汽车发动机附件轮系台架耐久性试验及结果分析

马东元 黄旭 陈楠 张伟 许伟利

摘 要：在汽车发动机的可靠性设计与试验中，侧重于活塞、曲轴等构件，而对于附件轮系的关注度相对较少。国内车企在发动机自主研发中，应增加关于附件轮系的试验研究，从而进一步提高发动机的整体质量。本文以附件轮系台架作为研究对象，首先概述了台架设备的基本组成和安装要点，随后开展了台架耐久性试验，在该试验中对发动机的动力性、经济性，以及NVH得分和附件皮带张力变化等内容进行了对比、分析。结果表明，发动机各项性能正常，NVH特性良好，附件皮带未出现明显磨损，12万公里内有满意的可靠度。

关键词：汽车发动机 附件轮系台架 耐久性试验 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

附件輪系是由多楔带、扭振减振器等多种零部件组成的复杂传动结构。由于结构组成复杂，任何一个部件出现故障，都有可能导致整个附件轮系的失效。在汽车发动机的各类故障中，因为附件轮系失效引起的故障占比较高。在发动机的设计与研发中，对于附件轮系开展耐久性试验，能够使该系统运行中存在的缺陷及时暴露出来，通过设计优化和改良制造，进一步提高发动机的整体可靠性。

1 汽车发动机附件轮系台架的布置

1.1 台架设备的基本组成

本次试验选择国内某车企的P型发动机。该发动机台架主要包括了AVL燃油温控系统、EME水温控制系统、台架测试系统等。现选择其中的台架测试系统对发动机附件轮系不同失效模式下的耐久性进行试验。

1.2 发动机台架的安装

在试验室内选择一处开阔、平整的地面，将一块带有减震弹簧的金属板平铺在地面上。将发动机专用支架放在金属板的中间位置，并采用螺丝固定的方式，穿过支架底部的预留螺孔固定到金属板上。试验所用飞轮和测试设备，使用带有减震功能的传动轴进行连接，可有效降低试验过程中因为飞轮高速转动产生的振动影响。进气系统和排气系统相互独立，并且连接完毕后测试进气阻力、出气阻力，保证标准工况下的阻力在允许范围内。为了实时掌握发动机水温变化，分别在发动机的进口处、出口处安装了微型温度传感器，通过计算温度差实时观测温度变化情况。按照同样的方式，在空滤的进出口处，安装了湿度传感器，用于实时观测湿度变化情况。

2 台架耐久性试验过程

为避免无关因素影响耐久性试验结果的精度，试验开始前对发动机的燃油、机油等做出如下要求：（1）燃油.使用97号（RON）汽油，整个试验中燃油温度维持在20-30℃之间;（2）机油。使用美孚SM5W-30机油，对温度无特殊要求;（3）冷却液。使用50%乙二醇+50%水配制成的冷却液，整个试验中冷却液温度维持在85-95℃之间。

在明确上述控制要求的基础上，开始附件轮系台架的耐久性试验，基本步骤为：首先，启动发动机，使其连续运行24h。磨合完毕，将机油、机滤倒入后，重新加入新的机油、机滤，然后开始全负荷试验。发动机转速从1000r/min开始，每增加500r/min记录一次试验数据，包括功率、燃油消耗比率等。整个试验中可得到9组数据，利用这些数据绘制发动机性能与转速变化的关系曲线。除此之外，该试验中还要跟踪观测影响附件轮系耐久性的关键指标。本次试验中共选择5项指标，分别是：（1）多楔带称重。分别在试验开始前、结束时各称重1次;（2）附件NVH主观评价。试验开始前1次，试验开始后分别在0h、100h、200h……600h各记录一次。（3）皮带静态张力。测量频率同上。（4）发动机工况的常规检查，试验开始后每隔50h进行1次。（5）发动机保养，试验开始后每隔100h进行1次。

3 台架耐久性试验结果

根据试验前后记录的发动机性能变化数据，对比结果如图1所示。

本次试验中主要从发动机的动力性和经济性两方面出发，分别选择了功率、燃油消耗比率与转速变化的对比。结合图1，在发动机转速从1000r/min提升至5000r/min的过程中，发动机初试性能和复试性能，都是随着转速增加而增加，线性关系明显。而燃油消耗比率与发动机转速之间为非线性关系。在4000r/min时燃油消耗比率最高，达到380g/kw·h。

另外，试验期间从0-600h，等间隔采取了7组数据，用于评价随着试验进行发动机附件系统的NVH（噪声、振动与声震粗糙度）特性评价，结果如表1所示。

根据表1，该发动机的附件轮系总体得分在7.9-9.4之间，怠速工况下平均得分8.8分，升速工况下平均得分8.7分。对比表1给出的评价标准，评价等级为“好”。

在本次试验中，用皮带张力测定仪，在发动机停机养护时测量附件皮带张力，变化情况如图2所示。

根据图2，从整体上来看附件皮带张力是随着发动机运行时间的增加而减小的。另外，对比试验前后附件皮带的重量变化，试验前为182.6g，试验后为181.1g，实际减量为原始质量0.82%，符合相关规定中“磨损量≤1%”的要求。

4 台架耐久性试验分析

在发动机满负荷运转600h后，各轴承的形状参数、加速系数等指标统计结果如表2所示。

根据表2，除了惰轮轴承在12万公里内可靠度稍差外，张紧轮轴承、水泵球轴承和水泵圆柱轴承在12万公里内的可靠度均超过了50%，达到了比较满意的效果。

5 结语

在汽车发动机的各项试验中，附件轮系的耐久性试验应当引起重视。在该试验中，通过评价NVH得分情况、附件皮带张力变化及磨损量变化情况，以及12万公里内附件轮系各轴承的可靠性，能够对附件轮系台架的整体耐久性作出准确评价，为延长其使用寿命和降低发动机运行中的附件轮系故障有积极帮助。

参考文献：

[1]许早龙，林圣镇，夏玉茗，等.基于共振频率的发动机附件台架耐久性试验研究[J].汽车科技，2017（06）：41-44.

[2]何鹏，田震，张浙波.一种用于涡桨发动机试车台架的设计[J].中国战略新兴产业，2020（10）：87-89.

[3]向華荣，谢飞，王万英.道路谱在车辆耐久性台架试验中的应用[J].重庆理工大学学报（自然科学版），2019（05）：40-46.

[4]李忠，罗剑坤.发动机台架耐久试验时间与车辆行驶里程转换方法研究[J].小型内燃机与车辆技术，2019，v.48;No.259（05）：43-45.

[5]邱国生.通过振动分析提高发动机测试台架运行效率[J].汽车与新动力，2019（5）.