发动机排气热端耐久性试验方法、试验装置及系统

摘要

本发明公开了发动机排气热端耐久性试验方法、试验装置及系统，所述方法包括如下步骤：获取整车转毂上的排气热端的振动特性数据；获取整车转毂的振动特性试验工况，判断执行排气热端耐久性试验的需求状态；当检测到需要在试验装置上进行排气热端耐久性试验时，将获得的所述振动特性数据作为排气热端耐久性试验的输入参数，控制试验装置执行排气热端耐久性试验。所述方法通过在整车转毂上测量排气热端振动特性数据，作为在试验装置上进行排气热端热振动试验的输入参数，在试验装置上完成排气热端耐久性考核，该方法不受台架资源、整车试验场地的限制，适用于所有的排气热端应用场景，应用场景广，该方法试验周期短、试验费用低。

说明书

技术领域

本发明涉及车辆发动机耐久性试验技术领域，具体是涉及发动机排气热端耐久性试验方法、试验装置及系统。

背景技术

整车排气系统区分发动机和底盘下两部分，归属发动机部分排气系统称为排气热端，布置在底盘下的排气系统称为冷端。

排气热端在发动机运行时，受交变的温度、振动载荷等影响，工作环境恶劣，是发动机上易出现故障的零部件之一，因此其耐久性尤为重要，热失效或共振开裂是其常见的失效模式。

发动机排气热端现行的耐久性试验方法通常为：先进行台架耐久，含排气热端振动耐久、排气热端热冲击两部分，两者均通过后，再在实车上进行整车耐久试验。

台架耐久试验的前提是需要先按整车状态搭建耐久性台架，含悬置、变速箱、排气冷端、冷端吊钩、冷端软垫等均需要为整车状态，减少试验因素对试验结果的影响；通过测量发动机额定转速范围内的排气热端临界转速(共振点)、最高排温点分别作为排气热端振动耐久、排气热端热冲击的考核工况点，按既定循环完成耐久性试验。

整车耐久试验在试验场中进行，在一般公路、标准坡道、高环等路面上，模拟不同整车负载条件下的实际使用工况，进行周期性考核。

排气热端能否按照整车状态进行搭建是发动机台架耐久的前提，受限于发动机布置形式、变速箱的种类等因素，比如发动机横置或者纵置、变速箱是手动或自动等，发动机台架耐久有时并不能有效开展。

发动机台架上测量振动加速度和温度数据一般按全负荷进行，而全负荷工况在整车使用周期内基本不使用，即台架考核工况和用户实际使用工况差异太大，台架按全负荷工况考核可能存在过考核失效风险。

发动机台架按某一耐久运行时，由于发动机长期耐久等因素影响可能造成共振点偏移，如试验时没有加速度追踪设备进行管控，一般通过耐久时间加倍的方式进行考核(即2000万次循环)，造成耐久试验加倍。

发动机台架耐久及整车耐久试验所产生的费用高，周期长，一般由主机厂完成，排气热端零部件生产厂家对其零件的耐久性能往往未知。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种发动机排气热端耐久性试验方法、试验装置及系统。

第一方面，本发明提供一种发动机排气热端耐久性试验方法，包括如下步骤：

获取整车转毂上的排气热端的振动特性数据；

获取整车转毂的振动特性试验工况，判断执行排气热端耐久性试验的需求状态；

当检测到需要在试验装置上进行排气热端耐久性试验时，将获得的所述振动特性数据作为排气热端耐久性试验的输入参数，控制试验装置执行排气热端耐久性试验。

根据第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述振动特性数据包括共振工况点的频率数据、共振工况点的加速度数据和共振工况点的温度数据；

所述“获取整车转毂上的排气热端的振动特性数据”步骤，具体包括以下步骤：

通过布置在整车转毂上的排气热端的加速度传感器和温度传感器，获取所述共振工况点的加速度数据和所述共振工况点的温度数据；

根据获取的所述共振工况点的加速度数据和所述共振工况点的温度数据，得出所述共振工况点的频率数据。

根据第一方面，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述“获取整车转毂的振动特性试验工况，判断执行排气热端耐久性试验的需求状态”步骤，具体包括如下步骤：

获取整车转毂的振动特性试验的振动试验参数，所述振动试验参数包括试验档位和转毂阻力；

在所述转毂阻力下控制车辆进行加载，并在预设车速条件下预处理车辆发动机的工作水温达到预设水温；

在所述试验档位下控制车辆的发动机转速由怠速加速至额定转速，再从额定转速增速至最大预设转速后回到怠速，重复以上操作，获得所述共振工况点的加速度数据；

在所述转毂阻力条件下控制车辆启动，在所述试验档位下增速至最大设定车速，获得预设间隔车速工况下的共振工况点的温度数据，作为排气热端耐久性试验的输入参数；

根据获取的共振工况点的加速度数据，判断执行排气热端耐久性试验的需求状态。

根据第一方面，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述“根据获取的共振工况点的加速度数据，判断执行排气热端耐久性试验的需求状态”步骤，具体包括以下步骤：

当获取的所述共振工况点的加速度数据介于第一预设加速度值和所述第二预设加速度值之间时，判定需要在试验装置上执行排气热端耐久性试验。

根据第一方面，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述第一预设加速度值设为6g(60m/s

根据第一方面，在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述“当检测到需要在试验装置上进行排气热端耐久性试验时，将获得的所述振动特性数据作为排气热端耐久性试验的输入参数，控制试验装置执行排气热端耐久性试验”步骤，具体包括以下步骤：

当检测到需要在试验装置上进行排气热端耐久性试验时，将获得的所述振动特性数据作为排气热端耐久性试验的输入参数输入到试验装置中；

控制试验装置按照考核工况点的温度、频率、加速度方向和加速度幅值，进行排气热端耐久性试验。

第二方面，本发明提供一种发动机排气热端耐久性试验系统，其特征在于，包括振动特性获取模块、试验需求判断模块和试验控制模块，所述振动特性获取模块用于获取整车转毂上的排气热端的振动特性数据；所述试验需求判断模块用于获取整车转毂的振动特性试验工况，判断执行排气热端耐久性试验的需求状态；试验控制模块，与所述振动特性获取模块和所述试验需求判断模块通信连接，用于当检测到需要在试验装置上进行排气热端耐久性试验时、将获得的所述振动特性数据作为排气热端耐久性试验的输入参数、控制试验装置执行排气热端耐久性试验。

第三方面，本发明提供发动机排气热端耐久性试验装置，包括振动试验机构、排气热端机构、冷端机构和燃烧器，所述振动试验机构包括振动试验台；所述排气热端机构包括固定于所述振动试验台上的排气热端，以及分别设于所述排气热端上的入口端和出口端，所述入口端用于供热流气体进入所述排气热端，所述出口端用于供热流气体流出所述排气热端；所述冷端机构包括设于所述出口端的排气冷端；所述燃烧器与所述入口端连接。

根据第三方面，在第三方面的第一种可能的实现方式中，还包括布置于所述排气冷端处的抽风装置，以及连接所述燃烧器和所述入口端的气体排出通道，所述抽风装置与所述气体排出通道对应配合。

根据第三方面，在第三方面的第二种可能的实现方式中，还包括冷却风扇，所述冷却风扇用于对所述排气热端进行温度调节。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

本发明提供的发动机排气热端耐久性试验方法、试验装置及系统，所述方法通过在整车转毂上测量排气热端振动特性数据，作为在试验装置上进行排气热端热振动试验的输入参数，在试验装置上完成排气热端耐久性考核，该方法不受台架资源、整车试验场地的限制，适用于所有的排气热端应用场景，应用场景广，该方法试验周期短、试验费用低。

附图说明

图1是本发明实施例的方法流程示意图；

图2是本发明实施例的另一方法流程示意图；

图3是本发明实施例的试验装置的结构示意图；

图4是本发明实施例的系统的功能模块框图。

具体实施方式

现在将详细参照本发明的具体实施例，在附图中例示了本发明的例子。尽管将结合具体实施例描述本发明，但将理解，不是想要将本发明限于所述的实施例。相反，想要覆盖由所附权利要求限定的在本发明的精神和范围内包括的变更、修改和等价物。应注意，这里描述的方法步骤都可以由任何功能块或功能布置来实现，且任何功能块或功能布置可被实现为物理实体或逻辑实体、或者两者的组合。

为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

注意：接下来要介绍的示例仅是一个具体的例子，而不作为限制本发明的实施例必须为如下具体的步骤、数值、条件、数据、顺序等等。本领域技术人员可以通过阅读本说明书来运用本发明的构思来构造本说明书中未提到的更多实施例。

参见图1所示，本发明实施例提供一种发动机排气热端耐久性试验方法，包括以下步骤：

S100、获取整车转毂上的排气热端的振动特性数据；

S200、获取整车转毂的振动特性试验工况，判断执行排气热端耐久性试验的需求状态；

S300、当检测到需要在试验装置上进行排气热端耐久性试验时，将获得的所述振动特性数据作为排气热端耐久性试验的输入参数，控制试验装置执行排气热端耐久性试验。

本发明提供的发动机排气热端耐久性试验方法、试验装置及系统，所述方法通过在整车转毂上测量排气热端振动特性数据，作为在试验装置上进行排气热端热振动试验的输入参数，在试验装置上完成排气热端耐久性考核，该方法不受台架资源、整车试验场地的限制，适用于所有的排气热端应用场景，应用场景广，该方法、试验装置及系统试验周期短、试验费用低。

在一实施例中中，参见图2所示，所述振动特性数据包括共振工况点的频率数据、共振工况点的加速度数据和共振工况点的温度数据；

所述“获取整车转毂上的排气热端的振动特性数据”步骤，具体包括以下步骤：

S110、通过布置在整车转毂上的排气热端的加速度传感器和温度传感器，获取所述共振工况点的加速度数据和所述共振工况点的温度数据；

S120、根据获取的所述共振工况点的加速度数据和所述共振工况点的温度数据，得出所述共振工况点的频率数据。

在一实施例中，根据CAE(Computer Aided Engineering)分析结构选择振动响应较大位置、温度较高位置布置加速度和温度测点，其中排气热端加速度测点数量不少于5个，试验时在排气侧缸体、排气侧缸盖、变速箱上各布置一个加速度测点，用以监控发动机及变速箱的振动情况；在排气热端出口处布置一个温度传感器，测量车辆排气热端壳体内部气体温度，在紧接排气热端入口处布置2个温度传感器，车辆排气热端壳体表面温度。

在一实施例中，普通振动加速度传感器，通过在排气热端的备选测点上焊接待螺纹的固定基座，固定基座上装配冷却水座，所述冷却水座上粘贴固定加速度传感器，冷却水座的两端连额吉冷却水管，加速度传感器测量时，冷却水管向冷却水座内流通冷却水对振动加速度传感器起到冷却散热效果，保障加速度传感器的运行稳定性和可靠性。

通过获取的加速度数据，以及加速度和频率的计算公式，分析计算获得共振工况电的频率(f1,f2,…)；从获取的加速度数据，分析计算获得加速度方向及幅值(a1,a2,…)、阶次；从获得的温度数据，分析整理获得各考核工况点的排气温度(Teta1、Tetb2、…)和排气热端壳体表面温度(T11&T12、T21&T22…)等信息。

对每个考核工况点，推荐按照1000万次循环进行排气热端热振动试验考核，得出考核试验数据，热振动试验考核循环次数依据整车及整机寿命的要求不同，允许在一定范围内波动。

在一实施例中，所述固定基座和冷却水座的重量均小于50g，用于降低固定基座和冷却水座对加速度传感器测量数据准确性的影响。

在一实施例中，所述“获取整车转毂的振动特性试验工况，判断执行排气热端耐久性试验的需求状态”步骤，具体包括如下步骤：

获取整车转毂的振动特性试验的振动试验参数，所述振动试验参数包括试验档位和转毂阻力；

在所述转毂阻力下控制车辆进行加载，并在预设车速条件下预处理车辆发动机的工作水温达到预设水温；

在所述试验档位下控制车辆的发动机转速由怠速加速至额定转速，再从额定转速增速至最大预设转速后回到怠速，重复以上操作，获得一致性较好的3笔数据，本步骤输出结果为所有加速度测点的全面、前三主阶次三向加速度和位移曲线，获得所述共振工况点的加速度数据。

在所述转毂阻力条件下控制车辆启动，在所述试验档位下增速至最大设定车速，获得预设间隔车速工况下的共振工况点的温度数据，作为排气热端耐久性试验的输入参数；

根据获取的共振工况点的加速度数据，判断执行排气热端耐久性试验的需求状态。

在一具体实施例中，转毂阻力按照爬坡道路阻力加载，按上述试验档位，以10km/h的转速增量，将车速从20km/h开始升至该档位下转毂允许的最大车速，分别测量每个车速工况点下排气温度和排气热端壳体表面温度稳定后的温度值。

在一实施例中，根据轮胎参数、各档位传动比、主减比等计算车速与发动机转速关系，根据车速与发动机转速关系，选择试验档位，据此选择的试验档位在转毂允许的安全车速范围内，发动机转速可运行至额定转速到额定转速+500rpm范围内；试验档位允许超过1种。

在一实施例中，本发明所采用的转毂阻力可以通过实车滑行、仿真等方式，包含普通道路阻力及爬坡道路阻力，其中爬坡道路阻力的坡度值≥10％。

在一实施例中，所述“根据获取的共振工况点的加速度数据，判断执行排气热端耐久性试验的需求状态”步骤，具体包括以下步骤：

当获取的所述共振工况点的加速度数据介于第一预设加速度值和所述第二预设加速度值之间时，判定需要在试验装置上执行排气热端耐久性试验。

在一实施例中，若共振工况点的加速度数据＜A，表征该排气热端在整车运行时抗振性能优良，车辆排气热端耐久性风险低，不需要在试验台上进行进一步的排气热端热振动试验进行发动机排气热端耐久性考核，A为第一预设加速度值，A值一般设定为6g或6g以下范围的一预设值；若共振工况点的加速度数据＞B，表征该排气热端在整车运行时存在明显共振，应优先考虑优化设计该车辆的排气热端的共振性能，B为第二预设加速度值，B值设定为15g或15g以上范围的一预设值；若共振工况点的加速度数据介于A～B之间,则该排气热端在整车运行时抗振性能良好，并需要通过在试验台上进行排气热端热振动试验对排气热端进一步的考核。选择性在试验装置上对排气热端进行耐久性试验，用以缩短试验周期，降低试验成本。

在一具体实施例中，所述第一预设加速度值设为6g(60m/s

在一实施例中，所述“当检测到需要在试验装置上进行排气热端耐久性试验时，将获得的所述振动特性数据作为排气热端耐久性试验的输入参数，控制试验装置执行排气热端耐久性试验”步骤，具体包括以下步骤：

当检测到需要在试验装置上进行排气热端耐久性试验时，将获得的所述振动特性数据作为排气热端耐久性试验的输入参数输入到试验装置中；

控制试验装置按照考核工况点的温度、频率、加速度方向和加速度幅值，进行排气热端耐久性试验。

基于同一发明构思，参见图3所示，本发明提供一种发动机排气热端耐久性试验装置，包括振动试验机构、排气热端机构、冷端机构和燃烧器，所述振动试验机构包括振动试验台100；所述排气热端机构包括固定于所述振动试验台上的排气热端200，以及分别设于所述排气热端上的入口端和出口端，所述入口端用于供热流气体进入所述排气热端，所述出口端用于供热流气体流出所述排气热端，设有气体排出通道500；所述冷端机构包括设于所述出口端的排气冷端300；所述燃烧器400与所述入口端连接。

发动机排气热端耐久性试验前，将考核用排气热端用排气热端固定装置600装配在振动试验台上，所述入口端通过气体入口通道700与所述燃烧器连通，出口端装配整车状态的排气冷端，其中排气冷端可仅焊波纹管前端部分，排气热端通过固定支架800装配固定于排气热端固定装置上，实现将考核用排气热端试验模拟整车状态装配于试验装置上，实现对排气热端耐久性试验。

发动机排气热端耐久性试验时，启动燃烧器，按照整车转毂上考核工况点的频率、加速度方向、加速度幅值、排气温度和排气热端壳体表面温度，调整振动试验台上的排气热端上的每一个考核工况点的频率、加速度方向、加速度幅值、排气温度和排气热端壳体表面温度，完成对考核排气热端耐久性试验。试验时间按需要的耐久循环次数进行折算，依据整车及整机寿命的要求不同，可适当调整热振动循环次数，但应保证实际循环次数≥1000万次。

在一实施例中，所述排气热端固定装置等效为假发动机，其强度和刚度应足够强，以避免与排气热端的振动耦合，所述排气热端固定装置上设有模拟整车状态下的供排气热端和固定支架装配的安装固定点。

在一实施例中，还包括布置于所述排气冷端处的抽风装置，以及连接所述燃烧器和所述入口端的气体排出通道，所述抽风装置与所述气体排出通道对应配合。所述抽风装置与所述排气冷端非刚性连接。

在一实施例中，还包括冷却风扇，所述冷却风扇用于对所述排气热端进行温度调节，使得试验考核用排气热端上实测的排气温度、排气热端壳体表面温度不低于在整车转毂上所测温度，操作方便简单，实现成本低。在本发明的其他实施例中，还可通过其他方式例如布置冷却管道、制冷剂等方式实现在试验装置上对考核排气热端的排气温度和排气热端壳体表面温度进行调节。

基于同一发明构思，参见图4所示，本发明提供一种发动机排气热端耐久性试验系统，包括振动特性获取模块910、试验需求判断模块920和试验控制模块930，所述振动特性获取模块用于获取整车转毂上的排气热端的振动特性数据；所述试验需求判断模块用于获取整车转毂的振动特性试验工况，判断执行排气热端耐久性试验的需求状态；试验控制模块，与所述振动特性获取模块和所述试验需求判断模块通信连接，用于当检测到需要在试验装置上进行排气热端耐久性试验时、将获得的所述振动特性数据作为排气热端耐久性试验的输入参数、控制试验装置执行排气热端耐久性试验。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。