基于试验技术的发动机可靠性评估及摩擦磨损试验

黄旭 陈楠 马东元 张伟 许伟利

摘 要：发动机可靠性是评价汽车质量与性能的一项关键指标。本文将某型号发动机设定在全速、全负荷的运行条件下，连续运转500h，根据试验结果分析其耐久性。另外还选择发动机的缸套，将标准件与抽样件进行摩擦磨损的对比试验，根据试验结果分析其耐磨损性能。综合两项试验结果，对该型号发动机的可靠性有了基本了解。

关键词：发动机 可靠性评估 耐久性试验 摩擦磨损试验

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

近几年国产汽车发展迅速，但是由于起步晚、研发投入少等因素的限制，国产汽车的发动机仍然存在诸多瑕疵。以2020年为例，市场监管总局收到汽车产品缺陷线索37377条，其中发动机缺陷10652条，占比28.5%，明显高于车身缺陷、电气设备缺陷。改进发动机的性能、降低发动机的故障，必须要进行可靠性设计、开展可靠性试验。从试验项目上来看，又包含了高加速寿命试验（HALT）、环境应力筛选试验（ESS）、可靠性强化试验（RET）等多种。现选择500h全速、全负荷耐久性试验与发动机缸套摩擦磨损试验展开分析。

1 基于试验技术的发动机可靠性评估

1.1 试验目的

该试验选取国内某车企某型号发动机作为研究对象，使该发动机处于全速、全负荷工况下连续运行500h。观察该发动機在运行中和试验结束时暴露出来的各类问题。并基于问题成因分析，为发动机的可靠性设计优化提供一定的参考。

1.2 试验条件

试验场地选择在某车企质量部的1#试验室，试验材料为该车企自行研制的某型号发动机，试验依据遵循《汽车发动机可靠性试验方法》（GB/T19055-2003），该发动机的基本参数如表1所示。

1.3 试验内容

试验开始前，技术人员对发动机的型号、试验台架和相关设备等进行一次复核，确定满足试验要求后开始试验。首先启动发动机，连续运行24h。期间调试并观察试验设备，确定基本工况良好。磨合期过后，将发动机调节至全速、全负荷工况，进行500h的耐久性试验。期间注意观察和记录发动机性能变化情况，在试验结束后检测外部特性，并对发动机整体情况进行评价。完成外观评价后，进行发动机拆解，进一步判断其内部结构、零件是否出现故障;若发现故障，则记录发生故障的零件、位置、原因。外观检测和内部故障的分析结束后，对本次试验中发动机故障问题与性能表现进行总体评价，并基于可靠性评估提出相应的优化建议。

为保证该项试验顺利完成、消除无关因素干扰，在试验期间还要注意以下几点：（1）使用正规机油，并将机油温度维持在100-120℃之间;（2）使用冷却水恒温系统，并将冷却水出口温度维持在85-95℃之间;（3）使用标准燃油，并将燃油温度维持在25-35℃之间;（4）按照30h/次的频率定期进行保养，保养项目包括检查机油、检查气门间隙等;按照60h/次的频率测量曲轴箱压力。

1.4 试验结果

本次试验中该发动机的功率曲线和燃油消耗比率曲线如图1、图2所示。

结合上述2图可以发现，该发动机在试验运行中，初试性能曲线与复试性能曲线比较贴近，说明在试验前期与后期，发动机整体性能没有明显差异。但是对比发动机的原机性能与初试、复试性能曲线，可以发现存在比较显著的差异。以图2不同转速下发动机燃油消耗比率变化曲线为例，当发动机转速在1000-1200r/min时，以及1500-2000r/min时，原机性能曲线与复试性能曲线之间的差异较大。在1000r/min时，发动机燃油消耗比率的差距达到了20g/kw·h。这表明该发动机在设计与生产环节有瑕疵。在本次耐久性试验中发现这一问题并成功解决，从而提高了发动机的可靠性。

2 基于试验技术的发动机摩擦磨损试验

2.1 试验材料

选择一个发动机套缸的标准件作为参照，另外从该发动机的六个缸套中随机选中一个，作为对比。两者同时进行相同内容的摩擦磨损试验。为消除误差影响、提高试验结果精度，对两个套缸做以下处理：首先，使用工具将套缸表面磨平，得到光滑程度基本一致的表面。然后将其裁切成80×15×12的规整试块，使其能够刚好放入DTX-3型往复式摩擦磨损试验机中。摩擦对偶全部采用该型号发动机标准配置的同一型号、同一批次的第一道活塞环和第二道活塞环。

2.2 试验内容

上述准备工作完毕后，开始进行摩擦磨损试验。将准备好的2个试件放入试验机中固定好，设定试验机的运行参数，平均往复速度为105m/s，两个活塞环的张力均设置为300N，两个试件依次进行实验，每次用时为8h。本次试验中需要注意的内容有：（1）在试件处理完毕后，需要用电子秤进行称量，并分别记录重量M1和M2。然后将试件放入设备中进行摩擦磨损处理，试验完毕后使用同一台电子秤进行第二次称量，记录数据M1和M2。计算试验前后的差值，即为摩擦磨损量。（2）为消除试件自身携带杂质对试验结果的精度造成干扰，要求在试验开始前对试件做清洗处理。将试件浸泡在石油醚中，使用超声波清洗。持续10min，清洗完毕后使用清水冲洗并晾干。试验结束后执行同样的清洗操作。

2.3 试验结果

试验完毕，记录下2个套缸的磨损量，如表2所示。

结合表2，相比于第一道活塞环的摩擦磨损量，该发动机的套缸磨损量比标准套缸的磨损量少量5.1%;相比于第二道活塞环的摩擦磨损量，该值为2.2%。两者均在允许范围之内，因此该发动机的摩擦磨损量符合标准，可靠性合格。

3 结语

开展发动机的可靠性评估与摩擦磨损试验，能够更加直观地表示发动机的运行工况。如果发动机存在一些质量瑕疵，通过满负荷试验也能及时发现问题所在，从而为可靠性设计优化提供依据，在不断的技术改良中，使发动机的整体性能更优。

参考文献：

[1]金向明，高德平，赵艳云，等.基于可靠性增長预测模型的航空发动机可靠性评估[J].航空动力学报，2019（06）：1335-1339.

[2]袁忠大，符双学，王大伟.基于威布尔混合分布的航空发动机可靠性评估[J].航空计算技术，2015（05）：65-67.

[3]雷爱莲，宋萱仪，王爱香，等.用SRV试验机评价柴油机油摩擦磨损性能[J].润滑与密封，2020（02）：140-145.

[4]董玉光，吴高腾，曹光光，等.基于CAE技术的发动机管路系统可靠性分析研究[J].建筑机械（上半月），2020，000（002）：40-42.

[5]郑春芳，李腾腾，汪晓伟.基于发动机在环的重型车PEMS测试方法研究[J].汽车实用技术，2020，No.312（09）：197-200+206.