汽车发动机可靠性试验方法-行业动态-汽车零部件温度冲击试验机-勤卓环境测试有限公司

汽车发动机可靠性试验方法

发布时间:2021-12-10    来源:勤卓环试    浏览次数:296次



发动机是汽车的的核心部分,其技术性能的好坏是决定汽车行驶性能的关键因素。而其中汽车发动机的可靠性是关系到主要技术性能“何时失效”的问题,这是汽车发动机至关重要的技术指标。通过汽车发动机可靠性试验论证评估当前汽车发动机的可靠性程度,确保汽车发动机在汽车制造与使用过程中的效能得到充分发挥,安全得到充分保障。


本文介绍汽车发动机在台架上整机的一般可靠性试验方法,其中包括负荷试验规范(如交变负荷、混合负荷和全速全负荷)、冷热冲击试验规范及可靠性评定方法。 


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汽车发动机可靠性试验方法



1  范 围


本标准规定了汽车发动机在台架上整机的一般可靠性试验方法,其中包括负荷试验规范(如交变负荷、混合负荷和全速全负荷)、冷热冲击试验规范及可靠性评定方法。


本标准适用于乘用车、商用车的水冷发动机,不适用于摩托车及拖拉机用发动机。该类发动机属往复式、转子式,不含自由活塞式。其中包括点燃机及压燃机;二冲程机及四冲程机;非增压机及增压机(机械增压及涡轮增压、水对空及空对空中冷);适用于燃用汽油、柴油、天然气、液化石油气和醇类等燃料的发动机。


新设计或重大改进的汽车发动机定型、转厂生产的发动机认证以及现生产的发动机质量检验均可按本标准规定的方法进行可靠性试验。


本标准还可作为发动机制造厂和汽车制造厂之间交往的技术依据。


2  规范性引用文件


下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。


GB/T 15089  机动车辆及挂车分类

GB/T 17754  摩擦学术语

GB/T 18297—2001  汽车发动机性能试验方法


3  术语和定义


GB/T 17754  和GB /T18297  确立的以及下列术语和定义适用于本标准。


3.1  气门下沉量valves ink age


气门与气门座的接触锥面在工作中磨蚀,气门沿其轴线方向陷入气门座的距离。


3.2  最大净功率转速speed of maximum net power


不高于额定转速的情况下,发动机带全套车用附件(见GB/T 18297—2001第7章)所输出的最大有效功率时的转速,符号为np。


3.3  最大净扭矩转速speed of maximum net torque


发动机带全套车用附件(见GB/T 18297-2001第7章)所输出的最大有效扭矩时的转速,符号为nM。


3.4  额定净功率rated net power


发动机带全套车用附件(见GB/T 18297-2001第7章),在额定转速下、全负荷时所输出的校正有效功率。


4  试验发动机


试验发动机2台(A发动机及B发动机)应符合发动机制造厂的技术条件,所有紧固件应拧紧至规定值,气门间隙调整至规定值,采用制造厂规定的润滑脂及密封胶。


5  试验一般要求


试验所用仪表精度、测量部位及试验数据的计算按GB/T 18297-2001第4章和第5章的规定。


6  对试验一般条件的控制


6.1  燃料


燃料牌号按发动机制造厂的规定。汽油温度控制在298K±5K;柴油温度控制在311K±5K;其他燃料温度控制按发动机制造厂的规定。


6.2  机油


机油牌号按发动机制造厂的规定。机油温度控制在363K到398K之间或按发动机制造厂的规定。


6.3  冷却液


采用软水(钙、镁含量均低于200mg/kg)或采用发动机制造厂规定的冷却液。冷却液温度控制在361K到383K之间或按发动机制造厂规定的温度;冷热冲击试验时,水温的控制按9.4表4的规定。


6.4  异常燃烧的避免


点燃机在台架可靠性试验全过程中,不应发生爆震、早燃及过高燃烧室温度,可按发动机制造厂的规定对火花塞热值、燃料辛烷值、点火提前角及混合气浓度进行适当调整,并在试验报告中注明。


7  试验时发动机所带附件及各系统的调整


7.1  进气系统


采用装车的标准进气系统。


7.2  排气系统


采用装车的标准排气系统或具有相等阻力(在额定功率工况下,与标准排气系统的背压相差不大于2kPa) 的试验室排气系统。


7.3  排放控制装置


除特殊规定外,均应安装并处于工作状态。


7.4  冷却系统


不装车用风扇,可用外加吹风机对发动机吹拂。节温器置定在全开的位置。冷却系统应密封,能建立起厂家规定的放气阀开启压力,压力超过时能自动放气。在试验中(尤其是冷热冲击试验),冷却水在水套里的流量及流向应与装车状态一致。


7.5  点火系统


点燃式发动机的点火提前角按发动机制造厂的规定。


7.6  燃料供给系统


采用试验室供给系统,即在装车的供给系统中增加燃料消耗量测量、燃料温控等装置,试验室供给系统需满足发动机制造厂的要求,如燃料压力、温度、流量、清洁度等。


压燃式发动机的供油提前角按发动机制造厂的规定。


7.7  发电系统


应安装装车的发电机、调压器及蓄电池(在充满电状态)等,并处于工作状态。


8  工作程序


本程序在2台发动机(A发动机、B发动机)上进行。


8.1  试前精密测量


a) A发动机测量曲轴轴颈/轴瓦、缸筒/活塞组、凸轮/挺杆/摇臂和气门/导管摩擦副的尺寸和间隙(确定磨损用);测量曲轴、凸轮轴止推间隙及齿隙;测量气门/气门座接触带宽和气门下沉量(试前为基准点)等;


b) B发动机测量缸垫自由状态厚度及尺寸、缸体上平面及缸盖下平面的平面度、排气歧管密封面的平面度和尺寸(确定变形用)等。


8.2  磨合


按发动机制造厂的规范磨合。发动机安装到台架后,第一次起动前,检查并清除整个进气系统内的尘埃及异物。在磨合初期及末期按10.4.1取机油油样和未使用过的机油油样一起进行分析。


8.3  性能初试


净功率、负荷特性、机械损失功率、活塞漏气量及机油消耗量试验按GB/T 18297-2001的8.3、8.4、8.7、8.10及8.9.3的规定进行。机油消耗量测量仅在额定转速全负荷下运行24h。


8.4  可靠性试验


按第9章的规定进行。


8.5  性能复试


重复8.3.


8.6  拆检


拆检A发动机和B发动机:


a) 检测紧固件(如螺栓、螺母等)拧紧力矩松动量。即拧松紧固件,再准确地拧回到原来的位置(事先应做好记号),此拧回力矩与试验前的拧紧力矩之差为松动量;

b) 对主要摩擦副的表面拍摄局部清晰照片。主要摩擦副有轴颈/轴瓦、缸筒(头环换向处)/活塞(裙部)/环、凸轮/挺杆/摇臂、气门/气门座等;

c) 拍摄断口的断面及裂纹的放大照片;

d) 拍摄活塞顶上、下表面、火花塞瓷体与电极、油嘴的照片;

e) 拍摄在油底壳、罩盖、缸盖上表面、活塞和凸轮等表面上的沉积物、油泥及漆膜的照片;

f) 拍摄密封件,如缸垫、进排气管垫、排气管及油封等窜漏的印迹。

其中d)、e)及f)所指零部件,拍照前不应清洗。


在每张照片下方均应附有说明。


8.7  试后精密测量


重复8.1。


精测后要妥善保管所有零部件,以备进一步检查和分析。


9  可靠性试验规范


按发动机装车类别进行可靠性试验,试验规范及运行持续时间见表1。


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9.1  交变负荷试验规范


交变负荷试验规范见图1.


油门全开。从最大净扭矩的转速(nM) 均匀地升至最大净功率的转速(np) , 历时1.5min;在np稳定运行3.5min;随后均匀地降至nM, 历时1.5min;在nM稳定运行3.5min。重复上述交变工况, 运行到25min。


油门关闭, 转速下降至怠速(ni) 运行到29.5min;油门开大, 无负荷, 使转速均匀上升到105%额定转速(105%nr) 或上升到发动机制造厂规定的最高转速, 历时0.25min±0.1min;随即均匀地关小油门, 使转速降至nM, 历时0.25min±0.1min。


至此完成了一个循环, 历时30min。运行800个循环, 运行持续时间400h。


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9.2  混合负荷试验规范


混合负荷试验规范见图2及表2, 不同工况间转换在1min内完成, 均匀地改变转速及负荷。每循环历时60min, 共1000个循环, 运行持续时间1000h。


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9.3  全速全负荷试验规范


全速全负荷试验规范见表3。


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9.4  冷热冲击试验规范


冷热冲击试验规范见图3及表4,表中工况1到2,2到3的转换在5s以内完成;工况3到4,4到1的转换在15s以内完成, 均匀地改变转速及负荷。每循环历时6min。不同最大总质量汽车用发动机运行持续时间(h)见表1。


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10  检查及维护


检查及维护按下列要求进行。随机型的差异,其内容及周期可作适当增减。检查的结果及维护情况应详细记录。


10.1  随时的检查


10.1.1  采用故障诊断器、仪表和计算机等随时检查运行数据,若超过限值范围,根据故障严重程度,发出警报或紧急停车,进行处理和维护。若属于发动机故障,则计为故障停车。记录停车的运行时间、原因及处理情况。


10.1.2  判断有无异常燃烧,如爆震及早燃等,若有应立即消除。


10.1.3  监听发动机运动件(如曲柄连杆机构和配气机构等)的运行异响,必要时采取措施。


10.2  每1h的检查


在1h内适时地记录校正最大净扭矩、校正最大净功率、额定净功率、点火提前角、燃料消耗量、机油压力及温度、进气管内压力及温度、排气温度、燃料温度、运行工况下全负荷活塞最大漏气量及运行持续时间(h),并画在以运行持续时间为横坐标的监督曲线上。还需适时记录发动机相应转速及进气状态等。


10.3  每24h的检查及维护


10.3.1  停机静置16min后, 用量杯加机油准确地至油标尺上限, 所加机油的重量用来计算该24h平均机油/燃料消耗比,并画在监督曲线上。机油消耗量的测定还可用其他方法。


10.3.2  检查发动机向内向外漏油、漏水和漏气情况。如排气管开裂、法兰连接处漏气、气缸垫密封失效引起的机油乳化、缸筒内进水和气体窜入冷却系内等。保持发动机及其周围的清洁,以便及时发现泄漏。


10.3.3  检查火花塞电极及瓷体,若有严重烧蚀及裂纹,换用冷一级的火花塞。


10.3.4  巡视发动机及试验设备,并检查紧固件、连接件及管路,尤其是软管。检查皮带张紧情况,必要时张紧。


10.3.5  检查所有液面高度。


10.4  每96h的检查及维护


10.4.1  使发动机怠速运行,从主油道取机油样,第一次放出的机油还回油底壳,再取一定数量的机油油样(不计入发动机机油消耗量)。油样取出后,关紧阀门。对油样进行分析,测定黏度、不溶解物百分数、总酸度、总碱度及金属元素含量、磨屑形貌等。


10.4.2  更换机油及机油滤芯。


10.5  每192h的检查及维护


10.5.1  测量气门间隙及气门下沉量(B发动机不测气门下沉量),并将其间隙调整至规定值。


10.5.2  测量起动机拖动时气缸压缩压力,找出缸压远低于各缸平均值的个别气缸。测量时置节气门于全开位置,并拆去所有气缸的火花塞或喷油器。


10.5.3  更换火花塞;检查喷油器开启压力、喷雾及滴漏等情况。


10.6  504h的检查及维护更换空气滤清器及燃油滤清器的滤芯。


10.7  可靠性试验终了检测


取机油油样,测量机油消耗量、气缸压缩压力、气门间隙及气门下沉量(例行检查与终了检测时间靠近时,可一并进行)。


11  试验结果的整理


11.1  运行时间的要求


依据发动机实际运行持续时间(h),运行过程中所更换的零部件及其时间(h),按附录A的A.1进行评定。


11.2  性能的稳定性


11.2.1  比较初试(按8.3)及复试(按8.5)性能曲线及主要参数。


11.2.2  绘制可靠性试验过程中,按10.2和10.3记录的校正最大净扭矩、校正最大净功率、额定净功率、运行工况下全负荷最大活塞漏气量、24h平均机油/燃料消耗比与运行持续时间(h)的关系曲线,分析可靠性试验性能变化趋势。


按A.2、A.3及A.4的限值进行评定。


11.3  零部件的损坏


记录故障停车、紧固件松动、密封失效、橡胶件老化、堵塞、变形、裂纹、断裂、零部件损坏发生的运行时间(h)及维护作业情况;提供损坏部位、裂纹、断口和窜漏印迹等照片;用精密测量数据分析变形量。


分别按A.5、A.6、A.7和A.8进行评定。


11.4  零部件磨损


11.4.1  依据机油油样分析结果,判断零部件磨损情况及机油品质。


11.4.2  整理精密测量数据,确定主要摩擦副[按8.6b)]的磨损量。


11.4.3  区分零部件磨损的形式,判定磨损的严重程度,提供磨损的照片,按A.9进行评定。


11.4.4  描述摩擦副表面接触情况并提供照片,按A.10进行评定。


11.5  零部件表面沉积物


描述零部件表面沉积物的状态并提供照片,按A.11进行评定。


12  试验报告


试验报告至少应包括:


a) 前言:说明试验任务的来源;

b) 目的;

c) 试验对象:试验发动机技术参数按GB/T18297-2001附录A“点燃机主要参数表”或附录B“压燃机主要参数表”的内容填写,并附加图形、照片及必要的说明;

d) 试验设备及仪表:应写明主要设备及仪表名称、厂家、型号、精度、标定日期及测量部位;

e) 试验条件、试验发动机所带附件及各系统的调整和试验程序:注明依据的试验标准及其编号,与标准不同之处,应加以说明;

f) 试验结果:对原始试验数据加以处理,尽可能用曲线表示,重要的数据可以列表;按第11章要求编写;

g) 结论:根据试验结果和评定,对该发动机可靠性作出通过、基本通过或不通过的结论;对基本通过的发动机,应提出改进和补充试验的建议;

h) 试验日期。


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附   录   A

(规范性附录)

汽车发动机可靠性评定方法


A.1  为使发动机可靠性有一致的评定基础,在没有重大的结构损坏的前提下,允许更换少量的零部件,运行持续时间(h)达到表1的规定,才进行评定。试验中更换的零部件未达到设计的寿命,则该零部件可靠性不合格。


A.2 在运行过程中,校正最大净扭矩、校正最大净功率及额定净功率下降不应超过初始值的5%。


A.3  额定转速、全负荷时机油/燃料消耗比不得超过0.3%。


A.4  四冲程发动机在全负荷时最大活塞漏气量(Bmax) 不得超过限值(BL) 。


BL = CVt = 0.6%VH (nr/2) rr (298/Tm)

式中:

C  ——系数(选定为0.6%);

V——四冲程发动机在标准状态下额定转速时的理论吸气量, 单位为升每小时(L/min) , 即充气系数ηv=1;

VH——发动机排量,单位为升(L);

nr ——额定转速, 单位为转每分钟(r/min) ;

rr  ——额定转速、全负荷时增压机的压比,即压气机出口的绝对压力p。与压气机进口绝对压力pi之比( rr=po/pi ),非增压机令rr=1;

Tm——进气歧管内进气温度单位为开[尔文](K),非增压机令Tm=298K。


A.5  发动机可靠性试验故障用首次故障时间、故障停车次数及故障平均间隔时间〔即运行持续时间(h)与故障次数之比]来评定。


A.6根据紧固件的拧紧力矩松动量,分析松动原因及对发动机可靠性和密封性的影响。


A.7发动机不得向内、向外漏油或漏水;空气不得渗入发动机负压系统。发动机内不得有燃气窜入油道或水道、油水混合等。主要评定缸垫、进排气管垫、排气管、油封等零部件的密封性。


A.8  对零部件裂纹或断裂的评定


A.8.1  零部件裂纹或断裂的严重程度按表A.1分类。


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A.8.2  分析零部件裂纹或断裂的原因


由机械交变应力引起的疲劳裂纹或断裂,主要发生在连杆、曲轴、缸体、油底壳、齿轮、支架及高压油管等零部件上;由燃烧或摩擦产生的热疲劳裂纹或断裂,主要发生在缸盖、活塞、喷嘴、排气歧管及增压器等零部件上。


A.9  摩擦表面的评定


A.9.1  主要摩擦副(按8.6b)〕的表面一般磨损、粘着磨损及磨料磨损的严重程度,按表A.2、表A.3和表A.4分类。


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A.9.2  按GB/T17754区分发动机零部件出现的其他磨损形式,如腐蚀磨损(缸套-环换向区、排气门/排气门座锥面等)、疲劳磨损(挺杆、轴瓦、齿轮表面等)、微动磨蚀(轴瓦钢背、飞轮压紧处、飞轮壳压紧处、湿缸套止口处等)、电蚀(火花塞电极等)和穴蚀(水泵叶轮等)。


A.10  摩擦副接触状态的评定


主要摩擦副[按8.6b)]的接触带应在正常位置,接触面积大小恰当,不得有断带现象。


A.11  零部件表面沉积物的评定


A.11.1  按表A.5对活塞环槽和环表面的沉积物进行分类。


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A.11.2  分析油底壳、罩盖、缸盖上表面、活塞、进气门和凸轮等表面上的沉积物、油泥及漆膜,评定油料品质和零部件工作状态的关系。


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