发动机台架试验浅析

《装备制造技术》2010年第4期随着汽车产业的飞速发展，各类型汽车对发动机各项指
标的要求越来越高。而在发动机的研发及验证过程中，发动机
的台架试验是检测发动机性能指标及可靠性的重要环节，尤
其是对在台架试验过程中出现的各类故障的分析和处理。1
发动机台架试验的目的作为一个以生产发动机为主要产业的企业，发动机试验
室提供企业在各种产品的各个阶段的测试、验证以及改进的
技术支持。
（1）企业新产品的开发过程中发动机雏形出来后，需要对
样机进行详细而准确的台架试验，来验证整机的性能及可靠
性是否达到设计要求，同时考核各个零部件的可靠性，并通过
这个过程，来对发动机进行改进。而发动机的改进，大多是在
试验时的故障处理过程来完成的。
（2）成型的发动机产品的考核。无论多么成熟的发动机，
都必须通过不断改进来适应汽车的需求，因此对成熟的发动
机产品进行技术考核来改进各个细节，使其更加完善，完全是
必要的。
（3）发动机重要零部件的考核。发动机的主要零部件决定
了发动机的性能，对发动机零部件的考核与整机的考核同样
重要。对试验所要考核的零部件进行相关的试验，然后拆检分
析，是提高零部件质量的重要手段。2
台架试验的方式由于发动机输出驱动方式的区别，发动机变速箱结构也
有所不同，这样就形成了两种不同的试验方式。这两种方式的
区别，主要是连接方式上的有所不同。
2.1硬连接
这种方式是应用得比较多的一种，在试验台架上将未带
变速器的发动机的飞轮通过连接盘、连接法兰、连接轴及缓冲
胶与测功机直接连接起来，然后再进行常规试验。这种连接的
好处在于：试验时能直接传达发动机的输出功率，没有通过变
速器的机械损失，但同时也有无法模拟整车环境的缺点；这种
连接几乎适用于所有机型的台架试验，适用性广（见图1）。
2.2软连接
将试验发动机装配好变速器后，再通过变速器输出端连
接联接轴，然后与测功机相连，称为“软连接”，是应用方便的
一种模拟整车环境的连接方式。这种方式是通过变速器来输
出动力，所以其功率有所损失，但它能更加准确地模拟整车环
境。这种方式的优点，首先是由于是通过变速器连接测功机，
发动机的输出比较稳定，不会对测功机产生强烈的震动损伤，
于是连接过程中也可以减去缓冲胶这个部分，从而降低了成
本；其次，由于采用了软性连接且输出稳定，在发动机安装过
程中，对发动机与测功机中心的偏心量要求会降低，这对安装
过程

起到了很大的简化作用；还有就是带变速器的整机状态
发动机，在安装到台架上时，可直接采用车用悬挂来支撑，无
须像“硬连接”方式那样设计试验用的悬挂系统，这样也极大
的节省了设计成本。但是由于前后驱的发动机变速器输出端
有很大区别，单测功机的试验台架，“软连接”一般只适用于后
驱式发动机（见图2）。发动机台架试验浅析廖明明，林伟键（柳州五菱柳机动力有限公司，广西柳州
545005）摘要：简述了发动机台架试验在生产过程中的所起到的作用，以及采用不同连接方式的试验台架在试验过程中的区别，对拉缸及水
泵汽蚀的故障做了分析，并提出了相应的解决办法。
关键词：发动机；试验；故障；解决
中图分类号：U467.5+22
文献标识码：B文章编号：1672-545X（2010）04-0167-03
收稿日期：2010-01-19
作者简介：廖明明(1984—)，男，湖北潜江人，工程师，主要从事发动机的台架试验工作。飞轮通过连接轴
直接与测功机连接图
1硬连接发动机通过变速器与连
接轴后再连接测功机图
2软连接167EquipmentManufactringTechnologyNo.4，20103台架试验常见问题分析发动机台架试验过程中涉及的方面很多，试验过程中也
会产生很多问题。下面是就一些具体的事例，对试验过程中发
生的常见且危害较大的故障，做出分析和提出解决方法。
3.1拉缸故障
发动机活塞运动相当于人体的消化系统，是发动机动力
的源泉。良好的活塞运动，能使发动机产生强劲的动力，带动
车辆正常行驶。发动机拉缸，属严重故障，也是常见的故障。具
体表现为气缸壁表面出现刮伤、拉伤等沟槽状痕迹，严重时活
塞与气缸壁粘连，活塞卡滞，导致发动机产生一系列不良现
象，甚至不能工作。在LJ376QC高速柴油机样机的开发试验过
程中，曾出现了几起拉缸故障。
3.1.1发动机自动熄火
在进行600h台架交变负荷可靠性试验过程中，发动机自
动熄火；转动曲轴皮带轮，在约80°的转动范围内有异响声。
经拆机检查，发现一缸连杆中部扭曲，连杆小头破裂，一
缸缸孔有条状刮伤痕迹。
对二缸活塞销进行磨损测量（如图3），径向尺寸D1、D2、
D3符合技术要求。
对连杆小头衬套孔进行磨损测量（如图4），连杆小头衬套
孔直径D3在Z-Z向变形严重超差。
原因分析为铰削连杆小头衬套孔时，铰刀倾斜面造成连
杆小头衬套孔偏斜，活塞销中心线与连杆小头中心线不平，造
成柴油机运转时活塞向缸孔一边倾斜，导致柴油机发生拉缸
故障。
3.1.2机油压力表读数很小
在进行1000h全速全负荷耐久试验过程中，发现机油压
力表读数很小

（0.05MPa），停机对发动机进行检查，油标尺指
示刻度中间，转动曲轴有阻滞现象。
拆机检查发现全部连杆瓦内无机油，部分瓦有烧黄、烧
焦、槽状拉毛痕迹，二缸缸孔上部有较深条纹伤痕，油底壳内
有大量浓稠机油沉淀物。
原因分析为台架试验没有使用空气滤清器，高速运转中
柴油机排放烟度较大，使机油在柴油机不断工作过程中，被从
空气中吸入的尘土及发动机燃烧排污和自身磨损产物污染，
并在高温作用下逐渐恶化，变为润滑作用很差的油污沉淀物，
从而柴油机得不到润滑，造成拉缸故障。
3.1.3排温及水温偏高，出水时断时续
进行LJ376QC外特性试验，转速4000r/min时，排温偏
高（680℃），水温偏高（97℃），水箱出水时断时续，有明显气
泡，出水气堵现象严重，排气管排出高浓度白烟，发动机功率
快速下降，然后自动熄火。
经拆机检查，发现进气管内有水；气缸盖垫片与机体、缸
盖多处粘连，缸垫出水孔周围有浸泡水痕，连接两缸孔中间处
有窜气迹象；活塞顶部局部有灰白色点、块痕迹，为水气燃烧
所致；二缸缸孔有约6mm宽、2mm深的长条刮痕。
经测量，气缸盖平面度为0.16mm，技术要求为0.04mm，
磨损严重；二缸缸孔圆柱度为0.09mm，技术要求为0.008
mm，明显超标；气缸盖垫片原板采用石棉金属复合板，热膨胀
性能较差，抗腐蚀性较差；气缸盖垫片通水孔相对机体、气缸
盖出水口偏小，阻碍了冷却水的流通，形成气阻。
故障原因分析为：柴油机排温过高，同时冷却水流动受
阻，水温较高，造成柴油机工作温度过高，二缸缸孔受热不均
匀，局部过热，导致其机械性能如强度、韧性等下降，产生变
形。而机油因温度高粘度下降，润滑性较差，造成运动异常磨
损，易产生拉缸故障；柴油机工作温度过高，气缸盖平面产生
变形，而气缸盖垫片工作性能较差，造成柴油机“窜气”、“冲
床”现象，水进入缸孔，稀释缸壁机油油膜，易产生拉缸，或水
中带着杂质进入缸孔，形成磨料附着在缸壁上，导致缸壁产生
平行于气缸轴线的拉痕。
3.1.4采取的多种应对措施
针对LJ376QC柴油机在研制过程中出现的各种拉缸故
障，我们从柴油机关键零件的选用、装配过程以及操作使用过
程等方面采取对措施：
（1）气缸盖垫片原板使用石棉金属复合板，减少产生“冲
床”现象的发生；
（2）采用滤清效率较高的空气滤清器及机油滤清器；
（3）应保证装机环境的清洁度，并严格按工艺规程进行装
配操作；
（4）柴油机必须按规定进行磨合，磨合后应更换机油；
（5）注意更换空气滤

清器、机油滤清器；
（6）注意加冷却水及标准机油，观察水温、油温，如温度过
高，应停机检查；
（7）严禁柴油机冷起动后不经暧机马上加大负荷运转，或
长时间超速超负荷运转。
3.2水泵汽蚀现象
在发动机可靠性试验过程中，由于某些原因，使水泵的内
部局部压力降低到水的饱和蒸汽压力时，水就会产生汽化现
象，而形成气泡混合在水流中。在流动过程中离析出来的大量64.3
D1
D2D3
D
10
30
50图
3对二缸活塞销进行磨损测量▲
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5y图
4对连杆小头衬套孔进行磨损测量茛
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荩168《装备制造技术》2010年第4期AnalysisofEngineTestingLIAOMing-ming，LINWei-jian
(LiuzhouWulingLiujiPowerCo.,Ltd.,LiuzhouGuangxi545005，Chian)
Abstract:Brieflydescribedtheenginetestingsystemintheengineproductionprocesstheroleplayedby,aswellasdifferentwaystoconnect
thetestbenchatthebenchduringthedifference.Byanalyzedthecausesofscratchandpumpcavitations’failure,andthenputforwarda
solution.
Keywords:engine;testing;malfunction;solution
气泡，随着水流进入水泵的高压区，这时大量的气泡受到周围
高压水的压挤而迅速溃灭，气泡又重新凝结成水，这种现象称
为水泵的汽蚀现象。
在产生汽蚀的过程中，因为水流中包含的大量气泡在溃
灭过程中，破坏水流正常流动的规律，使流道内过流的断面改
变，流向也不正常，因而叶轮与水流之间能量交换的稳定性遭
到了明显破坏。能量损失增加，引起水泵的流量减少，扬程迅
速下降，效率明显降低，严重时可发生断流状态。
当气泡受高压水流挤压，冲向气泡中心时，由于很强的冲
击碰撞，产生剧烈的水锤。由于水锤的打击作用，使部件的表
面形成塑性的变形和硬化，产生金属疲劳现象。材料性质变
脆，产生剥蚀和裂纹。经常作用而形成麻点，进而形成裂隙，直
到水泵的叶轮或泵壳被蚀坏，甚至形成断裂现象（见图5）。
在进行发动机耐久试验过程中，公司的湘仪试验台架容易
发生水泵汽蚀现象。现对公司试验室湘仪台架、南峰台架、及带
整车散热器台架等冷却水系统，进行对比分析试验（见图6）。
湘仪台架上的冷却水系统连通大气，第一次排气采用人
工排气，冷却水循环正常后，比例调节阀自动控制冷却水流
量，水温保持在设定的温度下。
南峰台架冷却水系统也是连通大气，第一次排气采用浮
子式排气，当水上升到一定量时停止排气。
加装了整车散热器系统的台架加水口盖弹簧开启压力
(0.75～1.01)×105Pa
，当水温升高

时，散热器水压升高≥
0.75×105Pa
（相对压力），弹簧开启气、水流入贮水箱，当散热
器气压小于大气压时，贮水箱水流回散热器。
从图上可以看出，整车散热器模式对防止水泵汽蚀应该
有很好的作用，因此可以在台架冷却水系统上安装水箱盖，控
制水压排气来改善汽蚀现象。但这样同时也存在一定的缺陷，
发动机冷却系统胶管、水堵等长期处于高压状态，对发动机及
工人存在着安全隐患。4
结束语发动机台架试验，是一个比较复杂的过程，试验的成功与
否，在于能不能得到所需要的准确数据，而准确的试验数据，
主要取决于高精度的试验设备和经验丰富试验人员，两者缺
一不可。参考文献：
[1]司利增.汽车发动机及其诊断维修[M].北京：电子工业出版社，
2006.
[2]朱仙鼎.中国内燃机工程师手册[M].上海：上海科学技术出版社，
2000.
[3]周龙保.内燃机学[M].北京：机械工业出版社，2006.水泵叶片
严重断裂
水泵的叶
片存在不
正常的凹坑图
5汽蚀现象产生剥蚀和裂纹19
17
15
13
11
9
7
5
3
1
020406080100120140160180200
n=3000（水泵转速）
n=3500
n=4000
n=4500
n=4822
流量Q（L/min）
整车散热器台架
南峰台架
湘仪台架图
6汽蚀现象对水泵性能的影响扬程（H，m）169