发动机润滑油旋转式粘度在线检测技术研究

作     者：肖怡 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张勇;叶鸣

授予年度：2019年

学科分类：082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：发动机润滑油 粘度传感器 旋转法 在线测量 换油指标 

摘      要：发动机润滑油有着润滑、清洁、密封、冷却、抗氧化等重要作用。发动机工作时,润滑油性能会随着使用时间增长而逐渐下降,润滑油粘度也随之改变。当润滑油粘度达到换油指标时,需要进行更换,以避免引起发动机的磨损和故障。因此,对润滑油粘度进行在线检测具有十分重要的意义。本文研究了一种新型发动机润滑油粘度在线检测传感器,主要内容包括:在粘度产生原理和传统旋转法基础上,开展了新型粘度传感器原理的研究,提出了通过电机电流间接测量油液粘度的方法。利用流体力学相关理论对转子旋转时的油液流动状态和粘滞力矩进行分析,同时研究了直流电机的工作特性并计算相关参数,确定了润滑油粘度和传感器电机转速、转矩、电流等的关系,建立了传感器的数学模型。针对粘度传感器的核心部件转子作结构设计,设计出四种结构的转子。通过Fluent仿真软件对四种转子分别进行仿真分析和数值计算,得到在不同油液粘度下的粘滞力矩和电机电流,并作对比分析。结果表明,四种转子对不同粘度的油液均有一定的分辨率,在润滑油工作温度70℃00℃时,圆柱转子粘度测量精度达到0.01A/(mm/s),且具有较好的稳定性和可靠性。通过数据拟合得到圆柱转子粘度与电流的关系曲线,并进一步讨论了油液密度引起的测量误差。另外,对粘度传感器进行了旋转轴承和密封设计。根据粘度测量原理进行传感器硬件与软件设计。以主控板模块、粘度检测模块为主要硬件,设计了传感器控制电路和检测电路,同时建立了传感器数据采集和处理系统。加工设计粘度传感器样机并进行试验研究,主要包括转子结构对比试验、圆柱转子试验、传感器标定试验和验证试验。转子结构对比试验表明:四种转子对不同的粘度均有一定的分辨率,在不同油液中电机电流的数值计算和试验结果比较接近,整体相对误差在0.0467%.365%。以圆柱转子为研究对象,在20℃00℃不同粘度油液中进行电流测试,结果表明在70℃以上高温油液中传感器测量精度较高。利用润滑油柴油混合液对传感器进行标定试验,得到传感器粘度检测的标定方程,通过进一步试验对标定方程进行验证,测试值和标准值误差在2.619%.380%,尤其在低粘度时,粘度传感器具有良好的检测效果。