黃旭 陳楠 馬東元 張偉 許偉利

摘 要：發(fā)動機可靠性是評價汽車質(zhì)量與性能的一項關(guān)鍵指標。本文將某型號發(fā)動機設(shè)定在全速、全負荷的運行條件下，連續(xù)運轉(zhuǎn)500h，根據(jù)試驗結(jié)果分析其耐久性。另外還選擇發(fā)動機的缸套，將標準件與抽樣件進行摩擦磨損的對比試驗，根據(jù)試驗結(jié)果分析其耐磨損性能。綜合兩項試驗結(jié)果，對該型號發(fā)動機的可靠性有了基本了解。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機 可靠性評估 耐久性試驗 摩擦磨損試驗

Abstract：Engine reliability is a key index to evaluate vehicle quality and performance. In this paper， a certain type of engine is set to operate at full speed and full load for 500h. Its durability is analyzed according to the test results. In addition， the cylinder liner of the engine is selected， and the friction and wear comparison test are carried out between the standard parts and the sampling parts. The wear resistance is analyzed according to the test results. Based on the two test results， a basic understanding of the reliability of this type of engine is provided.

Key words：engine， reliability evaluation， durability test， friction and wear test

近幾年國產(chǎn)汽車發(fā)展迅速，但是由于起步晚、研發(fā)投入少等因素的限制，國產(chǎn)汽車的發(fā)動機仍然存在諸多瑕疵。以2020年為例，市場監(jiān)管總局收到汽車產(chǎn)品缺陷線索37377條，其中發(fā)動機缺陷10652條，占比28.5%，明顯高于車身缺陷、電氣設(shè)備缺陷。改進發(fā)動機的性能、降低發(fā)動機的故障，必須要進行可靠性設(shè)計、開展可靠性試驗。從試驗項目上來看，又包含了高加速壽命試驗（HALT）、環(huán)境應力篩選試驗（ESS）、可靠性強化試驗（RET）等多種。現(xiàn)選擇500h全速、全負荷耐久性試驗與發(fā)動機缸套摩擦磨損試驗展開分析。

1 基于試驗技術(shù)的發(fā)動機可靠性評估

1.1 試驗目的

該試驗選取國內(nèi)某車企某型號發(fā)動機作為研究對象，使該發(fā)動機處于全速、全負荷工況下連續(xù)運行500h。觀察該發(fā)動機在運行中和試驗結(jié)束時暴露出來的各類問題。并基于問題成因分析，為發(fā)動機的可靠性設(shè)計優(yōu)化提供一定的參考。

1.2 試驗條件

試驗場地選擇在某車企質(zhì)量部的1#試驗室，試驗材料為該車企自行研制的某型號發(fā)動機，試驗依據(jù)遵循《汽車發(fā)動機可靠性試驗方法》（GB/T19055-2003），該發(fā)動機的基本參數(shù)如表1所示。

1.3 試驗內(nèi)容

試驗開始前，技術(shù)人員對發(fā)動機的型號、試驗臺架和相關(guān)設(shè)備等進行一次復核，確定滿足試驗要求后開始試驗。首先啟動發(fā)動機，連續(xù)運行24h。期間調(diào)試并觀察試驗設(shè)備，確定基本工況良好。磨合期過后，將發(fā)動機調(diào)節(jié)至全速、全負荷工況，進行500h的耐久性試驗。期間注意觀察和記錄發(fā)動機性能變化情況，在試驗結(jié)束后檢測外部特性，并對發(fā)動機整體情況進行評價。完成外觀評價后，進行發(fā)動機拆解，進一步判斷其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、零件是否出現(xiàn)故障;若發(fā)現(xiàn)故障，則記錄發(fā)生故障的零件、位置、原因。外觀檢測和內(nèi)部故障的分析結(jié)束后，對本次試驗中發(fā)動機故障問題與性能表現(xiàn)進行總體評價，并基于可靠性評估提出相應的優(yōu)化建議。

為保證該項試驗順利完成、消除無關(guān)因素干擾，在試驗期間還要注意以下幾點：（1）使用正規(guī)機油，并將機油溫度維持在100-120℃之間;（2）使用冷卻水恒溫系統(tǒng)，并將冷卻水出口溫度維持在85-95℃之間;（3）使用標準燃油，并將燃油溫度維持在25-35℃之間;（4）按照30h/次的頻率定期進行保養(yǎng)，保養(yǎng)項目包括檢查機油、檢查氣門間隙等;按照60h/次的頻率測量曲軸箱壓力。

1.4 試驗結(jié)果

本次試驗中該發(fā)動機的功率曲線和燃油消耗比率曲線如圖1、圖2所示。

結(jié)合上述2圖可以發(fā)現(xiàn)，該發(fā)動機在試驗運行中，初試性能曲線與復試性能曲線比較貼近，說明在試驗前期與后期，發(fā)動機整體性能沒有明顯差異。但是對比發(fā)動機的原機性能與初試、復試性能曲線，可以發(fā)現(xiàn)存在比較顯著的差異。以圖2不同轉(zhuǎn)速下發(fā)動機燃油消耗比率變化曲線為例，當發(fā)動機轉(zhuǎn)速在1000-1200r/min時，以及1500-2000r/min時，原機性能曲線與復試性能曲線之間的差異較大。在1000r/min時，發(fā)動機燃油消耗比率的差距達到了20g/kw·h。這表明該發(fā)動機在設(shè)計與生產(chǎn)環(huán)節(jié)有瑕疵。在本次耐久性試驗中發(fā)現(xiàn)這一問題并成功解決，從而提高了發(fā)動機的可靠性。

2 基于試驗技術(shù)的發(fā)動機摩擦磨損試驗

2.1 試驗材料

選擇一個發(fā)動機套缸的標準件作為參照，另外從該發(fā)動機的六個缸套中隨機選中一個，作為對比。兩者同時進行相同內(nèi)容的摩擦磨損試驗。為消除誤差影響、提高試驗結(jié)果精度，對兩個套缸做以下處理：首先，使用工具將套缸表面磨平，得到光滑程度基本一致的表面。然后將其裁切成80×15×12的規(guī)整試塊，使其能夠剛好放入DTX-3型往復式摩擦磨損試驗機中。摩擦對偶全部采用該型號發(fā)動機標準配置的同一型號、同一批次的第一道活塞環(huán)和第二道活塞環(huán)。

2.2 試驗內(nèi)容

上述準備工作完畢后，開始進行摩擦磨損試驗。將準備好的2個試件放入試驗機中固定好，設(shè)定試驗機的運行參數(shù)，平均往復速度為105m/s，兩個活塞環(huán)的張力均設(shè)置為300N，兩個試件依次進行實驗，每次用時為8h。本次試驗中需要注意的內(nèi)容有：（1）在試件處理完畢后，需要用電子秤進行稱量，并分別記錄重量M1和M2。然后將試件放入設(shè)備中進行摩擦磨損處理，試驗完畢后使用同一臺電子秤進行第二次稱量，記錄數(shù)據(jù)M1和M2。計算試驗前后的差值，即為摩擦磨損量。（2）為消除試件自身攜帶雜質(zhì)對試驗結(jié)果的精度造成干擾，要求在試驗開始前對試件做清洗處理。將試件浸泡在石油醚中，使用超聲波清洗。持續(xù)10min，清洗完畢后使用清水沖洗并晾干。試驗結(jié)束后執(zhí)行同樣的清洗操作。

2.3 試驗結(jié)果

試驗完畢，記錄下2個套缸的磨損量，如表2所示。

結(jié)合表2，相比于第一道活塞環(huán)的摩擦磨損量，該發(fā)動機的套缸磨損量比標準套缸的磨損量少量5.1%;相比于第二道活塞環(huán)的摩擦磨損量，該值為2.2%。兩者均在允許范圍之內(nèi)，因此該發(fā)動機的摩擦磨損量符合標準，可靠性合格。

3 結(jié)語

開展發(fā)動機的可靠性評估與摩擦磨損試驗，能夠更加直觀地表示發(fā)動機的運行工況。如果發(fā)動機存在一些質(zhì)量瑕疵，通過滿負荷試驗也能及時發(fā)現(xiàn)問題所在，從而為可靠性設(shè)計優(yōu)化提供依據(jù)，在不斷的技術(shù)改良中，使發(fā)動機的整體性能更優(yōu)。

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