馬東元 黃旭 陳楠 張偉 許偉利

摘 要：在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性設(shè)計(jì)與試驗(yàn)中，側(cè)重于活塞、曲軸等構(gòu)件，而對(duì)于附件輪系的關(guān)注度相對(duì)較少。國(guó)內(nèi)車(chē)企在發(fā)動(dòng)機(jī)自主研發(fā)中，應(yīng)增加關(guān)于附件輪系的試驗(yàn)研究，從而進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)的整體質(zhì)量。本文以附件輪系臺(tái)架作為研究對(duì)象，首先概述了臺(tái)架設(shè)備的基本組成和安裝要點(diǎn)，隨后開(kāi)展了臺(tái)架耐久性試驗(yàn)，在該試驗(yàn)中對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性，以及NVH得分和附件皮帶張力變化等內(nèi)容進(jìn)行了對(duì)比、分析。結(jié)果表明，發(fā)動(dòng)機(jī)各項(xiàng)性能正常，NVH特性良好，附件皮帶未出現(xiàn)明顯磨損，12萬(wàn)公里內(nèi)有滿(mǎn)意的可靠度。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī) 附件輪系臺(tái)架 耐久性試驗(yàn) NVH特性

Abstract：In the reliability design and test of automobile engine， components such as piston and crankshaft are focused on， but less attention is paid to accessory gear train. In the independent research and development of the engine， domestic car enterprises should increase the experimental research on the accessory gear train， so as to further improve the overall quality of the engine. Taking the accessory gear train bench as the research object， this paper first summarizes the basic composition and installation points of the bench equipment， and then carries out the bench durability test. In this test， the power and economy of the engine， NVH score and the change of accessory belt tension are compared and analyzed. The results show that the engine has normal performance， good NVH characteristics， no obvious wear of accessory belt， and satisfactory reliability within 120000 km.

Key words：automobile engine， accessory gear train bench， durability test， NVH characteristics

附件輪系是由多楔帶、扭振減振器等多種零部件組成的復(fù)雜傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。由于結(jié)構(gòu)組成復(fù)雜，任何一個(gè)部件出現(xiàn)故障，都有可能導(dǎo)致整個(gè)附件輪系的失效。在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的各類(lèi)故障中，因?yàn)楦郊喯凳б鸬墓收险急容^高。在發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)與研發(fā)中，對(duì)于附件輪系開(kāi)展耐久性試驗(yàn)，能夠使該系統(tǒng)運(yùn)行中存在的缺陷及時(shí)暴露出來(lái)，通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化和改良制造，進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)的整體可靠性。

1 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)附件輪系臺(tái)架的布置

1.1 臺(tái)架設(shè)備的基本組成

本次試驗(yàn)選擇國(guó)內(nèi)某車(chē)企的P型發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架主要包括了AVL燃油溫控系統(tǒng)、EME水溫控制系統(tǒng)、臺(tái)架測(cè)試系統(tǒng)等?，F(xiàn)選擇其中的臺(tái)架測(cè)試系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)附件輪系不同失效模式下的耐久性進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架的安裝

在試驗(yàn)室內(nèi)選擇一處開(kāi)闊、平整的地面，將一塊帶有減震彈簧的金屬板平鋪在地面上。將發(fā)動(dòng)機(jī)專(zhuān)用支架放在金屬板的中間位置，并采用螺絲固定的方式，穿過(guò)支架底部的預(yù)留螺孔固定到金屬板上。試驗(yàn)所用飛輪和測(cè)試設(shè)備，使用帶有減震功能的傳動(dòng)軸進(jìn)行連接，可有效降低試驗(yàn)過(guò)程中因?yàn)轱w輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)影響。進(jìn)氣系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)相互獨(dú)立，并且連接完畢后測(cè)試進(jìn)氣阻力、出氣阻力，保證標(biāo)準(zhǔn)工況下的阻力在允許范圍內(nèi)。為了實(shí)時(shí)掌握發(fā)動(dòng)機(jī)水溫變化，分別在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)口處、出口處安裝了微型溫度傳感器，通過(guò)計(jì)算溫度差實(shí)時(shí)觀測(cè)溫度變化情況。按照同樣的方式，在空濾的進(jìn)出口處，安裝了濕度傳感器，用于實(shí)時(shí)觀測(cè)濕度變化情況。

2 臺(tái)架耐久性試驗(yàn)過(guò)程

為避免無(wú)關(guān)因素影響耐久性試驗(yàn)結(jié)果的精度，試驗(yàn)開(kāi)始前對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油、機(jī)油等做出如下要求：（1）燃油.使用97號(hào)（RON）汽油，整個(gè)試驗(yàn)中燃油溫度維持在20-30℃之間;（2）機(jī)油。使用美孚SM5W-30機(jī)油，對(duì)溫度無(wú)特殊要求;（3）冷卻液。使用50%乙二醇+50%水配制成的冷卻液，整個(gè)試驗(yàn)中冷卻液溫度維持在85-95℃之間。

在明確上述控制要求的基礎(chǔ)上，開(kāi)始附件輪系臺(tái)架的耐久性試驗(yàn)，基本步驟為：首先，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，使其連續(xù)運(yùn)行24h。磨合完畢，將機(jī)油、機(jī)濾倒入后，重新加入新的機(jī)油、機(jī)濾，然后開(kāi)始全負(fù)荷試驗(yàn)。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)?000r/min開(kāi)始，每增加500r/min記錄一次試驗(yàn)數(shù)據(jù)，包括功率、燃油消耗比率等。整個(gè)試驗(yàn)中可得到9組數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)繪制發(fā)動(dòng)機(jī)性能與轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系曲線。除此之外，該試驗(yàn)中還要跟蹤觀測(cè)影響附件輪系耐久性的關(guān)鍵指標(biāo)。本次試驗(yàn)中共選擇5項(xiàng)指標(biāo)，分別是：（1）多楔帶稱(chēng)重。分別在試驗(yàn)開(kāi)始前、結(jié)束時(shí)各稱(chēng)重1次;（2）附件NVH主觀評(píng)價(jià)。試驗(yàn)開(kāi)始前1次，試驗(yàn)開(kāi)始后分別在0h、100h、200h……600h各記錄一次。（3）皮帶靜態(tài)張力。測(cè)量頻率同上。（4）發(fā)動(dòng)機(jī)工況的常規(guī)檢查，試驗(yàn)開(kāi)始后每隔50h進(jìn)行1次。（5）發(fā)動(dòng)機(jī)保養(yǎng)，試驗(yàn)開(kāi)始后每隔100h進(jìn)行1次。

3 臺(tái)架耐久性試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)試驗(yàn)前后記錄的發(fā)動(dòng)機(jī)性能變化數(shù)據(jù)，對(duì)比結(jié)果如圖1所示。

本次試驗(yàn)中主要從發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性?xún)煞矫娉霭l(fā)，分別選擇了功率、燃油消耗比率與轉(zhuǎn)速變化的對(duì)比。結(jié)合圖1，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)?000r/min提升至5000r/min的過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)初試性能和復(fù)試性能，都是隨著轉(zhuǎn)速增加而增加，線性關(guān)系明顯。而燃油消耗比率與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速之間為非線性關(guān)系。在4000r/min時(shí)燃油消耗比率最高，達(dá)到380g/kw·h。

另外，試驗(yàn)期間從0-600h，等間隔采取了7組數(shù)據(jù)，用于評(píng)價(jià)隨著試驗(yàn)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)附件系統(tǒng)的NVH（噪聲、振動(dòng)與聲震粗糙度）特性評(píng)價(jià)，結(jié)果如表1所示。

根據(jù)表1，該發(fā)動(dòng)機(jī)的附件輪系總體得分在7.9-9.4之間，怠速工況下平均得分8.8分，升速工況下平均得分8.7分。對(duì)比表1給出的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)等級(jí)為“好”。

在本次試驗(yàn)中，用皮帶張力測(cè)定儀，在發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)養(yǎng)護(hù)時(shí)測(cè)量附件皮帶張力，變化情況如圖2所示。

根據(jù)圖2，從整體上來(lái)看附件皮帶張力是隨著發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間的增加而減小的。另外，對(duì)比試驗(yàn)前后附件皮帶的重量變化，試驗(yàn)前為182.6g，試驗(yàn)后為181.1g，實(shí)際減量為原始質(zhì)量0.82%，符合相關(guān)規(guī)定中“磨損量≤1%”的要求。

4 臺(tái)架耐久性試驗(yàn)分析

在發(fā)動(dòng)機(jī)滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)600h后，各軸承的形狀參數(shù)、加速系數(shù)等指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。

根據(jù)表2，除了惰輪軸承在12萬(wàn)公里內(nèi)可靠度稍差外，張緊輪軸承、水泵球軸承和水泵圓柱軸承在12萬(wàn)公里內(nèi)的可靠度均超過(guò)了50%，達(dá)到了比較滿(mǎn)意的效果。

5 結(jié)語(yǔ)

在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)試驗(yàn)中，附件輪系的耐久性試驗(yàn)應(yīng)當(dāng)引起重視。在該試驗(yàn)中，通過(guò)評(píng)價(jià)NVH得分情況、附件皮帶張力變化及磨損量變化情況，以及12萬(wàn)公里內(nèi)附件輪系各軸承的可靠性，能夠?qū)Ω郊喯蹬_(tái)架的整體耐久性作出準(zhǔn)確評(píng)價(jià)，為延長(zhǎng)其使用壽命和降低發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中的附件輪系故障有積極幫助。

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