馬東元 黃旭 陳楠 張偉 許偉利

摘 要：在汽車發(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，而對于附件輪系的關(guān)注度相對較少。國內(nèi)車企在發(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。本文以附件輪系臺架作為研究對象，首先概述了臺架設(shè)備的基本組成和安裝要點(diǎn)，隨后開展了臺架耐久性試驗(yàn)，在該試驗(yàn)中對發(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，12萬公里內(nèi)有滿意的可靠度。

關(guān)鍵詞：汽車發(fā)動(dòng)機(jī) 附件輪系臺架 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。在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的各類故障中，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，對于附件輪系開展耐久性試驗(yàn)，能夠使該系統(tǒng)運(yùn)行中存在的缺陷及時(shí)暴露出來，通過設(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 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)附件輪系臺架的布置

1.1 臺架設(shè)備的基本組成

本次試驗(yàn)選擇國內(nèi)某車企的P型發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)臺架主要包括了AVL燃油溫控系統(tǒng)、EME水溫控制系統(tǒng)、臺架測試系統(tǒng)等?，F(xiàn)選擇其中的臺架測試系統(tǒng)對發(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)臺架的安裝

在試驗(yàn)室內(nèi)選擇一處開闊、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，通過計(jì)算溫度差實(shí)時(shí)觀測溫度變化情況。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)觀測濕度變化情況。

2 臺架耐久性試驗(yàn)過程

為避免無關(guān)因素影響耐久性試驗(yàn)結(jié)果的精度，試驗(yàn)開始前對發(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（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，對溫度無特殊要求;（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，開始附件輪系臺架的耐久性試驗(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，然后開始全負(fù)荷試驗(yàn)。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速從1000r/min開始，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）多楔帶稱重。分別在試驗(yàn)開始前、結(jié)束時(shí)各稱重1次;（2）附件NVH主觀評價(jià)。試驗(yàn)開始前1次，試驗(yàn)開始后分別在0h、100h、200h……600h各記錄一次。（3）皮帶靜態(tài)張力。測量頻率同上。（4）發(fā)動(dòng)機(jī)工況的常規(guī)檢查，試驗(yàn)開始后每隔50h進(jìn)行1次。（5）發(fā)動(dòng)機(jī)保養(yǎng)，試驗(yàn)開始后每隔100h進(jìn)行1次。

3 臺架耐久性試驗(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)性兩方面出發(fā)，分別選擇了功率、燃油消耗比率與轉(zhuǎn)速變化的對比。結(jié)合圖1，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速從1000r/min提升至5000r/min的過程中，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。對比表1給出的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，評價(jià)等級為“好”。

在本次試驗(yàn)中，用皮帶張力測定儀，在發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)養(yǎng)護(hù)時(shí)測量附件皮帶張力，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 臺架耐久性試驗(yàn)分析

在發(fā)動(dòng)機(jī)滿負(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12萬公里內(nèi)的可靠度均超過了50%，達(dá)到了比較滿意的效果。

5 結(jié)語

在汽車發(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，通過評價(jià)NVH得分情況、附件皮帶張力變化及磨損量變化情況，以及12萬公里內(nèi)附件輪系各軸承的可靠性，能夠?qū)Ω郊喯蹬_架的整體耐久性作出準(zhǔn)確評價(jià)，為延長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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