汽车发动机台架试验的研究

汽车发动机台架试验的研究

摘要：

发动机台架试验就是指对发动机进行一系列的试验, 对试验过程出现的问题进行系统分析, 不断优化处理, 从而不断提高发动机的性能与可靠性。本文阐述了发动机台架试验的目的及相关的试验类型, 并对试验中遇到的问题进行了分析, 并提出了解决的办法。

关键词：

发动机;台架;试验;研究;

1 进行发动机台架试验的目的

发动机台架试验对处于不同研发阶段的发动机进行相关测试, 并为其优化改进提供试验数据支持, 发动机台架试验的目的概括来说主要有以下是三个目的。

(1) 对新研发的试制样机进行测试。一款新研发的发动机, 当试制样机组装完成后, 会对发动机整体性能进行测试, 并对试验中出现的问题进行分析、解决, 该阶段的试验可以说是对发动机的整体性、系统性进行测试, 一些大的缺陷会在该阶段中暴露出来。

(2) 对发动机重要零部件进行性能及可靠性试验。发动机中不同机构的零部件的工作性能影响了发动机的整体可靠性, 在台架试验中需要对发动机重要零部件的材料、结构、工况情况进行长时间试验, 来验证相关重要零部件的性能及可靠性。

(3) 发动机的可靠性不是短时间的试验就能测试出来的, 试制样机研发经过初步的台架试验对发动机进行完善后, 还需要对发动机在满负荷、长时间运行下的可靠性进行试验。

2 发动机台架试验连接方式

根据发动机动力输出方式的不同, 在发动机台架试验中分为硬连接和软连接两种试验方法。

2.1 硬连接

硬连接就是把发动机的飞轮经过连接盘、连接轴及缓冲胶直接与台架上的测功机相连接。硬连接的优点在于功率损失少, 试验所测得值更加接近发动机实际输出功率, 硬连接应用范围广, 几乎可以在所有发动机机型中应用;缺点在于不能真实反映出整车环境。2.2 软连接

软连接就是首先在发动机上连接变速器, 再在变速器的输出端通过连接轴和测功机连接, 这种连接方式只在后驱发动机台架试验中用到。软连接因为发动机和测功机之间加装

了变速箱, 变速箱在传递功率过程中不可避免的会造成能量的损失, 所以测功机测出的功率值比发动机实际的功率偏小。软连接有如下几个优点: (1) 软连接中由于有变速器, 变速器输出端的功率平稳, 减少了对测功机的冲击, 从而可以不用安装减震胶, 节约了成本。(2) 硬连接是在台架上单独安装悬挂系统对发动机进行试验, 而软连接可以直接用原车悬挂系统进行试验。

3 试验中常见问题分析

3.1 拉缸故障

(1) 发动机自动熄火。在对发动机长时间(600小时) 交变负荷可靠性试验时, 发动机出现了自动熄火现象, 且转动曲轴皮带轮在转动时发出异响。在拆机后发现, 其中一缸连杆严重扭曲, 头部破碎, 缸孔有明显的条状刮痕。经过对部件的尺寸测量及分析可知, 导致拉缸发动机熄火的原因是缸连杆与活塞销的中心线偏差较大, 发动机工作时活塞偏向缸孔导致了拉缸。

(2) 机油压力表数值很小。在进行(1000小时) 满负荷全速可靠性试验中, 机油压力表数值变得很小(0.05MPa以下) , 对其进行拆机检查后发现油标尺读书正常, 曲轴有严重的滞转, 连杆瓦内没有机油, 且有拉痕和烧焦, 油底壳沉积了大量粘稠物现象。

经拆机后检查相关部件可知, 造成机油压力表数值变得很小的原因在于发动机没有加装空气滤清器和机油滤清器, 满负荷全速工作下的发动机会因为缸内燃油燃烧不充分, 排出大量烟尘。这些烟尘又被发动机没经过滤直接吸入了缸体内, 时间长了就会在缸体内和机油融合变得粘稠, 从而发生沉积甚至附着在缸壁上, 从而导致了拉缸。

(3) 尾气温度及水温偏高、放水时断断续续。在发动机转速在4000转以上持续工作时, 排气温度偏高(680℃以上) , 尾气管出现大量白烟;水箱水温偏高(97℃以上) , 气泡不断涌出;发动机功率骤降, 随后熄火。拆机后进行检查, 在进气管中发现了水, 气缸垫片发生粘结, 缸体有窜气痕迹, 活塞顶有水气燃烧后的痕迹, 缸孔有刮痕。经对零部件测量分析后认为, 冷却水循环受阻导致缸体温度过高, 缸体不同部位温差大, 缸体变形。同时高温导致了机油的润滑性降低, 加剧了缸体的升温, 导致了缸体窜气, 进水, 拉缸。

3.2 水泵汽蚀现象

在高温下, 当水泵内部压力低于水的饱和蒸汽压力后, 水会快速汽化产生高温蒸汽, 这些蒸汽和水混合在一起流经水泵的高压区时, 水蒸气又会发生凝结现象, 在发动机中水冷系统中这种现象称为汽蚀现象。汽蚀现象会破坏水流的状态, 降低水泵扬程, 严重时会导致逆流或断流。同时还会对管道产生冲击与腐蚀, 日积月累管道会产生金属疲劳而断裂, 或是被腐蚀产生裂缝。

可在水箱上安装水箱盖来增加冷却系统内部的压力, 从而避免发生汽蚀现象。为了避免长时间高压下对管路接头、水堵等造成伤害, 可在水箱盖上安装原理类似高压锅的排气阀, 当压力过大时, 排气阀会自动开启, 压力不足时, 控制阀自动关闭。

3.3 故障防范、解决措施

(1) 气缸垫片采用金属石棉复合材质, 该类材质密封性及塑性好, 可减轻“冲床”情况的出现。

(2) 安装效率高、质量好的空气滤清器和机油滤清器, 防止尘土进入缸内。

(3) 对装机环境严格进行把关, 保证清洁度达到相关要求, 同时要严格按照相关技术规范及工艺流程进行组装。

(4) 发动机须按照相关规范进行磨合, 磨合后及时更换机油机滤。

(5) 及时更换空气及机油滤清器。

(6) 要添加合格的机油及冷却水, 并随时注意水温、水量、油温、油量, 发现异常立刻停机检查。

4 结语

发动机的台架试验可以说是发动机量产上市前的孕育所, 是一个及其复杂的系统工程, 试验的成败或是试验数据的准确与否关系到一款发动机的成败, 该项试验需要在有经验的专业人员经过高精度的、系统性的长时间试验, 两者缺一不可。

参考文献

[1]刘海军.汽车发动机工作机理及其故障诊断修理[M].北京:北京工业出版社, 2015.

[2]王志峰.内燃机设计手册[M].上海:上海科技技术出版社, 2014.

[3]刘昭阳.内燃机改进及新技术、新材料的应用[M].大连:大连机械出版社, 2015.