动机进行改装，以模拟起动机带动发动机转动时，发动机上安装的附件增加的寄生负载。装配模块3主要用于将各试验样本与对应的试验用发动机进行装配。测试模块4主要用于启动起动机进行预设的循环测试，其中，单次循环测试中，按照时间顺序多次启停起动机，以模拟起动机的不同工况。分析模块5主要用于根据预设条件判断各次循环测试的测试结果，并根据循环测试结束后的失效循环次数生成各试验样本的失效率概率密度函数曲线，以指示各试验样本所属批次起动机的耐久性特征。

本实施例所提供的起动机耐久性试验验证系统的试验方法与前述起动机耐久性试验验证方法相同，此处不再赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种起动机耐久性试验验证方法，其特征在于，包括：

从同一批次起动机中抽取若干件作为试验样本；

对试验用发动机进行改装，以模拟起动机带动发动机转动时，发动机上安装的附件增加的寄生负载；

将各试验样本与对应的试验用发动机进行装配，并启动起动机进行预设方法的循环测试，其中，单次循环测试中，按照时间顺序多次启停起动机，以模拟起动机的不同工况；

根据预设条件判断各次循环测试的测试结果，并根据循环测试结束后的失效循环次数生成各试验样本的失效率概率密度函数曲线，以指示各试验样本所属批次起动机的耐久性特征。

2.根据权利要求1所述的起动机耐久性试验验证方法，其特征在于，从同一批次起动机中抽取若干件作为试验样本，具体包括：

从28～32件同一批次起动机中随机抽取7～10件起动机作为试验样本。

3.根据权利要求1所述的起动机耐久性试验验证方法，其特征在于，对试验用发动机进行改装，具体包括：

在试验用发动机的飞轮和/或其减震器前端上安装与发动机附件同等惯量的外飞轮，或者通过扭矩控制装置对试验用发动机的飞轮施加同等效力的制动扭矩。

4.根据权利要求3所述的起动机耐久性试验验证方法，其特征在于，在试验用发动机的飞轮上安装与发动机附件同等惯量的外飞轮，具体包括：

在试验用发动机的飞轮上安装与空调压缩机、冷却风扇、变矩器、液压马达、离合器总和的同等惯量的外飞轮。

5.根据权利要求4所述的起动机耐久性试验验证方法，其特征在于，对试验用发动机进行改装，还包括：

降低起动机与发动机之间的传动比以及提高试验用发动机的压缩比。

6.根据权利要求5所述的起动机耐久性试验验证方法，其特征在于，在对试验用发动机进行改装之后，且在将各试验样本与对应的试验用发动机进行装配之前，还包括：

使起动机的蓄电池剩余电量保持在80％以上，以及对起动机的起动齿圈表面投入预定量杂质。

7.根据权利要求6所述的起动机耐久性试验验证方法，其特征在于，启动起动机进行预设方法的循环测试，其中，单次循环测试中，按照时间顺序多次启停起动机，以模拟起动机的不同工况，具体包括：

在前N1秒内，多次启动起动机带动发动机及其附件进行盘车，并在此期间保持试验用发动机的燃油电磁阀和/或燃油系统处于关闭状态；

在N1～N2秒内，开启所述燃油电磁阀和/或燃油系统，并启动起动机带动发动机转动；

在N2～N3秒内，保持起动机与发动机的啮合状态至发动机转速超过起动机转速预设时间；

在N3～N4秒内，停止起动机和试验用发动机，以使起动机内部各零部件实现热交换。

8.根据权利要求7所述的起动机耐久性试验验证方法，其特征在于，启动起动机进行预设的循环测试，其中，单次循环测试中，按照时间顺序多次启停起动机预设时间，以模拟起动机的不同工况，还包括：

在N4～N5秒内，对起动机进行强制散热，以缩短单次循环测试时间。

9.根据权利要求8所述的起动机耐久性试验验证方法，其特征在于，在启动起动机进行预设的循环测试之后，还包括：

记录正常循环次数、起动机内的绝缘电阻开始报警的循环次数、起动机内的电磁开关触点的在N3～N4秒内的分离次数、试验前后的起动机内电磁开关触点的电压下降值、起动机内的碳刷高度变化、起动机齿轮与发动机启动齿圈的一次啮合成功次数、起动机内的单向器正反向静态传递力矩和/或起动机外壳外部飞散破坏情况。

10.一种起动机耐久性试验验证系统，其特征在于，包括：

抽取模块，用于从同一批次起动机中抽取若干件作为试验样本；

改装模块，用于对试验用发动机进行改装，以模拟起动机带动发动机转动时，发动机上安装的附件增加的寄生负载；

装配模块，用于将各试验样本与对应的试验用发动机进行装配；

测试模块，用于启动起动机进行预设方法的循环测试，其中，单次循环测试中，按照时间顺序多次启停起动机，以模拟起动机的不同工况；

分析模块，用于根据预设条件判断各次循环测试的测试结果，并根据循环测试结束后的失效循环次数生成各试验样本的失效率概率密度函数曲线，以指示各试验样本所属批次起动机的耐久性特征。