1.引 言
發(fā)動機抱死一直是汽車發(fā)動機常見卻又難以根本解決的問題，困擾著全球范圍內(nèi)的汽車發(fā)動機工程師。產(chǎn)生抱死的根本原因有很多，比如零件尺寸配合異常、發(fā)動機潤滑系統(tǒng)異常等，但是抱死的直接原因是發(fā)動機曲軸和瓦片的異常磨損。這種異常磨損會直接影響發(fā)動機的扭矩，因此，對發(fā)動機扭矩的監(jiān)控變得尤為重要。發(fā)動機冷試技術(shù)，以其優(yōu)越的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和質(zhì)量控制效益，已經(jīng)逐步成為汽車發(fā)動機裝配終檢測試工藝的重要部分，被各大發(fā)動機廠廣泛應(yīng)用。隨著發(fā)動機冷試技術(shù)的不斷進步，發(fā)動機抱死現(xiàn)象可在冷試中被發(fā)現(xiàn)并有效監(jiān)控。
2.發(fā)動機冷試測試概述
2.1 冷試的定義和程序
冷試是在發(fā)動機不點火的狀態(tài)下，通過設(shè)備電機倒拖發(fā)動機曲軸旋轉(zhuǎn)，利用冷試設(shè)備和發(fā)動機自身的傳感器采集測試信號并進行波形處理，然后對比波形曲線和設(shè)定窗口，并自動判定發(fā)動機是否合格的測試工藝。圖 1 為冷試設(shè)備的主體硬件結(jié)構(gòu)。在冷試過程中，主要包括 8 個測試步驟，圖 2 表示時間和發(fā)動機轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。
A．發(fā)動機電器檢測階段(0r / min):主要測試發(fā)動機傳感器的通電情況。
B．發(fā)動機怠速測試 ( 60r / min): 主要測試發(fā)動機起始扭矩。
C．可變氣門升程測試(400r / min):對氣門升程可變系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)測試。
D．發(fā)動機傳感器測試 ( 1000r / min): 主要測試機油壓力、燃油壓力和真空壓力。
E．可變氣門正時測試 (1200r / min): 主要測試發(fā)動機可變氣門正時的調(diào)節(jié)。
F．發(fā)動機機械測試(120r / min):主要測試發(fā)動機進氣壓力、扭矩和排氣壓力。
G．增壓壓力測試 ( 3000r / min): 主要測試發(fā)動機增壓器。H． 測試結(jié)束階段(0r / min):適配器回位;冷試設(shè)備使用真空抽出汽油管內(nèi)汽油。
2.2 發(fā)動機扭矩的測試
發(fā)動機扭矩是發(fā)動機加速能力的具體指標，表示活塞在氣缸內(nèi)進行一次往復(fù)運動所做的功。因此，扭矩是影響發(fā)動機性能的重要技術(shù)參數(shù)，也是冷試檢測的重點項目。在冷試過程中，扭矩的測試主要在 B、D、F 和 G 等 4 個階段，其目的是模擬發(fā)動機在不同工況下的扭矩狀態(tài)(起始扭矩、一般怠速扭矩、低轉(zhuǎn)速和高轉(zhuǎn)速扭矩)。
B 階段:轉(zhuǎn)速 60r / min，主要測試發(fā)動機冷試的起始扭矩。在該階段，發(fā)動機轉(zhuǎn)動 2 圈。如果發(fā)動機輪系和軸承系統(tǒng)出現(xiàn)異常摩擦(如存在雜質(zhì)或者軸承面有異常高點或劃傷)，會導(dǎo)致起始扭矩的異常。
D 階段:轉(zhuǎn)速 1000r / min，該階段是發(fā)動機完成起始轉(zhuǎn)動后的運轉(zhuǎn)階段，相當(dāng)于整車的怠速狀態(tài)。在這個階段，主要測試可變氣門正時調(diào)節(jié)前和調(diào)解后的扭矩、進氣和排氣壓力。
F 階段:轉(zhuǎn)速 120r / min，該階段是冷試獨有的低轉(zhuǎn)速階段。對于進氣壓力、扭矩和排氣壓力的變化十分敏感，可以有效監(jiān)控發(fā)動機瓦片或軸承座的異常磨損和進排氣系統(tǒng)的泄漏。
G 階段:轉(zhuǎn)速 3000r / min，該階段主要用于增壓壓力測試，可以監(jiān)控高轉(zhuǎn)速下扭矩的狀態(tài)。圖 3 所示為發(fā)動機冷試的扭矩波形曲線。在冷試過程中，將 Y 軸的正向定義為活塞壓縮行程，而 Y軸負向定義為活塞做功行程。因此，對于直列四缸發(fā)動機，分別有 4 個壓縮行程和做功行程，分別是波峰 1 至波峰 4，以及波谷 5 至波谷 8。
在發(fā)動機的做功行程中，扭矩波形曲線與扭矩為零的直線交點，稱之為扭矩零點，如圖 4 所示。同一型號的不同發(fā)動機，由于曲軸和軸瓦之間的摩擦力存在差異，導(dǎo)致扭矩曲線的斜率不同。因此，扭矩零點的位置也隨之發(fā)生變化。綜上所述，一臺發(fā)動機的扭矩零點位置可以反映這臺發(fā)動機曲軸和軸瓦之間的摩擦力的大小，即曲軸和軸瓦之間是否存在異常摩擦。
3. 測試方案
本試驗基于 JW Froechlich 冷試設(shè)備。對同一型號的 10921 臺發(fā)動機進行扭矩和扭矩零點測試。通過對扭矩零點測試結(jié)果進行高斯分布計算，選取處于高斯分布邊緣的發(fā)動機進行拆檢。確認曲軸和軸瓦之間是否存在異常磨損。
4. 試驗結(jié)果與分析
圖 5 所示為 10921 臺發(fā)動機的扭矩曲線疊加圖。以發(fā)動機三缸為例，上述 10921 臺發(fā)動機的扭矩零 點 的 高 斯 分 布 圖 如 圖 6 所 示，其 平 均 值 為194. 17°，± 3σ 為［193． 48° ～ 194． 87°］。圖 7 展示的是三缸轉(zhuǎn)矩零點的真實曲線分布狀態(tài)。選取大小極值的 6 臺發(fā)動機作為拆解對象，對其三缸的連桿瓦片狀態(tài)進行拆解確認。這 6 臺發(fā)動機的扭矩零點如表 1 所示。
拆解后，三缸瓦片狀態(tài)如圖 8 所示，1、2 和 3 號發(fā)動機 的 三 缸 瓦 片 有 劃 傷，其 劃 傷 寬 度 分 別 是1. 196mm、1. 183mm 和 0. 480mm;而 4、5 和 6 號發(fā)動機拆解后瓦片沒有劃傷。因此，發(fā)動機三缸的轉(zhuǎn)矩零點監(jiān)控窗口為:［193° ～ 194. 7°］。使用相同方法對其他 3 個缸進行試驗:一缸［13° ～ 14． 7°］;二缸［553° ～ 554. 7°］;四缸［373° ～ 374. 7°］。采用冷試扭矩零點的方法，對發(fā)動機曲軸和軸瓦異常磨損進行研究，可以得出:扭矩曲線的斜率可以反映發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)動的摩擦狀態(tài)，斜率越小，摩擦越大。
5 .結(jié) 論
采用冷試扭矩零點的方法，對發(fā)動機曲軸和軸瓦異常磨損進行研究，可以得出以下結(jié)論：
(1)扭矩曲線的斜率可以反映發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)動過程中的摩擦狀態(tài)。
(2)扭矩曲線斜率越小，則曲軸承受的摩擦力越大。
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