衛(wèi)飛，徐琳卓，秦奮，郝佳勝，易世雄

三缸發(fā)動(dòng)機(jī)分解摩擦功試驗(yàn)研究

衛(wèi)飛，徐琳卓，秦奮，郝佳勝，易世雄

（寧波吉利羅佑發(fā)動(dòng)機(jī)零部件有限公司，浙江 寧波 315336）

論文主要研究三缸發(fā)動(dòng)機(jī)分解摩擦功試驗(yàn)的測(cè)量方法，對(duì)三缸發(fā)動(dòng)機(jī)分解摩擦功的測(cè)量流程以及測(cè)量結(jié)果的有效性進(jìn)行分析對(duì)比，以此來達(dá)到分解摩擦功試驗(yàn)的試驗(yàn)?zāi)康?，為三缸發(fā)動(dòng)機(jī)的降摩擦節(jié)油設(shè)計(jì)提供有效方向；此次試驗(yàn)研究主要從電力測(cè)功機(jī)測(cè)量精度標(biāo)定、零部件摩擦損失功測(cè)量方式及注意事項(xiàng)等方面進(jìn)行研究分析并給出試驗(yàn)結(jié)果。

分解摩擦功；降摩擦；試驗(yàn)研究；電力測(cè)功機(jī)；測(cè)量精度標(biāo)定；測(cè)量方式

引言

隨著排放與油耗法規(guī)越來越嚴(yán)，降低油耗量已經(jīng)成為各發(fā)動(dòng)機(jī)主機(jī)廠發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)的重要工作[1]。降低發(fā)動(dòng)機(jī)各零部件的摩擦損失功是目前發(fā)動(dòng)機(jī)降低燃料消耗的主要手段之一，一般發(fā)動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)階段就定義了其整機(jī)與零部件的摩擦損失功范圍，所以，為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)與零部件的摩擦損失功和設(shè)計(jì)相符合，必須對(duì)設(shè)計(jì)樣機(jī)進(jìn)行分解摩擦功試驗(yàn)測(cè)試。

而發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)與零部件的摩擦損失功都比較小，所以對(duì)其測(cè)量精度要求較高，特別是一些附件摩擦損失功。為了準(zhǔn)確地測(cè)出發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)與零部件的摩擦損失功，本文以三缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)為試驗(yàn)對(duì)象，從發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)及零部件測(cè)試時(shí)的影響因素入手，分析研究影響整機(jī)與零部件摩擦損失功測(cè)量結(jié)果的變量，為得出精確的發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)與零部件的摩擦損失功結(jié)果提供試驗(yàn)測(cè)試方法與流程。

1 試驗(yàn)內(nèi)容

1.1 試驗(yàn)方法

本次摩擦損失功測(cè)量試驗(yàn)使用電力測(cè)功機(jī)，采用倒拖法[2][3]對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)及零部件的摩擦損失功進(jìn)行測(cè)量。而在倒拖法中，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的摩擦損失功的測(cè)量方法又主要分為兩種，加法與減法。

加法，即以發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)零部件（曲軸）的基礎(chǔ)上增減零部件進(jìn)行摩擦損失功的測(cè)量。

減法，即以發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)為基礎(chǔ)逐漸減少零部件進(jìn)行摩擦損失功的測(cè)量。

兩種方法的主要測(cè)試步驟及優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示，本次試驗(yàn)采用加法進(jìn)行摩擦損失功測(cè)量。

表1 分解摩擦功測(cè)試步驟及優(yōu)缺點(diǎn)

1.2 試驗(yàn)測(cè)量設(shè)備及工裝

1.2.1測(cè)量設(shè)備

（1）電力測(cè)功機(jī)：測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)倒拖摩擦功使用的設(shè)備。

（2）扭矩法蘭：因倒拖摩擦損失功的值較小，此次試驗(yàn)選用的扭矩法蘭為量程（0-100）N·m，精度≤0.1%FS。

（3）燃燒分析儀及缸壓傳感器：用于測(cè)量泵氣損失，在發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)測(cè)量時(shí)測(cè)得的倒拖功為整機(jī)摩擦損失功與泵氣損失功之和[4][5]，所以需要使用燃燒分析儀與缸壓傳感器測(cè)得泵氣損失功，從而得出整機(jī)的摩擦損失功。

（4）發(fā)動(dòng)機(jī)外置機(jī)油控制裝置：具備油溫控制、泵油及油壓可調(diào)功能。

1.2.2工裝

整機(jī)與零部件摩擦損失功測(cè)量所需工裝如表2所示。

1.3 電力測(cè)功機(jī)測(cè)量精度標(biāo)定

1.3.1標(biāo)定方法

電力測(cè)功機(jī)測(cè)量精度主要指兩次測(cè)量同狀態(tài)的零部件倒拖功的測(cè)量誤差，標(biāo)定方法為：

（1）測(cè)量倒拖功后，停機(jī)30s轉(zhuǎn)動(dòng)傳動(dòng)軸后重新測(cè)量；

（2）測(cè)量倒拖功后，停機(jī)12h后重新測(cè)量倒拖功；

（3）測(cè)量倒拖功后，發(fā)動(dòng)機(jī)重新上下臺(tái)架后測(cè)量倒拖功。

表2 曲軸摩擦損失功測(cè)量工裝

1.3.2結(jié)果

通過多次測(cè)量，并保持對(duì)中精度相同，對(duì)測(cè)功機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，最后得出測(cè)功機(jī)的測(cè)量誤差最大值為0.05N·m。

1.4 主要零部件摩擦損失功測(cè)量與注意事項(xiàng)

1.4.1曲軸

（1）測(cè)量

曲軸摩擦損失功測(cè)量時(shí)，由于拆除了活塞連桿機(jī)構(gòu)，從而改變了運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)平衡，所以需要制作專門的平衡重安裝曲軸的連桿頸上來保證曲軸的動(dòng)平衡[6]。平衡重的質(zhì)量、體積與形狀需要通過分析計(jì)算確定進(jìn)行制作，并在安裝時(shí)注意安裝角度的正確性以便保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。三缸發(fā)動(dòng)機(jī)平衡重的重量計(jì)算公式如公式1所示。本次試驗(yàn)的平衡重的簡(jiǎn)易圖如圖1所示。

式中：M為平衡重質(zhì)量；Mx為旋轉(zhuǎn)質(zhì)量；Mw為往復(fù)質(zhì)量。

另外，使用缸蓋封堵板代替缸蓋，使用主油道進(jìn)油工裝直接對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)主油道進(jìn)行供油，從油底殼回油到外置機(jī)油控制裝置。

圖1 平衡重運(yùn)行軌跡圖

（2）注意事項(xiàng)

曲軸摩擦損失功測(cè)量時(shí)，需要注意以下方面：

1）油壓，由于測(cè)量時(shí)油壓需要與整機(jī)帶機(jī)油泵時(shí)的油壓一致，需在試驗(yàn)測(cè)量時(shí)保證安裝平衡重位置的連桿頸油孔的卸油狀態(tài)，保證油壓能充分建立；

2）活塞冷卻噴嘴位置，由于無(wú)活塞、無(wú)缸蓋狀態(tài)，為了防止機(jī)油噴出缸外，活塞冷卻噴嘴可以加工成向下噴射狀態(tài)。

1.4.2高壓油泵、真空泵、水泵

（1）測(cè)量

高壓油泵、真空泵、水泵的摩擦損失功測(cè)量是在配氣正時(shí)機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上分別進(jìn)行的，主要是為了防止由于此三個(gè)零部件工作狀態(tài)不同而造成的測(cè)量誤差。

（2）注意事項(xiàng)

高壓油泵、真空泵、水泵摩擦損失功測(cè)量時(shí)需要注意以下事項(xiàng)：

1）VVT不上電，以此來保證VVT角度不同產(chǎn)生的誤差；

2）高壓油泵空載，不上電，供給低壓油，以此來保證測(cè)量時(shí)因?yàn)檐墘翰煌a(chǎn)生的誤差，且供給低壓油保證了高壓油泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不會(huì)差生高溫造成損壞；

3）真空泵空載（堵塞進(jìn)氣口），以此來保證無(wú)泵氣；

4）水泵測(cè)量時(shí)，直接拆除驅(qū)動(dòng)皮帶即可。

1.4.3機(jī)油泵

（1）測(cè)量

機(jī)油泵摩擦損失功測(cè)定時(shí)，安裝除機(jī)油泵外所有零部件進(jìn)行測(cè)量，為1狀態(tài)下拆除機(jī)油泵相同，且保證油壓與1狀態(tài)相同，那么機(jī)油泵的摩擦損失功即為1狀態(tài)下測(cè)得的倒拖功減去此狀態(tài)下測(cè)得的倒拖功。

表3 各零部件的機(jī)械損失功占比（%）（90℃）

（2）注意事項(xiàng)

必須保證發(fā)動(dòng)機(jī)所有零部件處于正常潤(rùn)滑狀態(tài)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

發(fā)動(dòng)機(jī)各零部件的機(jī)械損失功在機(jī)油溫度為90℃時(shí)的占比結(jié)果如表3所示，通過表中數(shù)據(jù)可以看出曲柄連桿機(jī)構(gòu)的摩擦損失功最高，占整機(jī)的40.97%-56.8%，隨著轉(zhuǎn)速的增加而增加。

通過加法得出的各零部件的摩擦損失功與整機(jī)測(cè)得的摩擦損失功差值占比如圖2所示，最大為2500r/min時(shí)為6.57%，整車常用工況2000r/min時(shí)為2.17%。此數(shù)據(jù)說明采用加法得出的各零部件的摩擦損失功與整機(jī)的摩擦損失功的符合性良好。

圖2 各零部件摩擦損失功之和與整機(jī)摩擦損失功的差值占比（%）

3 結(jié)論

（1）通過電力測(cè)功機(jī)標(biāo)定，是的發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)及各零部件的摩擦損失功的測(cè)量準(zhǔn)確度得到了保證，電力測(cè)功機(jī)的測(cè)量誤差在0.05N·m之內(nèi)。

（2）通過加法測(cè)量避免了多次重復(fù)使用燃燒分析儀與缸壓傳感器、同零部件多次測(cè)量帶來的測(cè)量誤差，使得各零部件的摩擦損失功與整機(jī)的摩擦損失功符合性良好，整車常用工況2000r/min時(shí)為2.17%。

[1] 劉磊,黃小兵.發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦功測(cè)試淺談,內(nèi)燃機(jī).2016(3):53-55.

[2] 王忠,歷寶錄,馬淋軍,柴油機(jī)整機(jī)與零部件機(jī)械損失的評(píng)價(jià)指標(biāo)及實(shí)驗(yàn)分析[J].中國(guó)機(jī)械工程,2006,17(2):2387-2390.

[3] Richardson D E,Review of power cylinder friction for diesel engines [J]. Journal of engineering for gas turbines and power, 2000, 122(4): 506-519.

[4] 倪計(jì)民.汽車內(nèi)燃機(jī)原理[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,1997.

[5] 周龍保.內(nèi)燃機(jī)學(xué)[M].2版,北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

[6] 袁兆成,內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

Experimental Study on Strip Down Friction of a Three-Cylinder Engine

Wei Fei, Xu Linzhuo, Qin Fen, Hao Jiasheng, Yi Shixiong

( Ningbo Geely Royal Engine Components Co., Ltd., Zhejiang Ningbo 315336 )

This paper mainly studies the measurement method of the strip down friction of the three cylinder engine, analyzes and compares the measurement process and the effectiveness of the measurement results of the strip down friction of the three cylinder engine, in order to achieve the test purpose of strip down friction, it provides an effective direction for the design of reducing friction and saving oil of three cylinder engine. This test research mainly from the electric dynamo -meter measurement accuracy calibration, parts friction loss of power measurement methods and precautions and other aspects of research and analysis and give the test results.

Strip down friction; Reducing friction; Experimental research; Electric dynamometer; Measurement accuracy calibration; Measurement method

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.03.037

U464.1

A

1671-7988(2021)03-122-03

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衛(wèi)飛（1983-），男，博士研究生，工程師，發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)開發(fā)主任工程師，就職于寧波吉利羅佑發(fā)動(dòng)機(jī)零部件有限公司，從事發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦磨損及發(fā)動(dòng)機(jī)耐久性試驗(yàn)方法開發(fā)方面的研究。