發(fā)動(dòng)機(jī)磨合試驗(yàn)研究

耿　杰，王新建

（天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)汽車(chē)與交通學(xué)院，天津300222）

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發(fā)動(dòng)機(jī)磨合試驗(yàn)研究

耿杰，王新建

（天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)汽車(chē)與交通學(xué)院，天津300222）

摘要：針對(duì)新發(fā)動(dòng)機(jī)磨合后的性能無(wú)法從整車(chē)上直觀確定這一問(wèn)題，對(duì)磨合效果進(jìn)行了研究。根據(jù)某廠家設(shè)計(jì)的磨合規(guī)范，對(duì)一臺(tái)新的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行磨合試驗(yàn)及萬(wàn)有性能測(cè)試；采用DEWE軟件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)比測(cè)試結(jié)果和設(shè)計(jì)值的差距，并依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可能出現(xiàn)的原因，調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)參數(shù)，排查故障，使其性能符合設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：磨合；動(dòng)力性；發(fā)動(dòng)機(jī)

新生產(chǎn)或大修后的發(fā)動(dòng)機(jī)各零部件由于加工水平和設(shè)備精度所限，總會(huì)留下表面缺陷和幾何形狀誤差，經(jīng)過(guò)磨合后才能達(dá)到最佳狀態(tài)[1]。發(fā)動(dòng)機(jī)磨合的目的主要是消除相對(duì)滑動(dòng)表面（活塞環(huán)與氣缸、軸瓦與軸、油泵和油嘴偶合面）在機(jī)械加工中產(chǎn)生的微觀不平度，使其達(dá)到最優(yōu)配合狀態(tài)，最大程度上減小摩擦系數(shù)，以減少咬合傾向[2]。本文根據(jù)國(guó)標(biāo)要求，對(duì)某型號(hào)新發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行多輪磨合和性能測(cè)試，利用DEWE軟件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)比測(cè)試結(jié)果和設(shè)計(jì)值的差距并分析原因，重新標(biāo)定發(fā)動(dòng)機(jī)ECU參數(shù)，排查相關(guān)故障，使其性能符合設(shè)計(jì)要求。

1　發(fā)動(dòng)機(jī)磨合方案及設(shè)備組成

發(fā)動(dòng)機(jī)磨合有2種，冷磨合和熱磨合[3-5]。本試驗(yàn)采用冷磨合進(jìn)行研究，冷磨合是將新出廠的、部分組裝好的或檢修裝配好的發(fā)動(dòng)機(jī)由測(cè)功機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)行，磨合氣缸、活塞、活塞環(huán)、曲軸軸頸、軸承等部件，通過(guò)選擇合適的轉(zhuǎn)速，從低到高進(jìn)行幾個(gè)階段的冷磨合。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，將試驗(yàn)室的試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣恒定在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)，即溫度為25℃±2℃、濕度為65%±5%、氣壓為100 kPa±100 Pa（略高于室外大氣壓力50～70 mmH2O）[6]。發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架設(shè)備組成主要包括測(cè)量控制系統(tǒng)（測(cè)功機(jī)和控制器部分）、輔助系統(tǒng)（燃料供給、冷卻系統(tǒng)、排風(fēng)系統(tǒng)和潤(rùn)滑系統(tǒng)）、主體支撐部分等。其中所需試驗(yàn)項(xiàng)目包括活塞漏氣量、凈功率、萬(wàn)有特性等項(xiàng)目。

2　磨合試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析

磨合試驗(yàn)嚴(yán)格按照廠家要求進(jìn)行，發(fā)動(dòng)機(jī)磨合要求如表1所示。磨合試驗(yàn)共20 h，分為4個(gè)循環(huán)，每個(gè)循環(huán)要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牡偷礁?，依次按照不同時(shí)間進(jìn)行磨合。磨合結(jié)束后更換發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油，通過(guò)外特性試驗(yàn)，檢驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)磨合后的動(dòng)力性是否符合設(shè)計(jì)要求。

表1　發(fā)動(dòng)機(jī)磨合規(guī)范

2.1初次磨合結(jié)果分析

對(duì)外特性試驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在最高轉(zhuǎn)速6 000 r/min時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)最大凈功率為57.8 kW，排氣溫度最大為791℃，功率超出誤差范圍（設(shè)計(jì)值為65kW±65× 5% kW），與設(shè)計(jì)要求不符。

因此，試驗(yàn)后依次檢查機(jī)器的進(jìn)排氣系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、過(guò)量空氣系數(shù)和供油系統(tǒng)。經(jīng)以上步驟初步判斷，造成樣品功率轉(zhuǎn)矩偏低的原因?yàn)榛旌蜌膺^(guò)濃。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步檢查，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有試驗(yàn)系統(tǒng)供油壓力為3.5 kPa且不可調(diào)，而電噴系統(tǒng)要求燃油噴射壓力為3.24 kPa。噴油器的標(biāo)定噴油脈寬沒(méi)有改變，但噴油泵泵出的燃油壓力過(guò)大，單位噴油脈寬的實(shí)際噴油量大于正常噴油壓力的噴油量，因而過(guò)大的燃油噴射壓力使實(shí)際噴油量大于標(biāo)定值的噴油量；加之燃油自學(xué)習(xí)修正可能未有效修正，相同節(jié)氣門(mén)開(kāi)度下的進(jìn)氣溫度和壓力未發(fā)生改變，從而造成混和氣濃度偏大。

2.2油壓調(diào)整及數(shù)據(jù)分析

針對(duì)以上問(wèn)題，在試驗(yàn)中改用電裝系統(tǒng)原配供油系統(tǒng)進(jìn)行供油。經(jīng)測(cè)量，供油壓力由3.5 kPa下降為3.3 kPa。經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試，最大功率沒(méi)有明顯變化，過(guò)量空氣系數(shù)為0.74。測(cè)試時(shí)曾發(fā)生因油泵停轉(zhuǎn)導(dǎo)致油壓不足引起的過(guò)稀燃燒（過(guò)量空氣系數(shù)為0.15～0.2），油壓調(diào)整前后外特性對(duì)比數(shù)據(jù)如圖1所示。

由圖1可知，功率扭矩?cái)?shù)值變化趨勢(shì)相同，但數(shù)值有所降低，且在6 000 r/min全負(fù)荷工況下λ= 0.69，即與改變供油系統(tǒng)之前相比，混和氣更濃，這表明燃油自學(xué)習(xí)修正功能工作正常。因油壓過(guò)低導(dǎo)致混和氣過(guò)稀燃燒，在閉環(huán)控制下ECU根據(jù)前氧傳感器的反饋信號(hào)自動(dòng)改變（延長(zhǎng)）噴油脈寬；在迅速排除故障后立即進(jìn)行外特性試驗(yàn)，ECU未能在短時(shí)間的閉環(huán)運(yùn)行下及時(shí)更正自學(xué)習(xí)系數(shù)，而立刻進(jìn)入開(kāi)環(huán)控制模式，使用不合適的自學(xué)習(xí)值進(jìn)行噴油修正，從而導(dǎo)致混和氣更濃。在該次測(cè)量后，同樣條件下使發(fā)動(dòng)機(jī)在閉環(huán)控制下運(yùn)行足夠長(zhǎng)時(shí)間，并讓發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行6 000 r/min全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，在閉環(huán)控制下（發(fā)動(dòng)機(jī)部分負(fù)荷）λ數(shù)值恢復(fù)正常為0.73，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)功率依然較低為60 kW。綜上可知，發(fā)動(dòng)機(jī)功率偏低以及混合氣過(guò)濃并非油壓偏高引起。

圖1　油壓調(diào)整前后外特性對(duì)比

2.3活塞漏氣量驗(yàn)證

更換ECU后進(jìn)行試驗(yàn)，樣品的功率轉(zhuǎn)矩?zé)o明顯變化，排除ECU的原因。在對(duì)機(jī)器進(jìn)行檢察時(shí)發(fā)現(xiàn)，進(jìn)氣道靠近曲軸箱通風(fēng)孔處有微量油污。將進(jìn)氣道上的曲軸箱通風(fēng)管拔除后進(jìn)行外特性試驗(yàn)，樣品的功率轉(zhuǎn)矩有一定幅度的上升，功率和扭矩最大值分別為Pmax= 62.0 kW和Nmax= 118.0 N·m；在轉(zhuǎn)速為6 000 r/min時(shí)，λ= 0.758，與原數(shù)據(jù)相比有一定的改善。無(wú)曲軸箱通風(fēng)外特性如圖2所示。檢查活塞漏氣量正常，無(wú)曲軸箱通風(fēng)漏氣量情況如圖3所示。

圖2　無(wú)曲軸箱通風(fēng)外特性

2.4性能一致性驗(yàn)證

綜合上述分析，初步判定樣品有輕度燒機(jī)油的狀況，影響發(fā)動(dòng)機(jī)功率。同時(shí)由于發(fā)動(dòng)機(jī)尚未量產(chǎn)，因此其一致性無(wú)法保證。在其他試驗(yàn)過(guò)程中也曾經(jīng)出現(xiàn)個(gè)別樣品功率轉(zhuǎn)矩偏低的情況，因此決定更換樣機(jī)，繼續(xù)進(jìn)行磨合試驗(yàn)。

圖3　無(wú)曲軸箱通風(fēng)漏氣量

此次試驗(yàn)共完成5輪磨合。第1輪磨合后性能無(wú)法達(dá)到要求，故未記錄第1輪磨合后的外特性曲線。之后4輪試驗(yàn)中，第4輪和第5輪磨合后為凈功率外特性曲線，其余均為總功率外特性曲線。各外特性曲線最大功率及最大扭矩均出現(xiàn)在5 600 r/min及4 000 r/min，且各曲線變化趨勢(shì)一致，數(shù)值差距較小。與第1臺(tái)樣機(jī)外特性曲線相比可知，2臺(tái)樣機(jī)的外特性曲線變化趨勢(shì)一致，數(shù)值差距較小，2臺(tái)樣機(jī)具有較好的一致性。

2.5燃燒數(shù)據(jù)分析

將燃燒分析儀接入試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行外特性試驗(yàn)，得到其最大功率為62.31 kW（5 600 r/min）、最大扭矩為118.07 N（4 000 r/min）。為方便分析，選取1 200、1 600、3 600、4 000、5 600、6 000共6個(gè)轉(zhuǎn)速的外特性點(diǎn)，利用燃燒分析儀讀取其示功圖，如圖4所示（一缸部分轉(zhuǎn)速）。各轉(zhuǎn)速下一缸最大爆發(fā)壓力及對(duì)應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角如圖5所示（一缸）。

圖4　調(diào)整前示功（一缸部分轉(zhuǎn)速）

圖5　一缸最大爆發(fā)壓力及其發(fā)生時(shí)刻

由圖4可知，各轉(zhuǎn)速下壓力曲線上升趨勢(shì)在接近上止點(diǎn)處有明顯的遲滯出現(xiàn)，在低轉(zhuǎn)速（1 200 r/min、1 600 r/min、2 000 r/min）示功圖上甚至有雙峰出現(xiàn)。隨著轉(zhuǎn)速的升高，這種遲滯趨勢(shì)有所緩解，但是遲滯現(xiàn)象貫穿于整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍。

由圖5可知，在各轉(zhuǎn)速下，最大爆發(fā)壓力對(duì)應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角最大值為上止點(diǎn)后33.2°（1 200 r/min）、最小值為上止點(diǎn)后18°（4800r/min），而合理的范圍為12°～15°。樣機(jī)燃燒過(guò)程起燃時(shí)刻太晚，造成最大爆發(fā)壓力時(shí)刻滯后，大量燃料在活塞的下行過(guò)程中燃燒放熱，導(dǎo)致燃燒熱效率低，勢(shì)必造成功率和扭矩等性能指標(biāo)的降低。

2.6點(diǎn)火角調(diào)整及相關(guān)數(shù)據(jù)分析

至此可以初步判定樣機(jī)的功率、扭矩過(guò)低與缸內(nèi)燃燒過(guò)程不理想有直接關(guān)系。為驗(yàn)證這一點(diǎn)，通過(guò)改變轉(zhuǎn)速傳感器的安裝位置，人為將點(diǎn)火提前角提前大約9°，然后再次進(jìn)行外特性試驗(yàn)，得到樣機(jī)外特性曲線與原外特性曲線對(duì)比圖，如圖6所示。

圖6　外特性曲線對(duì)比

由圖6可知，點(diǎn)火提前之后外特性曲線變化趨勢(shì)沒(méi)有變化，但是整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)功率、扭矩?cái)?shù)值均有所增大，尤其是中低轉(zhuǎn)速扭矩，增大效果尤其明顯。

依次對(duì)比點(diǎn)火角調(diào)整前后各轉(zhuǎn)速的缸內(nèi)燃燒壓力，本文選取幾個(gè)具有代表性的轉(zhuǎn)速，包括經(jīng)濟(jì)油耗點(diǎn)轉(zhuǎn)速2 000 r/min、扭矩最高點(diǎn)轉(zhuǎn)速4 400 r/min、功率最高點(diǎn)轉(zhuǎn)速5 600 r/min等，幾個(gè)轉(zhuǎn)速下的一缸示功圖如圖7所示。從圖7可以看出，點(diǎn)火角調(diào)整后的最大缸壓高于同工況下調(diào)整前的最大缸壓，說(shuō)明點(diǎn)火角度調(diào)整符合發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出提升的要求。提前點(diǎn)火之后，缸壓曲線在接近上止點(diǎn)時(shí)的遲滯現(xiàn)象有所改善，具體表現(xiàn)為低轉(zhuǎn)速時(shí)曲線已無(wú)雙峰出現(xiàn)，高轉(zhuǎn)速缸壓曲線的遲滯現(xiàn)象已不明顯。

點(diǎn)火角調(diào)整前后各轉(zhuǎn)速下一缸最大爆發(fā)壓力及對(duì)應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角如圖8所示。從圖8對(duì)比可以看出，點(diǎn)火提前后，各轉(zhuǎn)速下最大缸壓均有明顯提升，且最大爆發(fā)壓力到達(dá)時(shí)刻也有所改善，尤其是中高轉(zhuǎn)速范圍，最大爆發(fā)壓力時(shí)刻均在12°～15°的合理范圍內(nèi)。說(shuō)明提前點(diǎn)火對(duì)改善缸內(nèi)燃燒過(guò)程有明顯作用，也證實(shí)了樣機(jī)在原點(diǎn)火角下功率扭矩偏小與缸內(nèi)燃燒過(guò)程不合理有直接關(guān)系。

圖7　幾個(gè)轉(zhuǎn)速下的一缸示功圖對(duì)比

圖8　點(diǎn)火角調(diào)整前后一缸最大爆發(fā)壓力及其發(fā)生時(shí)刻對(duì)比

2.7缸內(nèi)爆燃傾向分析

考慮到點(diǎn)火時(shí)刻提前可能會(huì)使爆燃傾向增大，有必要研究點(diǎn)火提前后缸內(nèi)壓力升高率的變化情況。選取幾個(gè)典型的轉(zhuǎn)速點(diǎn)，測(cè)量點(diǎn)火提前后缸內(nèi)壓力升高率曲線，調(diào)整點(diǎn)火角后的一缸壓力升高率如圖9所示。

圖9　調(diào)整點(diǎn)火角后的一缸壓力升高率

從幾個(gè)轉(zhuǎn)速下的壓力升高率曲線可以看出，中低轉(zhuǎn)速下壓力升高率在接近上止點(diǎn)時(shí)有明顯的先上升后下降的變化過(guò)程，這與中低轉(zhuǎn)速示功圖的雙峰現(xiàn)象相吻合；在高轉(zhuǎn)速范圍，壓力升高率曲線在上止點(diǎn)后有波動(dòng)的現(xiàn)象出現(xiàn)，這種現(xiàn)象在5 200 r/min時(shí)尤其明顯，出現(xiàn)波動(dòng)的曲軸轉(zhuǎn)角范圍為上止點(diǎn)后20°～70°。

5 200r/min時(shí)的示功圖如圖10所示，相同轉(zhuǎn)速下示功圖的相應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角范圍并無(wú)明顯的壓力波動(dòng)。點(diǎn)火提前后發(fā)動(dòng)機(jī)在中高轉(zhuǎn)速有輕微的爆震現(xiàn)象，但爆震在缸壓方面的表現(xiàn)并不明顯，且爆震致使發(fā)動(dòng)機(jī)不能正常工作的情況并未出現(xiàn)。

圖10　5 200 r/min示功圖

3　結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)廠家推薦的磨合規(guī)范，對(duì)新發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行磨合，并針對(duì)磨合效果進(jìn)行各種性能測(cè)試；對(duì)比性能測(cè)試結(jié)果和設(shè)計(jì)值的差距，分析可能出現(xiàn)的原因，調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)參數(shù)并排查故障，使其性能符合設(shè)計(jì)要求目標(biāo)。通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行磨合，可以發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)在研發(fā)中的各種問(wèn)題，并有針對(duì)性地解決，避免在產(chǎn)品發(fā)布后發(fā)生規(guī)模性大批量召回現(xiàn)象，繼而有預(yù)見(jiàn)性地降低隱形成本。

參考文獻(xiàn)：

［1］姜大海，王虎，安相璧，等.車(chē)用再制造發(fā)動(dòng)機(jī)驗(yàn)收檢驗(yàn)臺(tái)架磨合規(guī)范試驗(yàn)研究[J].裝甲兵工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2011（1）：83.

［2］趙清旭，王敬戀，謝亮，等.大功率發(fā)動(dòng)機(jī)磨合規(guī)范淺談[J].柴油機(jī)，2015（2）：36.

［3］劉延振.汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的維修[M].北京：人民交通出版社，1990.

［4］蒙留記.發(fā)動(dòng)機(jī)大修后的裝配技術(shù)與冷磨熱試[J].汽車(chē)維護(hù)與保養(yǎng)，2002（9）：41-43.

［5］魏忠海.發(fā)動(dòng)機(jī)磨合試驗(yàn)及其設(shè)備[J].農(nóng)機(jī)維修，1994（6）：23-24.

［6］全國(guó)汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB/T18297-2001《汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)方法》[S].北京：國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，2001.

Research on engine running-in test

GENG Jie，WANG Xin-jian
（School of Automobile and Transportation，Tianjin University of Technology and Education，Tianjin 300222，China）

Abstract：As to the problem that performance of new engine cannot be determined after running-in，the effect of universal performance testing is made.According to the design specification of running in a factory and on a new engine for running test，and the DEWE software of engine combustion data are analyzed，and the comparison is made about the test results and design values; on the basis of experimental data，the possible reasons are analyzed，the whole engine related parameters are adjusted and the investigation fault is excluded，so that its performance can meet the design requirements.

Key words：running-in；power；combustion

作者簡(jiǎn)介：耿杰（1982—），男，助理實(shí)驗(yàn)師，碩士，研究方向?yàn)槠?chē)節(jié)能與排放技術(shù).

基金項(xiàng)目：天津市高等學(xué)校科技發(fā)展基金計(jì)劃項(xiàng)目（20140917）；天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)科研發(fā)展基金項(xiàng)目（KJ14-06）.

收稿日期：2015-09-18

中圖分類(lèi)號(hào)：U467.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095 - 0926（2016）01 - 0049 - 05