CN111735512B - 一种发动机机油消耗量的测量装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发动机性能测试技术领域，尤其涉及一种发动机机油消耗量的测量装置和方法。本发明所设计的发动机机油消耗量的测量装置，包括试验平台和发动机以及量筒式油底壳，量筒式油底壳包括从上至下依次设置的联接区、第一储油区、测量区、第二储油区，以及设置在量筒式油底壳内的吸油管；量筒式油底壳的联接区与发动机出油口连通，吸油管的一端与发动机的机油泵进油口连接，另一端设置在量筒式油底壳的底部，测量区为圆筒型，测量区所能容纳的机油体积大于发动机运行20个小时机油消耗的体积，且测量区内壁半径满足(π×r²×s×u×ρ)/m＜2％；本发明能够实现精确且高效地完成发动机机油消耗量的测量。

Description

一种发动机机油消耗量的测量装置和方法

技术领域

本发明涉及发动机性能测试技术领域，尤其涉及一种发动机机油消耗量的测量装置和方法。

背景技术

发动机机油消耗量属于发动机性能测试中的一个重要测量指标，现有的机油消耗量测量方法包括称重法、容积法和元素分析法，其中容积法成本低操作简单，被大多数用户使用，根据GB/T 14363-2009柴油机机油耗测定方案，目前的容积法主要分为联通器型机油消耗量测量装置和循环油泵机油消耗量测量装置；结合图5和图6所示，两个装置均连通发动机油底壳与测量筒，通过测量筒内的机油液位得出发动机机油消耗量，但是无论是联通器型式的、还是循环油泵控制机油液位的方式，测量精度都受到油底壳较大液面条件下液位的影响，在相同液位计精度条件下，液位面积越大机油消耗量测量精度就越低，同时大面积条件下液面震荡也同样影响测量精度。

发明内容

为了解决以上问题，本发明的目的是提供一种发动机机油消耗量的测量装置和方法，能够实现精确且高效地测量出发动机机油的消耗量。

为实现上述目的，本发明所设计的发动机机油消耗量的测量装置，包括试验平台、发动机和用于测量发动机内机油消耗量的量筒式油底壳，所述发动机的下部设有发动机油底壳，所述发动机油底壳的底部设有发动机出油口和机油泵进油口，其特征在于，所述量筒式油底壳包括从上至下依次设置的联接区、用于储存机油的第一储油区、用于测量机油液位的测量区、用于储存机油的第二储油区，以及设置在量筒式油底壳内的吸油管；所述量筒式油底壳的联接区与发动机油底壳的发动机出油口连通，所述吸油管的一端与发动机油底壳的机油泵进油口连接，所述吸油管的另一端设置在量筒式油底壳的底部，所述测量区为圆筒型，所述测量区内壁半径满足关系式(Ⅰ)：

(π×r²×s×u×ρ)/m＜2％ (Ⅰ)

关系式(Ⅰ)中，r表示测量区的内壁半径，s表示量程，u表示量程精度，ρ为机油密度，m表示发动机运行1小时所消耗的机油重量。

作为优选方案，所述量筒式油底壳放置于试验平台上且位于所述发动机的下方，所述测量区所能容纳的机油体积大于发动机运行20个小时机油消耗的体积，且所述量筒式油底壳的高度满足关系式(Ⅱ)：

H_a≤H-h(Ⅱ)

关系式(Ⅱ)中，H_a表示量筒式油底壳的高度，H表示发动机曲轴轴线距离试验平台的高度，h表示发动机油底壳的底面距离发动机曲轴轴线的距离。

作为优选方案，所述联接区为圆筒型，所述第一储油区的中部为圆筒型，所述第一储油区的上部为圆台型，所述第一储油区的下部为倒圆台型，所述第二储油区的下部为横截面为正方型的槽体，所述第二储油区的上部为过渡连接测量区和第二储油区下部的过渡段，所述过渡段的上表面为圆形，所述过渡段的下表面为正方形。

作为优选方案，所述发动机机油消耗量测量装置还包括液位传感器和数据采集装置，所述量筒式油底壳与液位传感器相连，所述液位传感器的信号输入端与数据采集装置连接。

一种利用发动机机油消耗量测量装置进行发动机机油消耗量的测量方法，包括步骤：

步骤一：根据发动机的机型设计量筒式油底壳的联接区、第一储油区，测量区和第二储油区的尺寸；

其中测量区的尺寸要满足关系式(Ⅰ)的要求，而且测量区所能容纳的机油体积大于发动机运行20个小时机油消耗的体积；

步骤二：将发动机内的机油全部排放到量筒式油底壳内，液位落在量筒式油底壳的第一储油区以上，运行发动机，通过吸油管将量筒式油底壳内的机油部分吸入到发动机中，机油液位落入量筒式油底壳的测量区中，记录此时液位为a2，发动机运行x小时后，读出量筒式油底壳中测量区(3.3)机油液位为a3，关闭发动机，计算发动机运行x小时的机油消耗量的公式为：

N＝π×r²×(a2-a3)×ρ(Ⅲ)；式(Ⅲ)中，N表示x小时机油消耗量，r表示测量区的内壁半径，ρ表示机油密度。

作为优选方案，所述x的值为1≤x≤20。

作为优选方案，所述步骤一中，所述量筒式油底壳的高度满足关系式(Ⅱ)：

H_a≤H-h(Ⅱ)；关系式(Ⅱ)中，H_a表示量筒式油底壳的高度，H表示发动机曲轴轴线距离试验平台的高度，h表示发动机油底壳的底面距离发动机曲轴轴线的距离；

所述步骤二中，将量筒式油底壳放置于试验平台上且位于所述发动机的下方，所述发动机内的机油在重力作用向下通过发动机油底壳的发动机出油口流入量筒式油底壳内。

作为优选方案，所述步骤一和步骤二之间还包括量筒式油底壳的标定过程，所述量筒式油底壳的标定过程为，将发动机内的机油全部排放到量筒式油底壳内，记录量筒式油底壳液位高度读数h1，设定液位高度在h1时理论耗油量和实际称重耗油量均为0，然后通过量筒式油底壳的出油口排出部分机油后记录液位高度读数h2并且称量排出的机油重量G，液位高度差值为Δh，Δh＝h1-h2，计算液位高度在h2时理论耗油量为π×r²×Δh×ρ；继续排出机油记录液位高度读数h3和称量排出的机油重量G'，液位高度差值为Δh'，Δh'＝h1-h3，计算液位高度在h3时理论耗油量为π×r²×Δh'×ρ，重复以上操作直至全部排出量筒式油底壳内的机油，根据液位高度差值绘制理论耗油量曲线，理论耗油量曲线的横坐标为液位高度，纵坐标为理论耗油量；根据实际称量排出的机油重量绘制称重耗油曲线，所述称重耗油曲线的横坐标为液位高度，纵坐标为称量排出的机油重量，分析计算理论耗油量曲线相对于称重耗油曲线的相对误差，选取相对误差在±1％以内的量筒式油底壳用于机油消耗量的测量。

作为优选方案，所述发动机机油消耗量测量装置还包括液位传感器和数据采集装置，所述量筒式油底壳与液位传感器相连，所述液位传感器的信号输入端与数据采集装置连接，所述量筒式油底壳内液位的读数通过液位传感器传输给数据采集装置，由数据采集装置处理并计算得到发动机机油消耗量。

本发明的优点在于：与现有容积法测量发动机机油消耗量的方法相比，本发明的发动机机油消耗量的测量方法能够精确且高效地测量出发动机机油的消耗量，具体地说，通过在量筒式油底壳中设置测量区，缩小了机油液位的面积，在相同液位传感器条件下提高机油消耗量测量精度，而且无需长时间的静置，在发动机运行条件下可以实现快速测量出发动机机油消耗量，且机油消耗量测量误差不高于2％的水平。

附图说明

图1为本发明发动机机油消耗量测量装置的结构示意图；

图2为图1中量筒式油底壳的结构示意图；

图3为实施例中量筒式油底壳的标定曲线图；

图4为实施例中量筒式油底壳的相对误差图；

图5为传统联通器型机油消耗量测量装置；

图6为传统循环油泵机油消耗量测量装置；

图中各部件标号如下：试验平台1、发动机2、发动机油底壳2.1、量筒式油底壳3、联接区3.1、第一储油区3.2、测量区3.3、第二储油区3.4、槽体3.41、过渡段3.42、吸油管3.5、出油口3.6、液位传感器4、数据处理装置5。

具体实施方式

为更好地理解本发明，以下将结合附图和具体实例对发明进行详细的说明。

实施例以某11L机型的发动机为例

请参阅图1，本实施例的发动机机油消耗量测量装置包括试验平台1，发动机2、量筒式油底壳3、液位传感器4以及处理液位传感器信号的数据处理装置5。

其中发动机2的曲轴轴线距离试验平台1的高度H为1000mm(具体某一款发动机的发动机2的曲轴轴线距离试验平台1的高度H为定值，这是根据发动机2结构与试验台设备摆放位置决定的)，发动机2的下部设有发动机油底壳2.1，发动机油底壳2.1的底面距离发动机2曲轴轴线距离h为500mm。

结合图2所示，量筒式油底壳3放置于试验平台1上且位于发动机油底壳2.1的下方，发动机油底壳2.1的底部设有发动机出油口和机油泵进油口，发动机2内的机油经发动机出油口在重力的作用下直接流入量筒式油底壳3中，无需使用泵。量筒式油底壳3的形状设计是本发明的关键之一，结合图2所示，量筒式油底壳3从上至下依次包括用于与发动机油底壳2.1连通的联接区3.1、用于储存机油的第一储油区3.2、用于测量机油液位的测量区3.3以及用于储存机油的第二储油区3.4，以及设置在量筒式油底壳3内的吸油管3.5，吸油管3.5的管径与某11L机型的发动机的吸油管一致，量筒式油底壳3的吸油管3.5的一端与发动机油底壳2.1内的机油泵进油口连接，另一端设置在量筒式油底壳3的底部，量筒式油底壳3的底部还设有出油口3.6；设置两个储油区是为了降低量筒式油底壳3的整体高度，对于本实施例11L机型的发动机，其发动机油底壳2.1的底面距离试验平台的距离只有500mm，若仅设置一个储油区，其储油区的直径将大大超出试验平台1空间的最大限制，无法放置在试验平台1上，而且其储油区的直径太大会影响试验的精度，对于筒式油底壳3的整体高度需满足关系式(Ⅱ)：H_a≤H-h(Ⅱ)，关系式(Ⅱ)中，H_a表示量筒式油底壳的高度，H表示发动机2曲轴轴线距离试验平台1的高度，h表示发动机油底壳2.1的底面距离发动机曲轴轴线的距离。

对于量筒式油底壳3的测量区3.3是本发明的关键之一，测量区3.3为圆筒型，测量区3.3所能容纳的机油体积大于发动机运行20个小时机油消耗的体积，且测量区3.3内壁半径满足关系式(Ⅰ)：

(π×r²×s×u×ρ)/m＜2％(Ⅰ)

关系式(Ⅰ)中，r表示测量区的内壁半径，s表示量程，u表示量程精度，ρ为机油密度，m表示发动机运行1小时所消耗的机油重量。

液位传感器4与量筒式油底壳3连接，用于感应量筒式油底壳3的液位的高度，使用液位传感器4能够更加灵敏检测机油液位的高度避免人工读数带来的误差，数据处理装置5的信号输入端与液位传感器4连接，液位传感器4将液位信号传输给数据处理装置5，数据处理装置5经过数据处理直接读出液位高度和机油消耗量的数据。

发动机机油消耗量的测量方法，包括以下步骤：

(1)根据发动机的机型设计机油消耗量测量装置中量筒式油底壳3的联接区3.1、第一储油区3.2，测量区3.3和第二储油区3.4的尺寸；

其中量筒式油底壳3的高度和测量区3.3的尺寸要满足关系式(Ⅰ)和关系式(Ⅱ)的要求，而且测量区3.3所能容纳的机油体积大于发动机运行20个小时机油消耗的体积；

在本实施例中，为了方便加工，其中联接区3.1、测量区3.3均为圆筒型，第一储油区3.2的中部为圆筒形，第一储油区3.2的上部为圆台型，下部为倒圆台型，第二储油区3.4的下部为横截面为正方型的槽体3.41，第二储油区3.4的上部为过渡连接测量区3.3和第二储油区3.4下部的过渡段3.42，过渡段3.42的上表面为圆形，过渡段3.42的下表面为正方形。具体的尺寸见下表1。

表1量筒式油底壳设计案例

其中测量区3.3内径100mm是根据发动机2的曲轴轴线距离试验平台1的高度H、最长20小时机油消耗使用量、液位传感器精度、吸油管直径、制造加工等因素综合确定。

依据上述设计加工得到的量筒式油底壳，在测量区的机油消耗量测量的绝对误差是±0.81g(π×r^2×s×u×ρ＝π×50^2×500×(±0.025％)×10^(-6)×827.2≈0.81g，机油密度827.2g/L(110℃)，注：液位传感器量程s为500mm，精度u为±0.025％FS)。一般中重型柴油机1小时所消耗的机油消耗量大于50g，也就是使用该装置1小时所测的机油消耗量误差不大于1.62％，短时间内达到了非常高的精度。

由此可见，本实施例设计的量筒式油底壳3满足设计要求(1，要求量筒式油底壳3高度H_a≤H-h；2，要求量筒式油底壳3的容积大于发动机运行20小时发动机的机油消耗量；3，量筒式油底壳3的测量区的误差控制在2％以下)。

(2)标定量筒式油底壳

制作结构与设计结构或多或少存在差异，这需要标定确定量筒式油底壳的误差。

将设计的量筒式油底壳3放置于发动机油底壳2.1的下方，将量筒式油底壳3的联接区3.1与发动机油底壳2.1的发动机出油口连通，将量筒式油底壳3的吸油管3.5与发动机油底壳2.1的机油泵进油口连通，发动机内的机油全部到量筒式油底壳3内，记录量筒式油底壳3液位高度读数h1，设定液位高度在h1时理论耗油量和实际称重耗油量均为0，然后通过量筒式油底壳3的出油口3.6排出部分机油后记录液位高度读数h2并且称量排出的机油重量G，液位高度差值为Δh，Δh＝h1-h2，计算液位高度在h2时理论耗油量为π×r²×Δh×ρ；继续排出机油记录液位高度读数h3和称量排出的机油重量G'，液位高度差值为Δh'，Δh'＝h1-h3，计算液位高度在h3时理论耗油量为π×r²×Δh'×ρ，重复以上操作直至全部排出量筒式油底壳内的机油得到如下表2所示的数据，下表2中标定结果1、标定结果2和标定结果3三组平行试验，根据液位高度差值绘制理论耗油量曲线，结合图3所示，理论耗油量曲线的横坐标为液位高度，纵坐标为理论耗油量；根据实际称量排出的机油重量绘制称重耗油曲线，所述称重耗油曲线的横坐标为液位高度，纵坐标为称量排出的机油重量，分析计算理论耗油量曲线相对于称重耗油曲线的相对误差，选取相对误差在±1％以内的量筒式油底壳用于机油消耗量的测量。结合图4所示，本实施例的量筒式油底壳的相对误差在±1％以内，可以用于机油消耗量的测量。

表2量筒式油底壳标定数据

(3)将经过标定的量筒式油底壳进行机油消耗量的测定

将发动机2内的机油全部排放到量筒式油底壳3内，机油的液位落在量筒式油底壳3的第一储油区3.2以上，并且读出量筒式油底壳3内液位的读数a1，发动机起动运行，通过吸油管3.5将量筒式油底壳3内的机油吸入到发动机2中，此时机油液位落在量筒式油底壳3的测量区3.3以内，液位为a2；发动机目标工况下运行1小时，此时机油液位为a3；关闭发动机，再次将发动机2内的机油排入量筒式油底壳3内，再次读出量筒式油底壳3液位读数a4；计算发动机运行1小时的机油消耗量的公式为：

N＝π×r²×(a2-a3)×ρ(Ⅲ)；式(Ⅲ)中，N表示x小时机油消耗量，r表示测量区的内壁半径，ρ表示机油密度。

相比于传统利用溶剂法测量发动机机油消耗量的方法相比，本实施例的发动机机油消耗量的测量方法具有以下优点：

(1)本实施例发动机机油消耗量测量的精度高。本实施例的量筒式油底壳通过设置测量区，缩小了机油液位的面积，在相同液位传感器条件下提高机油消耗量测量精度。

(2)发动机机油消耗量测量的试验时间缩短。传统的发动机机油消耗量的测量中为了消除大面积条件下液面震荡造成读数的误差，至少需要12小时运行来增大机油消耗量提高测量精度，本实施例的量筒式油底壳通过设置测量区，缩小了机油液位的面积，无需长时间的静置，可以实现1小时测出机油消耗量测量误差不高于2％的水平。

(3)本实施例发动机机油消耗量测量的成本低。通过将量筒式油底壳设置在发动机油底壳的下方，能够将发动机内的机油通过重力的作用直接流入量筒式油底壳中，无需使用泵和管道，减少成本。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种发动机机油消耗量的测量装置，包括试验平台(1)、发动机(2)和用于测量发动机(2)内机油消耗量的量筒式油底壳(3)，所述发动机(2)的下部设有发动机油底壳(2.1)，所述发动机油底壳(2.1)的底部设有发动机出油口和机油泵进油口，其特征在于，所述量筒式油底壳(3)包括从上至下依次设置的联接区(3.1)、用于储存机油的第一储油区(3.2)、用于测量机油液位的测量区(3.3)、用于储存机油的第二储油区(3.4)，以及设置在量筒式油底壳(3)内的吸油管(3.5)；所述量筒式油底壳(3)的联接区(3.1)与发动机油底壳(2.1)的发动机出油口连通，所述吸油管(3.5)的一端与发动机油底壳(2.1)的机油泵进油口连接，所述吸油管(3.5)的另一端设置在量筒式油底壳(3)的底部，所述测量区(3.3)为圆筒型，所述测量区(3.3)内壁半径满足关系式(Ⅰ)：

(π×r²×s×u×ρ)/m＜2％ (Ⅰ)

关系式(Ⅰ)中，r表示测量区的内壁半径，s表示量程，u表示量程精度，ρ为机油密度，m表示发动机运行1小时所消耗的机油重量。

2.根据权利要求1所述的发动机机油消耗量的测量装置，其特征在于，所述量筒式油底壳(3)放置于试验平台(1)上且位于所述发动机(2)的下方，所述测量区(3.3)所能容纳的机油体积大于发动机运行20个小时机油消耗的体积，且所述量筒式油底壳(3)的高度满足关系式(Ⅱ)：

H_a≤H-h(Ⅱ)

关系式(Ⅱ)中，H_a表示量筒式油底壳(3)的高度，H表示发动机(2)曲轴轴线距离试验平台(1)的高度，h表示发动机油底壳(2.1)的底面距离发动机(2)曲轴轴线的距离。

3.根据权利要求1所述的发动机机油消耗量的测量装置，其特征在于，所述联接区(3.1)为圆筒型，所述第一储油区(3.2)的中部为圆筒型，所述第一储油区(3.2)的上部为圆台型，所述第一储油区(3.2)的下部为倒圆台型，所述第二储油区(3.4)的下部为横截面为正方型的槽体(3.41)，所述第二储油区(3.4)的上部为过渡连接测量区(3.3)和第二储油区(3.4)下部的过渡段(3.42)，所述过渡段(3.42)的上表面为圆形，所述过渡段(3.42)的下表面为正方形。

4.根据权利要求1或2或3所述的发动机机油消耗量的测量装置，其特征在于，所述发动机机油消耗量的测量装置还包括液位传感器(4)和数据采集装置(5)，所述量筒式油底壳(3)与液位传感器(4)的信号输入端相连，所述液位传感器(4)的信号输出端与数据采集装置(5)连接。

5.一种利用权利要求1所述的发动机机油消耗量的测量装置进行发动机机油消耗量的测量方法，其特征在于，包括步骤：

步骤一：根据发动机的机型设计量筒式油底壳(3)的联接区(3.1)、第一储油区(3.2)，测量区(3.3)和第二储油区(3.4)的尺寸；

其中测量区(3.3)的尺寸要满足关系式(Ⅰ)的要求，而且测量区(3.3)所能容纳的机油体积大于发动机运行20个小时机油消耗的体积；

步骤二：将发动机(2)内的机油通过发动机出油口全部排放到量筒式油底壳(3)内，液位落在量筒式油底壳(3)的第一储油区(3.2)以上，运行发动机，通过吸油管(3.5)将量筒式油底壳(3)内的机油部分吸入到发动机(2)中，机油液位落入量筒式油底壳(3)的测量区(3.3)中，记录此时液位为a2，发动机(2)运行x小时后，读出量筒式油底壳(3)中测量区(3.3)机油液位为a3，关闭发动机，计算发动机运行x小时的机油消耗量的公式为：

N＝π×r²×(a2-a3)×ρ (Ⅲ)；

式(Ⅲ)中，N表示x小时机油消耗量，r表示测量区的内壁半径，ρ表示机油密度。

6.根据权利要求5所述的发动机机油消耗量的测量方法，其特征在于，所述x的值为1≤x≤20。

7.根据权利要求5所述的发动机机油消耗量的测量方法，其特征在于，所述步骤一中，所述量筒式油底壳(3)的高度满足关系式(Ⅱ)：

H_a≤H-h (Ⅱ)；

关系式(Ⅱ)中，H_a表示量筒式油底壳(3)的高度，H表示发动机(2)曲轴轴线距离试验平台(1)的高度，h表示发动机油底壳(2.1)的底面距离发动机(2)曲轴轴线的距离；

所述步骤二中，将量筒式油底壳(3)放置于试验平台(1)上且位于所述发动机(2)的下方，所述发动机(2)内的机油在重力作用向下通过发动机油底壳(2.1)的发动机出油口流入量筒式油底壳(3)内。

8.根据权利要求5所述的发动机机油消耗量的测量方法，其特征在于，所述步骤一和步骤二之间还包括量筒式油底壳的标定过程，所述量筒式油底壳的标定过程为，将发动机(2)内的机油全部排放到量筒式油底壳(3)内，记录量筒式油底壳(3)液位高度读数h1，设定液位高度在h1时理论耗油量和实际称重耗油量均为0，然后通过量筒式油底壳(3)的出油口(3.6)排出部分机油后记录液位高度读数h2并且称量排出的机油重量G，液位高度差值为Δh，Δh＝h1-h2，计算液位高度在h2时理论耗油量为π×r²×Δh×ρ；继续排出机油记录液位高度读数h3和称量排出的机油重量G'，液位高度差值为Δh'，Δh'＝h1-h3，计算液位高度在h3时理论耗油量为π×r²×Δh'×ρ，重复以上操作直至全部排出量筒式油底壳内的机油，根据液位高度差值绘制理论耗油量曲线，理论耗油量曲线的横坐标为液位高度，纵坐标为理论耗油量；根据实际称量排出的机油重量绘制称重耗油曲线，所述称重耗油曲线的横坐标为液位高度，纵坐标为称量排出的机油重量，分析计算理论耗油量曲线相对于称重耗油曲线的相对误差，选取相对误差在±1％以内的量筒式油底壳用于机油消耗量的测量。

9.根据权利要求5或6或7或8所述发动机机油消耗量的测量方法，其特征在于，所述发动机机油消耗量测量装置还包括液位传感器(4)和数据采集装置(5)，所述量筒式油底壳(3)与液位传感器(4)相连，所述液位传感器(4)的信号输出端与数据采集装置(5)连接，所述量筒式油底壳(3)内液位的读数通过液位传感器(4)传输给数据采集装置(5)，由数据采集装置(5)处理并计算得到发动机机油消耗量。

Images