发动机台架试验 -可靠性试验.

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1、学生实验报告实验课程名称： 发动机试验技术 开课实验室： 内燃机实验室 2013 年 5月 29 日年级、专业、班级学号姓名成绩实验项目名称内燃机可靠性试验研究指导教师教师评语教师签名：年 月 日目 录1.实验目的2.实验内容 3.实验进度安排4.结论目录一、 试验目的二、 试验内容1. 试验依据2. 试验条件3. 试验仪器设备4. 试验样机5. 试验内容与方案（1）交变负荷试验（2）混合负荷试验（3）全速负荷试验（4）冷热冲击试验（5）活塞机械疲劳试验（6）活塞热疲劳试验三、 试验进度安排四、 试验结果的提供 摘要国外在可靠性试验方面己做了许多有益的研究工作，但到目前为止尚未形成统一的试验方

2、法，而且考虑到该试验的非普遍性及技术保密性，将来也不可能形成统一的试验规范。相对于热疲劳研究状况来讲，国内对机械疲劳的研究还比较少。 为适应发动机比功率和排放法规日益提高的苛刻要求，发动机面临着更高机械负荷和热负荷的严峻考验。国内高强化发动机最大爆发压力已超过22 Mpa。活塞的机械疲劳损伤主要体现在销孔、环岸等部位。活塞环岸、销座及燃烧室等部位由于在较高的工作温度下承受着高频冲击作用的爆发压力，润滑状况较差，摩擦磨损，其他破坏可靠性的腐蚀磨损(缸套一环换向区、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

3、花塞电极等)和穴蚀(水泵叶轮等)这些都是可靠性试验的主要目标，也是实施可靠性设计、试验研究的重点部位。众所周知，在内燃机整机上进行零部件可靠性试验成本昂贵。本文将参照原有的可靠性试验方法，通过看一些关于可靠性的零部件加速寿命实验技术制定一种评价内燃机可靠性的考核规范，包括活塞机械疲劳试验和活塞热疲劳试验，可迅速做出其可靠性恰当的评价，可以降低研发成本、缩短研发时间。一、试验目的1通过理解内燃机可靠性评估，评定发动机的可靠性。1.1了解评估的多种理论方法，如数学模型法、上下限法、相似设备法、蒙特卡洛法、故障分析( 包括故障模式影响分析和故障树分析) 等。并掌握故障分析法。1.2学会可靠性试验评估

4、，为进行可靠性设计奠定基础理论，为发动机及相关零部件提供测试、验证以及改进的技术支持。2掌握可靠性试验方法2.1掌握内燃机可靠性综合性试验及专项试验。综合性试验的考核对象是零件的可靠性、零件表面性状的变化和发动机性能的保持性；专项试验是超水温( 耐热性) 、超负荷、混合负荷、交变负荷循环、超爆发压力、超速等试验。二、试验内容1试验依据参考的试验标准：GB /T 19055-2003 汽车发动机可靠性试验方法GB /T 18297-2001 汽车发动机性能试验方法JB/T 5112-1999 中小功率柴油机产品可靠性考核2试验条件一般试验条件：2.1燃料及机油:采用制造厂所规定的牌号，柴油中不得

5、有消烟添加剂。2.2磨合:按制造厂规定的磨合规范进行。2.3冷却系温度:水冷机的冷却液的出口温度控制在361 K5K，必要时可减少温度允差。2.4机油温度:按制造厂的规定或控制在368 K5K，必要时可减少温度允差。2.5燃料温度:柴油温度控制在311 K5K;汽油温度控制在298 K5K。2.6排气背压:按制造厂的规定或低于6.7 k Pa。2.7发动机标准进气状态应按本标准进气状态，校正点燃机及压燃机油门全开时的实测有效功率、扭矩和压燃机实测燃料消耗率等。试验对仪表精度及测量部位的要求：2.8扭矩误差不超过所测发动机最大扭矩值的1%。2.9转速误差不超过所测值的0.5%。2.10燃料消耗量

6、误差不超过所测值的1%。2.11温度a) 冷却液温度:在靠近发动机冷却液出口及人口两处测量;误差不超过2K。b) 机油温度:在主油道、主油道的入口或有代表性部位测量;误差不超过2K 。c) 排气温度:传感器端头离发动机排气歧管出口或涡轮增压器出口50m m处测量，并位于排气连接管的中心，传感器逆气流方向插人;误差不超过15 K。d) 燃油温度:柴油温度在燃油喷射泵进口处测量;汽油温度在靠近化油器或喷油器的人口处测量。若有困难，可按制造厂推荐有代表性的部位。误差不超过2K。2.12压力a) 进气管真空度及绝对压力:真空度在进气歧管进口(即化油器下法兰)的下游30mm左右处测量，测压头与管内壁齐平

7、;进气管绝对压力按制造厂规定的位置测量，误差不超过0.15 kPa 。b) 进 气 连接管压降:在发动机进气口(即进气连接管、化油器、节气门体或空气滤清器的进气口)上游150mm左右处测量，测压头与管内壁齐平;误差不超过0. 05 kPa。c) 涡轮增压器的压气机进、出口压力:在压气机进、出口的管壁上有代表性的部位测量，测压头与管内壁齐平。进口压力测量误差不超过0. 1 kPa;出口压力测量误差不超过1 kPa。d) 排气背压:离发动机排气歧管出口或涡轮增压器出口下游75m m处，在排气连接管里测量，测压头与管内壁齐平;误差不超过0.2kPa。e) 机油压力:在润滑系的主油道上或按制造厂推荐有

8、代表性的部位测量;压力表精度1.5级。f) 气缸压缩压力:在火花塞孔或喷油器孔处测量，除测量的气缸外，其他各缸的火花塞或喷油器等均装好;压力表精度1.5级。g) 曲轴箱压力:在有代表性的部位测量，如加机油口、油标尺插人口等，误差不超过0.02 kPa。2.13点火、喷油及供油提前角:误差不超过士1曲轴转角。2.14进气温度沿发动机进气口(即进气连接管、化油器、节气门体或空气滤清器的进气口)的轴线，在进气口上游3060 mm处测量，若空气滤清器系周边进气结构，可在空气滤清器里面的中间位置测量;传感器不得受到热辐射，应采取措施进行热屏蔽;误差不超过士2K。2.15进气压力在试验室内不受阳光和热辐射

9、的部位测量;误差不超过0.1 k Pa。2.16进气湿度在试验室内不受阳光和热辐射的部位测量，采用抽风式干湿球温度计;温度误差不超过0.5 K 。2.17发动机空气消耗量误差不超过所测值的3%。2.18活塞漏气量误差不超过所测值的5%。2.19测量数据的条件测量数据时的发动机运行转速与选定转速相差应不超过1%或10r /min,待转速 、扭矩及排气温度稳定1min后，方可进行测量。转速、扭矩、燃料消耗量及进气温度尽量同时测量。测量燃料耗时间应不少于20 s, 取连续测量两次测量的平均值，前后两次的扭矩及燃料消耗值相差应小于2%。两次测量的时间间隔约1 min。2.20异常燃烧的避免点燃机在台架

10、可靠性试验全过程中，不应发生爆震、早嫩及过高燃烧室温度，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。3试验仪器设备试验仪器设备除了一些发动机试验台架普片具有的设备外还有AVL冷热冲击试验装置、活塞液力疲劳试验装置（型号：SHE-A5）、高频感应加速热疲劳试验台、数字超声探伤仪（型号:CTS-4020）。4试验样机试验发动机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。4100QBZL技术参数汽缸数4气缸排列形式直立排量3.298L最大输出功率81

11、KW最大扭矩285N.m最大扭矩转速20002200压缩比17:1额定转速3200r/min气缸行程105cm气缸缸径100cm5试验内容与方案（1） 交变负荷试验油门全开，从最大净扭矩的转速()均匀地升至最大净功率的转速(),历时1.5 min;在稳定运行3.5min;随后均匀地降至，历时1.5 min;在稳定运行3.5 min,重复上述交变工况，运行到25 min。油 门 关 闭.转速下降至怠速()运行到29.5 min;油门开大，无负荷，使转速均匀上升到105 额定转速(105%)或上升到发动机制造厂规定的最高转速，历时0.25 min0. 1 min;随即均匀地关小油门，使转速降至，历

12、时0.25 min0.1 min,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 。（2）混合负荷试验混合负荷试验规范见图2及表，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60 min，共1 000个循环，运行持续时间1 000 h。工况序号发动机转速负荷工况时间（min）1怠速052最大净扭矩的转速油门全开103最大净功率的转速油门全开404额定转速油门全开5（3）全速负荷试验转速：额定转速 负荷：油门全开 运行持续时间：1000h。（4）冷热冲击试验冷热冲击试验规范见图3及下表，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

13、的转换在15 s以内完成，均匀地改变转速及负荷。每循环历时6 min。不同最大总质量汽车用发动机运行持续时间(h)，汽车总质量不大于3500 kg的运行200（h）;汽车总质量大于3500 kg到12000 kg的为300h;汽车总质量大于12 000kg的运行500h. 工况顺序转速负荷冷却水出口温度K工况时间s1(热)最大净功率的转速油门全开升至378土2或385士22怠速0自然上升15300自然上升154（冷）最高怠速0降至311360-15-15a散热器盖在绝对压力150 kPa放气时，冷却水温升至378K 士2K，或按发动机制造厂的规定.b散热器盖在绝对压力190 kP。放气时，冷却

14、水温升至385 K士2 K或按发动机制造厂的规定。C 系 发 动机自行加热至规定出水温度所需的时间。（5）内燃机活塞机械疲劳试验活塞是可靠性实验研究的重点，它也是发动机最重要的部件之一。内燃机活塞的失效形式有高周疲劳失效、热负荷及机械负荷作用下的耦合应力超过材料的强度极限，使零件产生破坏、材料特性变化诱使部件失效、高温燃气的腐蚀作用促使活塞失效、高温蠕变影响活塞失效等。下图为活塞机械疲劳寿命评价流程图1.判断故障样件是否属于机械疲劳为主的破坏，确定主要影响因素*判断依据:a)经验:b)金相分析;c)计算模拟;d)同等载荷条件下试验，由试验损伤与实际损伤对比判断。2.测量发动机爆发压力，测量并计算活塞温度场、热机械应力3.根据活塞承受的负荷，设计并加工试验装置*等效试验:保证台架瞬态应力场与实际情况的同比性4.根据样件实际使用情况，制定疲劳试验规范*加载频率、载荷波形及幅值等5.液压疲劳试验或发动机耐久试验*原则:考核压力波动及减小情况。检查部件出现肉眼可见裂纹或出现贯穿性裂纹或着色裂纹6.对试验结果进行统计分析并修正*修正因素有:温度、材料裂纹扩展速度等7.利用试验寿命与实际寿命之间的关系及模拟计算，预测样件实际寿命*综合评价的资料来源:疲劳台架试验、计算仿真、实机测量试验、结构分析及实机故障分析等8.对该样件可靠性状况进行