0 引言

汽車的耐久可靠性是評價汽車質(zhì)量的重要參數(shù)之一，而驅(qū)動耐久試驗是一項專門針對引擎及驅(qū)動系(包含底盤)為主體的耐久信賴性確認(rèn)方法。主要驗證發(fā)動機、變速箱、驅(qū)動軸、排氣系統(tǒng)等驅(qū)動系統(tǒng)的匹配性、耐久可靠性及實用性。其中渦輪增壓器作為發(fā)動機的重要組成部件，其在提升發(fā)動機的動力性、燃油經(jīng)濟性等方面具有重要作用，在目前燃油汽車上得到了廣泛的應(yīng)用。因此，在國家倡導(dǎo)“高效、節(jié)能、減排”的大背景下，對增壓器故障問題的分析及解決顯得尤為重要。

伊比利亞黑豬生活在西班牙的叢林地帶，是人工培育出來的優(yōu)良品種。因為常被放養(yǎng)于山間林地，所以伊比利亞黑豬的習(xí)性更接近于野豬。

農(nóng)村產(chǎn)業(yè)融合是一場新的產(chǎn)業(yè)技術(shù)革命，是中國農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然選擇[1]。近年，東營市作為國家級現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)，農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展方式轉(zhuǎn)變迅速推進，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化集群初具規(guī)模，農(nóng)村一、二、三產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展。但是，一、二、三產(chǎn)業(yè)的融合發(fā)展遇到了許多問題和矛盾，亟需解決。加快東營市農(nóng)村一、二、三產(chǎn)業(yè)的融合發(fā)展勢在必行、刻不容緩。

1 驅(qū)動耐久試驗方法

該車為家用7座SUV車型，7速DCT自動擋，車重1850 kg，搭載1.8 T渦輪增壓發(fā)動機，其最大輸出功率為180 kW，最大輸出扭矩達(dá)290 N·m。首先將車輛加載到全載荷狀態(tài)，在高速環(huán)形道路上(北京通縣試驗場)進行全速全負(fù)荷工況驅(qū)動耐久試驗。具體操作流程為：第一步，將車輛從靜止?fàn)顟B(tài)掛入D檔，進行全油門加速，直至車速達(dá)到最高車速(175 km/h),將車輛維持在最高車速行駛10km，第二步，松油門滑行減速直至車輛停止，第三步，掛入R檔，進行全油門加速至最高轉(zhuǎn)速(R檔一般限制在2000rpm)維持30 s，滑行減速至車輛停止，此為單次循環(huán)。反復(fù)循環(huán)600次(60000+ km)。

2 問題描述

試驗進行至443循環(huán)時，出現(xiàn)渦輪增壓器超壓報警，未對渦輪增壓器進行更換，繼續(xù)進行直至試驗完成。經(jīng)過整車驅(qū)動耐久試驗后，渦輪增壓器功能失效。拆下渦輪增壓器，經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)增壓器拉桿卡滯，執(zhí)行器總成卡死，廢氣閥門搖臂軸和襯套卡死；增壓器渦殼出現(xiàn)3處貫穿裂紋(如圖1所示)。

3 問題原因分析

3.1 渦殼開裂原因分析

根據(jù)干涉式光纖陀螺在開環(huán)狀態(tài)下的方波相位調(diào)制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖3，分析光纖陀螺的輸出特性.在如圖2所示的順逆時針光束傳輸路徑情況下，若用表示在B處發(fā)生串?dāng)_輸出的一次環(huán)行波∥→A(∥)→R(⊥)→B(∥)→E(∥)→F(∥)→∥，那么，以此類推，5τ、6τ、7τ、8τ時隙CW的輸出光場強度表示為

同供應(yīng)商確認(rèn)，該型號渦輪增壓器已是量產(chǎn)狀態(tài)，在其他多個項目上已有量產(chǎn)實績，目前市場未反饋類似故障。拆解切割確認(rèn)開裂位置內(nèi)部無氣孔、縮松無異常，金相組織分析無異常。此外，在開發(fā)該渦輪增壓器時單品實施了3000個循環(huán)的冷熱沖擊試驗，結(jié)果無異常。發(fā)動機交變負(fù)荷試驗時渦輪增壓器有發(fā)生內(nèi)部裂紋。但據(jù)換比推算，此壽命相當(dāng)于用戶使用10年后才會陸續(xù)發(fā)生這些裂紋導(dǎo)致性能影響。因此，增壓器的結(jié)構(gòu)設(shè)計和生產(chǎn)工藝可滿足客戶實用性需求。

3)發(fā)動機排氣溫超標(biāo)：國六排放標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布后，針對汽車尾氣排放要求越來越嚴(yán)格，整車發(fā)動機標(biāo)定時必須要大幅度提升排氣溫度，以達(dá)到將污染物更高的燃燒，以此來滿足國家排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，同樣高溫也必然將導(dǎo)致相關(guān)零部件工作環(huán)境劣化。渦輪增壓器材料在高溫高壓工作環(huán)境下發(fā)生開裂，即工作環(huán)境溫度超過材料的極限耐溫

。

棲息在南美洲的一種禿鷲選擇用“崖葬”的方式送走同類。當(dāng)同伴死去，大家就將尸體撕成碎片，用利爪將這些碎片送到高山崖洞之中，放好之后在崖洞的上空不停地盤旋，以悼念死者。

所羅門群島地震（MW6.2）于2003年6月12日發(fā)生在太平洋地區(qū)的所羅門群島附近，震源深度185km。該地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造非常復(fù)雜（Mann and Taira，2004），而且我們沒有發(fā)現(xiàn)對于此事件的任何詳細(xì)論述的文章。因此，不能將我們的結(jié)果與以前的研究作比較。我們確定的震源橢球很細(xì)長，沿單一的主軸延長，表明破裂為單向擴展。平均破裂速度被認(rèn)為有3.2km／s的現(xiàn)實值（表2）。此外，因為它合理地高于零，我們可以認(rèn)為擴展是單邊的。剩余的二階矩參數(shù)匯總于表2和圖7所示。

3.2 廢氣旁通閥拉桿卡滯原因分析

因此在該案例中，廢氣旁通閥拉桿卡滯原因可能是由于在高溫高壓環(huán)境下增壓器襯套材料發(fā)生脫落，導(dǎo)致廢氣閥門搖臂軸和襯套卡死，使得執(zhí)行器卡死，最終導(dǎo)致增壓器功能失效。

渦輪增壓器廢氣旁通閥主要是控制增壓壓力。因為隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的提升，廢氣量越來越大，增壓器轉(zhuǎn)速越來越高，增壓壓力和增壓器內(nèi)部溫度也隨之升高。若增壓壓力超過極限閾值必然會導(dǎo)致增壓器損壞，所以在增壓壓力達(dá)到最大承受能力時就需要打開廢氣旁通閥，讓一部分廢氣從旁通閥直接進入排氣管，以此控制增壓壓力和增壓器內(nèi)部溫度，防止損壞增壓器等零部件

。

4 問題調(diào)查及評估

4.1 問題調(diào)查

4.1.1 渦殼開裂原因確認(rèn)

1)結(jié)構(gòu)設(shè)計：結(jié)構(gòu)設(shè)計方面不合理，如渦殼流道、過渡圓角、壁厚等設(shè)計不合理，均會影響渦殼強度

；

2)生產(chǎn)工藝：鑄造工藝對渦殼強度具有較大影響，常見的氣孔、縮松、熱結(jié)、金相組織等缺陷都會導(dǎo)致渦殼強度低、開裂等問題

；

BIF表示制造任務(wù)的基本屬性集合，包括任務(wù)名稱、標(biāo)識、內(nèi)容、任務(wù)發(fā)布者等信息，BIF=(MTName,MTFlag,MTIntro,MTCustomer)，其中：MTName表示制造任務(wù)名稱，MTFlag表示制造任務(wù)標(biāo)識，MTIntro表示制造任務(wù)內(nèi)容，MTCustomer表示制造任務(wù)發(fā)布者。

為了進一步確認(rèn)該增壓器故障是否可控，通過測溫線監(jiān)控排氣溫度。當(dāng)排氣溫度控制在相對較低范圍內(nèi)(860℃以下)，同樣在極限工況下運行，隨著時間的積累，增壓器性能衰退，排氣溫度也會逐步升高，但增壓器未發(fā)現(xiàn)裂紋，表明控制排氣溫度在材質(zhì)耐溫范圍之內(nèi)，增壓器不會出現(xiàn)開裂異常。

4.1.2 拉桿卡滯原因確認(rèn)

從整車運行的工況采集數(shù)據(jù)分析確認(rèn)，存在有發(fā)動機排氣溫超的情況(超過渦輪增壓器鑄鋼材質(zhì)極限耐溫950 ℃)。且經(jīng)過長時間極限工況運行后，渦輪增壓器也會存在一定的劣化，導(dǎo)致性能衰減，效率變低，增壓壓力減小，并且增壓器內(nèi)表面附著相關(guān)的汽油或機油成分；從發(fā)動機標(biāo)定的邏輯分析，此時若發(fā)動機還是需要輸出相同的扭矩，那么增壓器可能就需要更多的進氣量以及增壓器的轉(zhuǎn)速也提升，目的是保證增壓器的效率保持一致，那么增壓器內(nèi)部的溫度必須然也會升高，再加上增壓器內(nèi)表面存在相關(guān)的附著物發(fā)生燃燒，那么最終導(dǎo)致增壓器裂紋，甚至出現(xiàn)貫穿性裂紋。

根據(jù)前期開發(fā)發(fā)動機單品耐久性試驗—交變負(fù)荷試驗也出現(xiàn)過類似問題，分析確認(rèn)后得出原因在于發(fā)動機排溫過高導(dǎo)致。于是通過更換新的增壓器，控制發(fā)動機排溫在增壓器耐溫范圍內(nèi)，再進行試驗，試驗正常完成。以此得出發(fā)動機排溫高會引起渦輪增壓器襯套熱變形，導(dǎo)致執(zhí)行機構(gòu)卡死，最終導(dǎo)致增壓器失效。

根據(jù)以上狀況綜合分析，增壓器故障產(chǎn)生過程可描述為：發(fā)動機排氣超溫，試驗過程增壓器性能不斷劣化，當(dāng)試驗進行443循環(huán)時，增壓器此時已發(fā)生執(zhí)行機構(gòu)卡滯，出現(xiàn)增壓器超壓報警。即：高溫高壓→襯套材料脫落→廢氣閥門搖臂軸和襯套卡死→執(zhí)行器卡死；在后續(xù)20000 km的驅(qū)動耐久工況下，因廢棄旁通閥卡死在關(guān)閉狀態(tài)，導(dǎo)致渦輪增壓器內(nèi)部更高的壓力和溫度，進一步加重渦殼開裂直至出現(xiàn)貫穿裂紋。

4.2 問題評估

通常來說，零部件經(jīng)過長時間進行極限工況，都會出現(xiàn)相應(yīng)的故障問題。就比如產(chǎn)商內(nèi)部進行單品極限耐久試驗，交變/Pmax試驗都會存在增壓器內(nèi)部裂紋，而做城市工況耐久試驗的時候增壓器無裂紋。市場用戶通常情況不會長期長時間維持處于極限工況駕駛，增壓器出現(xiàn)故障的幾率較小。根據(jù)BMW對中國客戶駕駛習(xí)慣調(diào)查(如圖3所示)，大多數(shù)用戶都是低速低負(fù)荷工況使用整年，因此針對于增壓器出現(xiàn)失效的幾率小，屬于低風(fēng)險故障。

姜大爹還叫人把他的楠木棺材抬了來。那寶屋他藏了十幾年，一年一漆，他說要給二丫困?！斑@個女兒啊太可憐了，生冇享到福，臨了再不能虧了她啊。那東洋人冇把她當(dāng)人，我們可不能這樣，不把她當(dāng)人啊……”

同時根據(jù)渦輪增壓器廠商的熱應(yīng)力分析(如圖2中三個位置所示)，熱應(yīng)力受力點與試驗后渦殼發(fā)生的裂紋相吻合，懷疑渦殼開裂是因為發(fā)動機排氣高溫導(dǎo)致。此外，根據(jù)鑄鋼增壓器材質(zhì)耐溫極限(穩(wěn)態(tài)最高950 ℃，瞬態(tài)不超過980 ℃)，驅(qū)動耐久試驗過程中數(shù)據(jù)監(jiān)測確認(rèn)存在超溫的情況(超過950 ℃)，進一步證實排溫高是造成渦殼裂紋的原因。

5 問題對策

如4.2中問題評估所述，由于驅(qū)動耐久屬于極限工況試驗，客戶長期長時間維持使用到的概率極小，且渦輪增壓器已是量產(chǎn)狀態(tài)，并已在其他相關(guān)項目上使用，已經(jīng)經(jīng)過市場面驗證，目前未反饋有類似故障。因此，表明該試驗條件下的增壓器故障屬于低風(fēng)險故障。為進一步防患未然，我們也針對性的提出如下改善應(yīng)對策略：

通過Delphi檢查發(fā)動機標(biāo)定程序中的排溫保護限制，增加預(yù)估溫度保護措施來解決排溫高的問題，限制7檔最高車速至170 km/h以下。

6 對策驗證

通過采集整車運行參數(shù)再次確認(rèn)，當(dāng)?shù)缆否{駛車速控制近170 km/h時，發(fā)動機排溫正常，未超過排溫極限；而當(dāng)?shù)缆否{駛175 km/h時發(fā)生排溫超溫。

1)限速排溫保護

通過實驗表明超溫問題在175 km/h工況，采用如圖4所示標(biāo)定限扭，所有檔位最大車速限到170 km/h。該車速通過反復(fù)試驗測量排氣岐管溫度在930 ℃以下。

2)降七擋扭矩降低排溫

通過限制七檔扭矩，采用如圖5所示標(biāo)定限扭，主要限制7檔轉(zhuǎn)速3400 rpm以上扭矩，避免其他工況受影響，參考車速170 km/h工況，大概需要扭矩限制到250 N?m左右，這可能導(dǎo)致7檔最高車速低于175 km/h。

3)降扭排溫保護

采用如圖所示6所示排溫保護限扭標(biāo)，定空燃比11以下，1200K溫度以上采用降5%扭矩。高排溫下，降低整車動力。通過降排溫，保護渦輪增壓器。

7 結(jié)語

本文針對某車型在進行極限工況駕駛的驅(qū)動耐久試驗后，渦輪增壓器出現(xiàn)的渦殼裂紋、拉桿卡滯、渦輪增壓器失效等故障問題，通過故障理論分析、逐項進行排查、再結(jié)合熱應(yīng)力分析，最終將增壓器故障確定為發(fā)動機排溫高導(dǎo)致。再通過分析表明排氣高溫導(dǎo)致渦殼開裂，同時排溫高引起村套熱變形，導(dǎo)致執(zhí)行機構(gòu)卡死，并提出有效的保護應(yīng)對策略。試驗驗證表明，通過限速排溫保護、降七擋扭矩降低排溫和降扭排溫保護等對策可有效降低發(fā)動機排溫，從而實現(xiàn)對增壓器的保護。有效的解決了問題，使車型順利進入量產(chǎn)，同時也為今后在其他新車型開發(fā)過程中出現(xiàn)類似故障提供一定的參考依據(jù)。

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