发动机超级爆震安全余量设计的试验评估方法

摘要

本发明公开了一种发动机超级爆震安全余量设计的试验评估方法，包括以下步骤：1)通过监测发动机台架试验中的超级爆震，收集爆压数据，确定该发动机超级爆震爆压分布的概率曲线；2)通过监测整车耐久试验中的超级爆震发生，统计超级爆震发生频次，从而确定整车一定耐久里程下的超级爆震发生频次；3)通过零部件抗爆压强度值和台架超爆爆压分布概率的曲线，确定零部件在整车一定里程下因超爆导致的失效概率。以科学的方法为零部件设计提供设计评估，能够很大程度的减少由超级爆震带来的零部件故障。

权利要求

1.一种发动机超级爆震安全余量设计的试验评估方法，其特征在于：所述试验评估方法包括以下步骤：

1)通过监测发动机台架超爆试验循环工况试验中的超级爆震，收集爆压数据，确定该发动机超级爆震爆压分布的概率曲线；

2)通过监测整车耐久试验中的超级爆震发生，统计超级爆震发生频次，从而确定整车一定耐久里程下的超级爆震发生频次；

3)通过零部件抗爆压强度值和台架超级爆震爆压分布概率的曲线，确定零部件在整车一定里程下超爆导致的失效概率；

其中，

通过评估普通用户在一定里程内实际运行在超级爆震发生区间内工况的里程，和整车耐久试验运行在超级爆震发生区间内工况的里程，进行对比评估，从而确定在一定里程内，普通用户车辆实际发生超爆导致的失效概率；

所述步骤3)中，通过零部件在整车一定里程下超爆导致的失效概率和普通用户实际行驶工况下超爆导致的失效概率，确定零部件在普通用户一定行驶里程内的超爆导致的失效概率。

2.如权利要求1所述发动机超级爆震安全余量设计的试验评估方法，其特征在于：所述步骤1)中，通过安装在台架发动机上的缸压传感器进行数据采集，数据通过数据通道传输至电脑中进行监测读取超级爆震发生数据。

3.如权利要求1所述发动机超级爆震安全余量设计的试验评估方法，其特征在于：所述步骤2)中，通过数据行车记录仪进行发动机超级爆震发生频次采集。

4.如权利要求1所述发动机超级爆震安全余量设计的试验评估方法，其特征在于：所述普通用户在30000KM或100000KM整车耐久试验里程内评估。

5.如权利要求2所述发动机超级爆震安全余量设计的试验评估方法，其特征在于：所述缸压传感器监测到爆压数值≥80bar时，记录为一次超级爆震发生，并统计记录每次爆压的数值。

说明书

发动机超级爆震安全余量设计的试验评估方法

技术领域

[0001] 本发明涉及发动机试验技术领域，尤其是涉及一种发动机超级爆震安全余量设计的试验评估方法。

背景技术

[0002] 为应对日益严苛的汽车发动机燃油消耗要求，为提高发动机效率，传统内燃机方面增压技术及结合缸内直喷技术的汽油发动机，被认为是改善燃油经济性、降低排放的主要途径，随着增压比和负荷的不断提高，汽油机在低速大负荷工况下会产生一种偶发性的非正常燃烧现象—超级爆震。超级爆震的强度和对发动机的破坏远大于普通爆震，缸内峰值压力甚至可超过30Mpa，造成发动机零部件失效，随即导致其他关联零部件及系统的失效，最终导致发动机的失效，失效的零部件及发动机不仅带来售后成本的上升，顾客的抱怨，甚至对驾驶员造成不可预知的危险。

[0003] 超级爆震的发生和爆压是随机的，基于现阶段发动机零部件没有抗爆压安全余量的科学设计方法，不能准确的判断零部件安全余量设计是否满足定义，不能判断是否能满足超级爆震引起的售后故障目标值的定义，因此，提供科学有效的发动机超级爆震安全余量设计的试验评估方法是非常有必要的。

发明内容

[0004] 针对现有技术不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种发动机超级爆震安全余量设计的试验评估方法，以达到可评估发动机零部件的抗爆压的安全余量设计的合理性目的。

[0005] 为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

[0006] 该发动机超级爆震安全余量设计的试验评估方法，包括以下步骤：

[0007] 1)通过监测发动机台架试验中的超级爆震，收集爆压数据，确定该发动机超级爆震爆压分布的概率曲线；

[0008] 2)通过监测整车耐久试验中的超级爆震发生，统计超级爆震发生频次，从而确定整车一定耐久里程下的超级爆震发生频次；

[0009] 3)通过零部件抗爆压强度值和台架超爆爆压分布概率的曲线，确定零部件在整车一定里程下因超爆导致的失效概率。

[0010] 其中，

[0011] 所述步骤2)中，通过评估普通用户在一定里程内实际运行在超级爆震发生区间内工况的里程，和整车耐久试验运行在超级爆震发生区间内工况的里程，进行对比评估，从而确定在一定里程内，普通用户车辆实际发生超级爆震的概率。

[0012] 所述步骤3)中，通过零部件在整车一定里程下超爆失效的概率和普通用户实际行驶工况下超级爆震爆压发生概率，确定零部件在普通用户一定行驶里程内的超爆失效概率。

[0013] 所述步骤1)中，通过安装在台架发动机上的缸压传感器进行数据采集，数据通过数据通道传输至电脑中进行监测读取超级爆震发生数据。

[0014] 所述步骤2)中，通过数据行车记录仪进行发动机超级爆震发生频次采集。

[0015] 所述普通用户在30000KM或100000KM整车耐久试验里程内评估。

[0016] 所述缸压传感器监测到爆压数值≥80bar时，记录为一次超级爆震发生，并统计记录每次爆压的数值。

[0017] 本发明与现有技术相比，具有以下优点：

[0018] 该发动机超级爆震安全余量设计的试验评估方法设计合理，通过试验建立超爆频次与爆压分布的模型，评估零部件安全余量的设计合理性，方法新颖可靠，易于实现，以科学的方法为零部件设计提供设计评估，能够很大程度的减少由超级爆震带来的零部件故障。

附图说明

[0019] 下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

[0020] 图1为本发明爆压分布概率曲线图。

[0021] 图2为本发明数据监测读取方式示意图。

[0022] 图3为本发明火花塞爆压示意图。

[0023] 图4为本发明超级爆震发生工况区间示意图。

具体实施方式

[0024] 下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

[0025] 如图1至图4所示，该发动机超级爆震安全余量设计的试验评估方法，包括以下步骤：

[0026] 通过监测发动机台架试验中的超级爆震，收集爆压数据，确定该发动机超级爆震爆压分布的概率曲线；

[0027] 通过监测整车耐久试验中的超级爆震发生，统计超级爆震发生频次，从而确定整车一定耐久里程下的超级爆震发生频次；

[0028] 通过零部件抗爆压强度值和台架超爆爆压分布概率的曲线，确定零部件在整车一定里程下因超爆导致的失效概率。

[0029] 其中，

[0030] 通过评估普通用户在一定里程内实际运行在超级爆震发生区间内工况的里程，和整车耐久试验运行在超级爆震发生区间内工况的里程，进行对比评估，从而确定在一定里程内，普通用户车辆实际发生超级爆震的概率。普通用户在30000KM或100000KM整车耐久试验里程内评估。

[0031] 通过零部件在整车一定里程下超爆失效的概率和普通用户实际行驶工况下超级爆震爆压发生概率，确定零部件在普通用户一定行驶里程内的超爆失效概率。通过数据行车记录仪进行发动机超级爆震发生频次采集。

[0032] 通过安装在台架发动机上的缸压传感器进行数据采集，数据通过数据通道传输至电脑中进行监测读取超级爆震发生数据。缸压传感器监测到爆压数值≥80bar时，记录为一次超级爆震发生，并统计记录每次爆压的数值。

[0033] 具体优选实例为：

[0034] 台架超级爆震爆压分布概率：通过监测发动机台架试验(超爆试验循环工况)中的超级爆震，收集爆压数据，确定该发动机超级爆震爆压分布的概率曲线模型。

[0035] 整车超级爆震爆压频次：通过监测整车耐久试验(30,000km或100,000km)中的超级爆震发生，统计超级爆震发生频次，从而确定整车一定耐久里程下的超级爆震发生频次。

[0036] 零部件整车一定里程下超爆失效的概率评估：通过零部件抗爆压强度值和台架超爆爆压分布概率的曲线模型，确定零部件在整车一定里程下因超爆导致的失效概率。

[0037] 普通用户实际行驶工况下超级爆震爆压发生概率评估：通过评估普通用户在一定里程内实际运行在超级爆震发生区间内工况的里程，和整车耐久试验(30,000km或100,000km)运行在超级爆震发生区间内工况的里程，进行对比评估，从而确定在一定里程内，普通用户车辆实际发生超级爆震的概率。

[0038] 零部件抗爆压安全余量的评估：通过零部件在整车一定里程下超爆失效的概率和普通用户实际行驶工况下超级爆震爆压发生概率，确定零部件在普通用户一定行驶里程内的超爆失效概率。对比零部件的整车一定里程内的IPTV目标值(因超爆导致的故障频次)，从而评估出零部件抗爆压设计参数的合理性。

[0039] 零部件抗爆压强度设计优化：通过大量的整车路试数据及售后故障数据，验证零部件抗超级爆震强度设计值的准确性与可信度，以达到更优的设计方案。

[0040] 通过对台架耐久试验超级爆震爆压的分布概率、整车的耐久试验超级爆震发生频次、零部件抗爆压强度和普通用户实际行驶工况下超爆发生概率，进行综合评估，从而确定普通用户一定里程内零部件超爆失效的概率，并对比整车一定里程内零部件的IPTV目标值(因超爆导致的故障频次)，评估零部件抗超级爆震爆压的强度设计值的合理性。

[0041] 以下以火花塞陶瓷抗爆压强度的安全余量设计为例：

[0042] 一.台架超级爆震爆压分布概率：

[0043] 对发动机X台架超爆试验循环工况试验进行数据监测，通过安装在台架发动机上的缸压传感器进行数据采集，数据通过台架数据通道传输至电脑INCA软件进行监测读取超级爆震发生，当爆压数值≥80bar时，记录为一次超级爆震发生，统计每次爆压的数值，并计算转化为爆压分布概率，形成爆压分布概率曲线图(如图1所示)。

[0044] 二.整车超级爆震爆压频次：

[0045] 对整车Y(搭载发动机X)路试耐久试验30,000km(或10,000km)进行数据监测，通过连接整车OBD诊断口的数据行车记录仪进行发动机超级爆震发生频次采集(爆压≥80bar记录一次)，整车Y路试结束后，从整车Y上拆下数据行车记录仪，并将数据行车记录仪连接至电脑上，用INCA软件(发动机标定软件)读取超级爆震发生的频次：100次，从而确定整车Y进行30 000km里程下耐久路试的超级爆震发生频次为100次。具体读取方式如图2所示。通过两轮(可根据资源安排试验次数)耐久路试的超级爆震检测数据收集，进行取平均数。例：平均次数为100次，即为整车Y在30 000km耐久路试里程下的超级爆震发生频次。

[0046] 三.零部件整车一定里程下超爆失效的概率评估

[0047] 以火花塞在整车Y的30 000km里程内的陶瓷抗折强度设计合理性评估为例：

[0048] 1)通过对发动机X台架超爆试验循环工况的超级爆震爆压的分布概率、零部件抗爆压强度和整车30 000km路试超爆频次，确定零部件因超爆失效的概率，即：

[0049] 整车Y在30 000km里程内的超爆发生频次＝M

[0050] 零部件发生超爆失效的概率＝N

[0051] 零部件在整车30 000km里程内因超爆失效的概率＝S

[0052] S＝M×N

[0053] 2)火花塞抗爆压强度P计算

[0054] 火花塞陶瓷直径D＝3mm

[0055] 火花塞陶瓷长度(裸露部分)L＝3mm

[0056] 火花塞陶瓷抗折强度F＝220Nm

[0057] 可知，火花塞受力面积A＝D×L＝9mm2

[0058] P＝F/A＝244.4bar

[0059] 3)通过发动机超级爆震爆压分布概率图可评估零部件发生超爆失效的概率，即[0060] 爆压≥P＝244.4bar，N≈0.001

[0061] 4)零部件在整车30 000km里程内因超爆失效的概率，由此可知

[0062] S＝100×0.001＝0.1

[0063] 四.普通用户实际工况下超级爆震爆压发生概率评估

[0064] 通过试验数据的积累和模型的建立，可以得出通常超级爆震发生时的工况区间(见图4所示，深灰色部分为超爆发生区间)。

[0065] 而实际普通用户的日常行驶工况，是与路试工况有所区别的，自然，发生超级爆震的概率也会有所差异，需要根据两者之间的超爆工况发生里程进行评估，以确定实际超爆发生概率。根据普通用户在30 000km里程内实际行驶于超级爆震工况区间内的里程，对比整车Y在30 000km里程内行驶于超级爆震工况区间内的里程，从而评估出普通用户实际工况下超级爆震爆压发生概率W＝0.01。

[0066] 五.零部件抗爆压安全余量的评估

[0067] 通过火花塞在整车30 000km里程下超爆失效的概率和普通用户30 000km里程内实际工况下超级爆震爆压发生概率评估值，确定火花塞在普通用户30000km行驶里程内的超爆失效概率。

[0068] 火花塞在普通用户30 000km行驶里程内的超爆失效概率＝Z

[0069] Z＝W×S＝0.01×0.1＝0.001

[0070] 即火花塞实际超爆失效的IPTV值为：1

[0071] 火花塞在整车30 000km里程内的IPTV目标值(因超爆导致的故障频次)＝0.5[0072] 则，火花塞实际超爆失效的IPTV值＝1＞火花塞IPTV目标值＝0.5[0073] 可知火花塞当前抗爆压设计值不满足要求。

[0074] 六.零部件抗爆压强度设计优化：

[0075] 通过大量的整车路试进行的超级爆震发生频次数据和售后市场因超级爆震导致的火花塞故障数据统计，验证零部件抗超级爆震的抗折强度设计值的准确性与可信度，并修正完善普通用户实际行驶工况下超级爆震爆压发生的概率评估，建立并完善不同里程火花塞质量要求的超级爆震失效模型，以达到更优的火花塞设计方案。

[0076] 根据发动机不同零部件对于整车一定里程内超爆爆压分布概率模型的建立，可不断优化发动机超级爆震的安全余量的试验评估方法的可信度，为发动机零部件抗超级爆震爆压的设计参数提供科学性的评估方法和参考。同时，该评估方法的建立，可为其他发动机项目的零部件开发提供参考和借鉴，提高零部件设计的沿用性和平台化。

[0077] 不同零部件对于发动机抗超级爆震的爆压的敏感度和参数亦有不同，设计的评估方法亦有差别，可直接或者间接的通过爆压进行转化评估，建立整车一定里程内超爆失效的设计安全余量的试验评估方法。

[0078] 通过试验建立超爆频次与爆压分布的模型，评估零部件安全余量的设计合理性，方法新颖可靠，易于实现，以科学的方法为零部件设计提供设计评估，能够很大程度的减少由超级爆震带来的零部件故障。

[0079] 上述仅为对本发明较佳的实施例说明，上述技术特征可以任意组合形成多个本发明的实施例方案。

[0080] 上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。