CN115406658A - 一种柴油发动机可靠性验证方法及加速系数计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柴油发动机加速系数计算方法，包括如下步骤：S1：通过市场调研、竞品对标，确定产品可靠性指标；S2：典型用户实际使用工况、使用场景采集，典型常用工况提炼；S3：分析典型用户工况的发动机参数，将发动机正常工作环境应力与发动机应力设计指标限值对比，评估设计裕度；S4：在应力设计指标限值内，按照大于典型用户工况应力设计指标限值比选取多组应力超出发动机正常工作环境应力进行台架可靠性试验；S5：根据步骤4记录的实验数据建立等功率或等油耗模型，计算发动机加速系数。本发明具有加速试验技术缩短产品研制时间、节省开发成本、提高产品竞争力等优点。

Description

一种柴油发动机可靠性验证方法及加速系数计算方法

技术领域

本发明涉及发动机试验技术领域，特别是涉及一种柴油发动机可靠性验证方法及加速系数计算方法。

背景技术

台架发动机可靠性试验工况与整车实际使用场景工况有差异，随着科技的发展，各个领域的机械化程度越来越高，相对应对产品的质量要求也越来越高，很多产品的寿命都是以年或小时计算的，其中非道路发动机耐久性指标B10(寿命)一般在15000h～25000h。传统的可靠性方法是在台架模拟整车实际使用工况，验证周期长，台架费用高，已经不能适应快速变化的市场需求。

目前，国际一流企业发动机耐久性验证时长达到B10寿命的1/2,国内一流企业发动机耐久性验证时长一般不超过B10寿命的1/3，具体验证时间，每个企业结合自身能力及需求定。可见，发动机耐久性验证时长仍然较长，影响产品开发周期。

根据应力－寿命理论，S-N曲线，试验证明应力的大小影响疲劳寿命，高循环应力，低寿命；低循环应力，高寿命。S是应力，N是寿命，公式如下：

S:应力的幅度；

N:失效时的应力循环次数(寿命)，β、α是材料系数。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明目的在于提出一种加速试验技术缩短产品研制时间、节省开发成本、提高产品竞争力的柴油发动机可靠性验证方法及加速系数计算方法。

为此，本发明提出一种柴油发动机可靠性验证方法及加速系数计算方法。

优选地，本发明还可以具有如下技术特征：

一种柴油发动机加速系数计算方法，包括如下步骤：

S1：通过市场调研、竞品对标，确定产品可靠性指标；

S2：典型用户实际使用工况、使用场景采集，典型常用工况提炼；

S3：分析典型用户工况的发动机参数，将发动机正常工作环境应力与发动机应力设计指标限值对比，评估设计裕度；

S4：在应力设计指标限值内，按照大于典型用户工况应力设计指标限值比选取多组应力超出发动机正常工作环境应力进行台架可靠性试验；

S5：根据步骤4记录的实验数据建立等功率或等油耗模型，计算超出发动机正常工作环境应力的小时循环功率或小时循环油耗以及发动机正常工作环境应力的小时循环功率或小时循环油耗，将两组数据对应的小时循环功率或小时循环油耗进行对比，得出的比值即为超出发动机正常工作环境应力工况下的发动机加速系数。

进一步地，步骤S3中，所述发动机参数包括转速、扭矩、水温、油温、气温、压力。

进一步地，步骤S3中，通过分析典型用户实际使用工况，确定典型用户实际使用工况的发动机小时平均应力在台架可靠性试验工况中的发动机应力设计指标限值的占比。

进一步地，根据柴油发动机的拖拉机在田间旋耕作业时的转速和应力，获取发动机转速和应力的分布情况，进而确定柴油发动机的拖拉机的小时平均应力与发动机应力设计指标限值的占比。

进一步地，确定柴油发动机的拖拉机的小时平均应力与发动机应力设计指标限值的29％相当。

进一步地，步骤S4中，选取的应力范围是发动机应力设计指标限值的50～100％，选取的应力取值范围超出发动机的正常工作环境应力。

进一步地，选取发动机应力设计指标限值的50％、75％、90％、100％分别进行台架可靠性试验，记录每组应力的试验数据，记录的试验数据包括小时循环功率、小时循环油耗。

进一步地，步骤S5中，测算出的加速系数＝超出发动机正常工作环境应力的小时循环功率/发动机正常工作环境应力的小时循环功率，或测算出的加速系数＝超出发动机正常工作环境应力的小时循环油耗/发动机正常工作环境应力的小时循环油耗。

进一步地，所述加速系数的值为1.5～4。

一种加速发动机台架可靠性试验的方法，

根据权利要求1所述发动机加速系数计算方法获取目标加速系数；

根据确定的加速系数值设置与之对应的台架应力设计指标限值比；

开启台架可靠性试验，台架验证所需的时间＝常规的发动机耐久验证时间/加速系数。

本发明与现有技术对比的有益效果包括：在加大负荷的情况下进行试验，同时该情况下的试验时间t1和正常试验时间t2按加速系数n的值缩减倍数，即表示当在加大负荷的情况下试验，该负荷对应的加速系数的值为3.3，则表示正常试验时间为20000h，而加大负荷的试验时间为20000/3.3h即可得到和正常试验20000h的试验效果。加速试验技术缩短产品研制时间，节省开发成本，快速投放市场，满足客户需求，也因此提高了产品的竞争力。

附图说明

图1是本发明的加速效果对比图。

图2是本发明的其中一种应力工况下等功率或等油耗模型图。

图3是根据图2算出的加速系数值。

具体实施方式

下面结合具体实施方式并对照附图对本发明作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

参照以下附图，将描述非限制性和非排他性的实施例，其中相同的附图标记表示相同的部件，除非另外特别说明。

如图1～3所示的一种柴油发动机加速系数计算方法，将发动机在超出正常工作环境应力下进行试验，通过提高应力来加速正常退化过程，目的是缩短正常的失效过程，但又不改变失效的物理特性，从而实现降低研发成本。

所述加速系数计算方法包括如下步骤：

S1：通过市场调研、竞品对标，确定产品可靠性指标B10；

S2：典型用户实际使用工况、使用场景采集，典型常用工况提炼；

S3：分析典型用户工况的发动机参数，将发动机正常工作环境应力与发动机应力设计指标限值对比，评估设计裕度；所述发动机参数包括转速、扭矩、水温、油温、气温、压力；

步骤S3中，通过分析典型用户实际使用工况，确定典型用户实际使用工况的发动机小时平均应力在台架可靠性试验工况中的发动机应力设计指标限值的占比。以某型拖拉机为例，分析典型用户实际使用工况，确定该型拖拉机典型用户实际使用工况的小时平均应力和其发动机应力设计指标限值的29％相当。确定本实施例拖拉机的发动机的正常工作环境应力为发动机应力设计指标限值的29％。

具体的，分析上述柴油发动机的拖拉机在田间旋耕作业时的转速和应力，确定发动机转速应用范围较广，低转速和高转速占比较高，中间转速占比相对较少；发动机应力(负荷)分布，低负荷占比较多，中高负荷占比较少。进而确定柴油发动机的拖拉机的小时平均应力与发动机应力设计指标限值的29％相当。

S4：在应力设计指标限值内，按照应力设计指标限值比，选取多组应力进行台架可靠性试验；选取多组应力超出发动机正常工作环境应力。

步骤S4中，选取的应力范围是待台架验证的拖拉机的发动机应力设计指标限值的50～100％，应力取值范围超出本实施例的拖拉机的正常工作环境应力。台架可靠性试验工况应力选取的范围已经超出该拖拉机的发动机的正常工作环境应力下进行试验。具体的，选取发动机应力设计指标限值的50％、75％、90％、100％分别进行台架可靠性试验，记录每组应力的试验数据，记录的试验数据包括小时循环功率、小时循环油耗。同时也需要在发动机应力设计指标限值的29％进行台架可靠性试验，并记录相关数据。

S5：根据步骤4记录的实验数据建立等功率或等油耗模型，计算超出发动机正常工作环境应力的小时循环功率或小时循环油耗以及发动机正常工作环境应力的小时循环功率或小时循环油耗，并将两组数据对应的小时循环功率或小时循环油耗进行对比，得出的比值即为超出发动机正常工作环境应力工况下的发动机加速系数，加速系数大于1，即可实现缩短台架验证所需时长。

一般情况下，测算出的加速系数＝超出发动机正常工作环境应力的小时循环功率/发动机正常工作环境应力的小时循环功率，或测算出的加速系数＝超出发动机正常工作环境应力的小时循环油耗/发动机正常工作环境应力的小时循环油耗。优选的，所述加速系数的值为1.5～4。

参照图1～3，一种加速发动机台架可靠性试验的方法，发动机B10寿命(时间)的1/2或1/3作为常规的发动机耐久验证时间；根据上述加速系数计算方法获取目标加速系数，所述加速系数的值为1.5～4；根据确定的加速系数值设置与之对应的台架应力设计指标限值比；开启台架可靠性试验，台架验证所需的时间＝常规的发动机耐久验证时间÷加速系数。这样，当台架可靠性试验，将发动机在超出正常工作环境应力下进行试验，通过提高应力来加速正常退化过程，并根据加速系数的取值n计算出台架验证所需的时间由常规的发动机耐久验证时间按n的值缩减倍数。

在参照图1，以柴油发动机的拖拉机的小时平均应力即对应发动机应力设计指标限值的29％作为常规的台架可靠性试验，即对比例。该对比例表示在发动机应力设计指标限值的29％的工况下，台架验证时长为常规验证时长，即B10寿命20000h的1/2或1/3。在对比例中，以B10寿命的1/2作为常规验证时长，确定台架验证时长t3为10000h。

在超出本实施例的拖拉机的正常工作环境应力的工况下开展实施例1～4，并计算出应力设计指标限值比对应的加速系数，进而计算出按加速系数的值缩减倍数后的台架验证所需时长t4。由图1可知，常规的台架验证时长为10000h，采用本发明的方法加速后，台架验证时长按加速系数的值缩减倍数，所需的验证时间相对于常规台架验证时长缩减4倍，加速试验技术缩短产品研制时间，节省开发成本，快速投放市场，满足客户需求，也因此提高了产品的竞争力。

本领域技术人员将认识到，对以上描述做出众多变通是可能的，所以实施例和附图仅是用来描述一个或多个特定实施方式。

尽管已经描述和叙述了被看作本发明的示范实施例，本领域技术人员将会明白，可以对其作出各种改变和替换，而不会脱离本发明的精神。另外，可以做出许多修改以将特定情况适配到本发明的教义，而不会脱离在此描述的本发明中心概念。所以，本发明不受限于在此披露的特定实施例，但本发明可能还包括属于本发明范围的所有实施例及其等同物。

Claims (10)

1.一种柴油发动机加速系数计算方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：通过市场调研、竞品对标，确定产品可靠性指标；

S2：典型用户实际使用工况、使用场景采集，典型常用工况提炼；

S3：分析典型用户工况的发动机参数，将发动机正常工作环境应力与发动机应力设计指标限值对比，评估设计裕度；

S4：在应力设计指标限值内，按照大于典型用户工况应力设计指标限值比选取多组应力超出发动机正常工作环境应力进行台架可靠性试验；

S5：根据步骤4记录的实验数据建立等功率或等油耗模型，计算超出发动机正常工作环境应力的小时循环功率或小时循环油耗以及发动机正常工作环境应力的小时循环功率或小时循环油耗，将两组数据对应的小时循环功率或小时循环油耗进行对比，得出的比值即为超出发动机正常工作环境应力工况下的发动机加速系数。

2.如权利要求1所述的一种柴油发动机加速系数计算方法，其特征在于：步骤S3中，所述发动机参数包括转速、扭矩、水温、油温、气温、压力。

3.如权利要求1所述的一种柴油发动机加速系数计算方法，其特征在于：步骤S3中，通过分析典型用户实际使用工况，确定典型用户实际使用工况的发动机小时平均应力在台架可靠性试验工况中的发动机应力设计指标限值的占比。

4.如权利要求3所述的一种柴油发动机加速系数计算方法，其特征在于：根据柴油发动机的拖拉机在田间旋耕作业时的转速和应力，获取发动机转速和应力的分布情况，进而确定柴油发动机的拖拉机的小时平均应力与发动机应力设计指标限值的占比。

5.如权利要求4所述的一种柴油发动机加速系数计算方法，其特征在于：确定柴油发动机的拖拉机的小时平均应力与发动机应力设计指标限值的29％相当。

6.如权利要求3所述的一种柴油发动机加速系数计算方法，其特征在于：步骤S4中，选取的应力范围是发动机应力设计指标限值的50～100％，选取的应力取值范围超出发动机的正常工作环境应力。

7.如权利要求6所述的一种柴油发动机加速系数计算方法，其特征在于：选取发动机应力设计指标限值的50％、75％、90％、100％分别进行台架可靠性试验，记录每组应力的试验数据，记录的试验数据包括小时循环功率、小时循环油耗。

8.如权利要求3所述的一种柴油发动机加速系数计算方法，其特征在于：步骤S5中，测算出的加速系数＝超出发动机正常工作环境应力的小时循环功率/发动机正常工作环境应力的小时循环功率，或测算出的加速系数＝超出发动机正常工作环境应力的小时循环油耗/发动机正常工作环境应力的小时循环油耗。

9.如权利要求1所述的一种柴油发动机加速系数计算方法，其特征在于：所述加速系数的值为1.5～4。

10.一种加速发动机台架可靠性试验的方法，其特征在于：

根据权利要求1所述发动机加速系数计算方法获取目标加速系数；

根据确定的加速系数值设置与之对应的台架应力设计指标限值比；

开启台架可靠性试验，台架验证所需的时间＝常规的发动机耐久验证时间/加速系数。

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