輕負(fù)荷直噴柴油發(fā)動(dòng)機(jī)油環(huán)粘結(jié)及活塞清凈性臺(tái)架的建立及試驗(yàn)方法

1、輕負(fù)荷直噴柴油發(fā)動(dòng)機(jī)油環(huán)粘結(jié)及活塞清凈性臺(tái)架的建立及試驗(yàn)方法的研究摘要:介紹輕負(fù)荷直噴柴油發(fā)動(dòng)機(jī)油環(huán)粘結(jié)及活塞清凈性臺(tái)架的建立及試驗(yàn)方法的開(kāi)發(fā)過(guò)程,包括試驗(yàn)設(shè)備的選擇、關(guān)鍵試驗(yàn)部件的確定及引進(jìn)和臺(tái)架流程的設(shè)計(jì)、發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架各個(gè)系統(tǒng)的研究及設(shè)計(jì)、試驗(yàn)條件的確定、試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)及數(shù)據(jù)分析等,建立了評(píng)定輕負(fù)荷直噴柴油發(fā)動(dòng)機(jī)油環(huán)粘結(jié)及活塞清凈性臺(tái)架及其試驗(yàn)方法。 關(guān)鍵詞:輕負(fù)荷直噴柴油發(fā)動(dòng)機(jī);環(huán)粘結(jié);活塞清凈性;評(píng)價(jià)方法 中圖分類號(hào):TE626.32 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A The Establishment of the Light Duty Direct Injection Diesel Engine

2、Ring Sticking and Piston Cleanliness Test Bench and the Investigation of the Test Method JIANG Chao-gui, XU Guang-ye, SUN Xiang-lan, GUO Chang-wei (PetroChina DaLian Lubricating Oil R&D Institute, Dalian 116032, China) Abstract:The development process of establishing light duty direct injection dies

3、el engine ring sticking and piston cleanliness test bench and the test method were introduced. The selection of test equipment, the determination and introduction of the key components, and the design of the circulation of the test bench, the investigation and design of each engine test bench system

4、, the determination of the test conditions, the evaluation and data analysis of the test result were involved. The light duty direct injection diesel engine ring sticking and piston cleanliness test bench and the test method were established. Key words:light duty direct injection diesel engine; ring

5、 sticking; piston cleanliness; evaluation method 0 前言 柴油機(jī)在燃料型動(dòng)力機(jī)械中,是最節(jié)省能源的。柴油機(jī)比汽油機(jī)的燃油有效利用率高出30%以上。隨著柴油機(jī)制造技術(shù)的提高,特別是歐洲汽車市場(chǎng)持續(xù)受到油價(jià)上漲的影響,歐洲已將柴油機(jī)大量用于輕便汽車及小轎車上。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和制造水平的提高,現(xiàn)在的柴油轎車不僅具有高效、經(jīng)濟(jì)、有益于環(huán)保及面向未來(lái)的特點(diǎn),同時(shí)在高速性能、加速性能、操作性能、乘坐舒適性和噪音方面已經(jīng)完全可以與現(xiàn)代汽油機(jī)相媲美,受到越來(lái)越多用戶的喜愛(ài)。目前,在最注重環(huán)保、經(jīng)濟(jì)性的歐洲,柴油轎車的銷量已迅速超過(guò)轎車總銷量的40%,部分國(guó)

6、家已超過(guò)50%。在國(guó)內(nèi),伴隨著我國(guó)轎車家庭化和進(jìn)口原油的增加,燃油價(jià)格的上漲,人們?cè)诒ＷC實(shí)用、環(huán)保的同時(shí)更加注重經(jīng)濟(jì)性,市場(chǎng)對(duì)更具經(jīng)濟(jì)效益的柴油轎車的需求日益迫切。因此,我國(guó)已經(jīng)將柴油轎車作為我國(guó)未來(lái)轎車發(fā)展的一個(gè)重要方向。 在04版ACEA發(fā)動(dòng)機(jī)油規(guī)格中, 將輕負(fù)荷柴油發(fā)動(dòng)機(jī)油與汽油機(jī)油合并為一個(gè)規(guī)格,即A/B系列,共有A1/B1、A3/B3、A3/B4、A5/B5四個(gè)規(guī)格,并在A/B系列規(guī)格的基礎(chǔ)上推出具有環(huán)保概念的C系列產(chǎn)品,共有C1、C2、C3三個(gè)規(guī)格,同時(shí)還增加了重負(fù)荷柴油機(jī)油的E系列,并有相應(yīng)的臺(tái)架試驗(yàn)方法。評(píng)定輕負(fù)荷柴油發(fā)動(dòng)機(jī)油的主要臺(tái)架有: (1)CEC L-56-T-98(X

7、UD11BTE)、CEC L-93-04(DV4TD)中溫分散性臺(tái)架。 (2)CEC L-51-A-98(OM602A、OM646LA)磨損、粘度穩(wěn)定性及油耗臺(tái)架。 (3)CEC L-78-99(VW DI)直噴柴油機(jī)環(huán)粘結(jié)及活塞清凈性臺(tái)架。 而我國(guó)在輕負(fù)荷柴油發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架評(píng)定、用油規(guī)格方面至今還是空白。 隨著我國(guó)柴油轎車數(shù)量的增加,柴油轎車所用潤(rùn)滑油的需求量也將越來(lái)越大。要發(fā)展直噴柴油發(fā)動(dòng)機(jī)用油,就必須擁有評(píng)定該發(fā)動(dòng)機(jī)用油的技術(shù)和設(shè)備。全套引進(jìn)直噴柴油發(fā)動(dòng)機(jī)活塞清凈性及環(huán)粘結(jié)評(píng)定臺(tái)架大約需要40萬(wàn)美元,同時(shí)因?yàn)橛推芬?guī)格的快速發(fā)展,發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架的更新周期大大縮短,使得引進(jìn)的臺(tái)架存在落后的風(fēng)險(xiǎn)。送樣

8、到國(guó)外去做,雖然不再承擔(dān)一次性固定資產(chǎn)投資和折舊費(fèi)用,但高額的評(píng)定費(fèi)用以及較長(zhǎng)的評(píng)價(jià)周期,不僅使產(chǎn)品研發(fā)成本難以承受,也不利于研發(fā)工作向深層次發(fā)展,更不便于產(chǎn)品質(zhì)量的檢驗(yàn)和仲裁。 因此,自主建立直噴柴油發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)粘結(jié)及活塞清凈性臺(tái)架,將節(jié)省時(shí)間和資金,填補(bǔ)我國(guó)評(píng)定該型臺(tái)架方面的空白,為直噴柴油發(fā)動(dòng)機(jī)用油的研制、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)提供準(zhǔn)確、可靠的評(píng)定手段。我們?cè)诔浞终{(diào)研的基礎(chǔ)上,只引進(jìn)臺(tái)架的關(guān)鍵部件,其余部件在國(guó)內(nèi)配套完善,建立了一套完整的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、與國(guó)外試驗(yàn)條件基本相同的潤(rùn)滑油評(píng)定臺(tái)架及試驗(yàn)方法。該臺(tái)架經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試及試驗(yàn)油樣的評(píng)定,已取得了良好的試驗(yàn)結(jié)果。 1 臺(tái)架的建立 1.1 試驗(yàn)

9、發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇 用來(lái)測(cè)試的發(fā)動(dòng)機(jī)是CEC L-78-99試驗(yàn)方法指定的、最新的德國(guó)大眾公司生產(chǎn)的GolfA3系列柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)為VW 1.9L/81kW直噴式、四缸、采用渦輪增壓、帶中冷的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。VW TDI發(fā)動(dòng)機(jī)是一臺(tái)具有國(guó)際先進(jìn)水平的柴油轎車發(fā)動(dòng)機(jī),具有功率大、低排放、低成本、低油耗、長(zhǎng)壽命、低噪音等特點(diǎn),排放達(dá)到歐標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)動(dòng)機(jī)的型號(hào)及技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。 1.2 試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝 1.2.1 EGR閥和排氣歧管 連接EGR閥和排氣歧管之間的連接管路被移除。在排氣管處產(chǎn)生的管孔用金屬板密封。 1.2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)安裝位置 發(fā)動(dòng)機(jī)將按照下列方式安裝到試驗(yàn)臺(tái)架上: (1)曲軸沿著軸向向飛輪邊偏

10、2。 (2)氣缸沿著徑向向排氣邊偏15。 如果試驗(yàn)記錄報(bào)告中存在水平安裝,即和曲軸重合(成0處),這種情況是可以的。安裝時(shí)可以使用特定的法蘭或相關(guān)的傳動(dòng)裝置來(lái)完成。 1.3 冷卻循環(huán) 標(biāo)準(zhǔn)的冷卻循環(huán)在試驗(yàn)中做了如下修改:當(dāng)斷開(kāi)機(jī)油回路和自動(dòng)調(diào)溫裝置旁路時(shí),試驗(yàn)臺(tái)架的一個(gè)水/水熱交換器代替冷卻器,用一個(gè)合適的試驗(yàn)臺(tái)架控制設(shè)備來(lái)控制溫度。 1.4 機(jī)油冷卻系統(tǒng) 與機(jī)油濾清器連接的標(biāo)準(zhǔn)的油/水熱交換器與評(píng)定臺(tái)架的冷卻系統(tǒng)分開(kāi)。用一個(gè)合適的試驗(yàn)臺(tái)架控制設(shè)備控制溫度。發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)見(jiàn)圖1。 1.5 中冷器 用適當(dāng)?shù)臒峤粨Q器來(lái)冷卻增壓空氣。建議使用氣/水熱交換器。增壓空氣的溫度將用適當(dāng)?shù)臏囟日{(diào)節(jié)器來(lái)控制

11、。 中冷器前后最大壓差是6 kPa。 1.6 進(jìn)氣系統(tǒng) 使用標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)氣系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)包括空氣濾清器、空氣質(zhì)量流量計(jì)、渦輪增壓器、中冷器、控制發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣溫度的調(diào)節(jié)閥。 1.7 排氣系統(tǒng) 使用標(biāo)準(zhǔn)的或者能夠控制排氣背壓適當(dāng)?shù)呐艢庀到y(tǒng)。 1.8 曲軸箱通風(fēng)/竄氣測(cè)量 曲軸箱通風(fēng)是從氣缸蓋通過(guò)空氣濾清器連接到進(jìn)氣系統(tǒng),符合標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)的布局。漏氣測(cè)量必須連接到這個(gè)封閉回路上。建議:使用能夠連續(xù)測(cè)量的流動(dòng)速率測(cè)量系統(tǒng),例如在管口的地方測(cè)量。 1.9 燃油系統(tǒng) 在燃油系統(tǒng)中安裝一個(gè)適當(dāng)?shù)臒峤粨Q器,使燃油溫度得到準(zhǔn)確的控制?；赜途€也應(yīng)該與熱交換器相連。 1.10 冷卻風(fēng)扇 渦輪增壓器和排氣管系周圍使用

12、外部冷卻風(fēng)扇。 1.11 活塞冷卻噴嘴 活塞冷卻噴嘴可以通過(guò)噴嘴頂部螺釘中心的“WAG8.8”來(lái)識(shí)別?；钊鋮s噴嘴見(jiàn)圖2。 1.12 試驗(yàn)測(cè)功機(jī)的選擇 測(cè)功機(jī)主要用于對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)數(shù)、扭矩和有效功率的測(cè)試及性能試驗(yàn)、耐久試驗(yàn)和型式試驗(yàn)。尤其適用于各種試驗(yàn)臺(tái)架,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、整車及其部件進(jìn)行不同工況的運(yùn)行和試驗(yàn)。根據(jù)VW TDI柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率為81 kW,額定轉(zhuǎn)速為4150 r/min,最大扭矩為235 Nm(1900 r/min)的要求,以及發(fā)動(dòng)機(jī)與測(cè)功機(jī)特性曲線匹配要求,選擇杭州奕科機(jī)電設(shè)備有限公司生產(chǎn)的技術(shù)水平先進(jìn)、測(cè)量精度高的WE32H水渦流測(cè)功機(jī)。 1.13 臺(tái)架流程的設(shè)計(jì) 經(jīng)過(guò)調(diào)研

13、,詳細(xì)了解、分析和研究了國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)的輕負(fù)荷直噴柴油發(fā)動(dòng)機(jī)油環(huán)粘結(jié)及活塞清凈性評(píng)定臺(tái)架的原理、構(gòu)造和性能。學(xué)習(xí)和掌握了評(píng)定臺(tái)架的技術(shù)要求、技術(shù)性能和技術(shù)指標(biāo)等關(guān)鍵技術(shù),設(shè)計(jì)了一套完整的輕負(fù)荷直噴柴油發(fā)動(dòng)機(jī)油環(huán)粘結(jié)及活塞清凈性評(píng)定臺(tái)架。評(píng)定臺(tái)架流程見(jiàn)圖3。 1.14 發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng) 發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)是由配電箱、發(fā)動(dòng)機(jī)控制儀表、發(fā)動(dòng)機(jī)儀表、發(fā)動(dòng)機(jī)電腦及線束組成。按照CEC L-78-99(VW)試驗(yàn)方法的要求,在國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)滿足試驗(yàn)要求和控制精度的發(fā)動(dòng)機(jī)控制儀表。安裝配電箱。在評(píng)定臺(tái)架相應(yīng)部位安裝測(cè)溫儀表、熱電偶、測(cè)壓儀表、傳感器。建立儀表控制臺(tái),使得發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)、扭矩、系統(tǒng)各部位的溫度、壓力等試驗(yàn)參數(shù)

14、得到準(zhǔn)確有效的控制。建立超溫、超壓、超轉(zhuǎn)數(shù)、超扭矩報(bào)警系統(tǒng)和超壓、低油壓、超溫、超轉(zhuǎn)數(shù)自動(dòng)保護(hù)停車系統(tǒng),安裝了評(píng)定臺(tái)架探頭監(jiān)控系統(tǒng)。 1.15 燃料油 我們將含硫柴油(硫含量0.4%左右)與-10號(hào)軍用柴油按照一定比例進(jìn)行調(diào)制,調(diào)制后的燃料油標(biāo)準(zhǔn)滿足CEC RF-90-A-92(S含量:0.25%0.30%)的要求,其質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)表2。 1.16 完整的發(fā)動(dòng)機(jī)評(píng)定臺(tái)架 按照CEC L-78-99試驗(yàn)方法的要求,建立VW TDI輕負(fù)荷直噴柴油發(fā)動(dòng)機(jī)油環(huán)粘結(jié)及活塞清凈性評(píng)定臺(tái)架。安裝好的發(fā)動(dòng)機(jī)評(píng)定臺(tái)架見(jiàn)圖4。 2 開(kāi)機(jī)調(diào)試、試運(yùn)轉(zhuǎn) 所建臺(tái)架及儀表操作系統(tǒng)組裝完畢后,進(jìn)行了細(xì)致的檢查,在確保無(wú)誤后開(kāi)始

15、送電、送油,開(kāi)機(jī)試運(yùn)轉(zhuǎn)。試運(yùn)轉(zhuǎn)是按照CEC L-78-99試驗(yàn)方法要求的磨合試驗(yàn)條件及正式試驗(yàn)條件在所建臺(tái)架上進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)。其目的就是考察發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的可靠性及儀表控制系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)參數(shù)控制的準(zhǔn)確性。 在按照正式試驗(yàn)條件考察發(fā)動(dòng)機(jī)的過(guò)程中,反復(fù)觀察和檢測(cè)所建評(píng)定臺(tái)架系統(tǒng)中的每個(gè)部件的實(shí)際使用性能,及時(shí)解決和處理評(píng)定臺(tái)架在試驗(yàn)過(guò)程中暴露的設(shè)計(jì)缺陷和個(gè)別部件出現(xiàn)的問(wèn)題,調(diào)整好報(bào)警以及自保停車系統(tǒng)。按照CEC L-78-99試驗(yàn)方法要求的試驗(yàn)條件,在累計(jì)100多個(gè)小時(shí)考察發(fā)動(dòng)機(jī)的過(guò)程中,臺(tái)架運(yùn)行良好。 3 試驗(yàn)方法研究 3.1 試驗(yàn)步驟 試驗(yàn)步驟包括發(fā)動(dòng)機(jī)的磨合程序和正式試驗(yàn)程序。 3.1.1 磨

16、合試驗(yàn)程序 發(fā)動(dòng)機(jī)的磨合試驗(yàn)程序見(jiàn)表3。 根據(jù)重量法記錄耗油量(當(dāng)油箱中油的溫度大約在100 、保持1缸活塞在上止點(diǎn)位置時(shí)開(kāi)始排放機(jī)油,排放機(jī)油15 min)。 3.1.2 正式試驗(yàn)程序 在發(fā)動(dòng)機(jī)磨合試驗(yàn)程序結(jié)束以后,安裝一個(gè)新的機(jī)油過(guò)濾器。按照方法要求在15 時(shí),向發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)加入大約4.5 L試驗(yàn)機(jī)油,同時(shí)還要額外保存0.2 L新機(jī)油。發(fā)動(dòng)機(jī)正式試驗(yàn)條件見(jiàn)表4。 (1)第一個(gè)階段開(kāi)始冷卻液出口溫度從(903) 降到(302) 需要在(71) min時(shí)間內(nèi),第二個(gè)階段開(kāi)始從(302) 升到(903) 需要在(31) min時(shí)間內(nèi)。 (2)第一階段開(kāi)始油箱溫度從(1453) 降到(403) 需要在

17、(151) min時(shí)間內(nèi),第二階段開(kāi)始油箱溫度從(403) 升到(1453) 需要在(61) min時(shí)間內(nèi)。 (3)第一階段開(kāi)始轉(zhuǎn)速和扭矩值要在1 min內(nèi)達(dá)到,第二階段開(kāi)始轉(zhuǎn)速和扭矩值要在2 min內(nèi)達(dá)到。 (4)所有其他條件參見(jiàn)表4,從每一階段開(kāi)始要在15 min內(nèi)達(dá)到。 3.2 評(píng)價(jià)方法 3.2.1 環(huán)粘結(jié)評(píng)分 本方法環(huán)粘結(jié)評(píng)分,依據(jù)SH/T 0264附錄E1和E5進(jìn)行評(píng)價(jià)。 3.2.2 活塞清凈性評(píng)分 本方法活塞清凈性評(píng)分,采用DIN 51 361,尤其要參照DIN 51 361第二部分。 3.3 參比油標(biāo)定范圍 參比油標(biāo)定范圍見(jiàn)表5。 3.4 參比油試驗(yàn) 按照CEC L-78-99(

18、VW DI)試驗(yàn)方法的要求,購(gòu)買參比油 RL206進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn),共進(jìn)行兩次參考油試驗(yàn),其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。參比油RL206試驗(yàn)前油樣理化分析、第一次試驗(yàn)后油樣理化分析、第二次試驗(yàn)后油樣理化分析結(jié)果見(jiàn)表7。 試驗(yàn)結(jié)果表明,參比油清凈性標(biāo)定結(jié)果均在方法要求范圍內(nèi),同時(shí)也說(shuō)明臺(tái)架試驗(yàn)有較好的重復(fù)性。 3.5 通過(guò)標(biāo)準(zhǔn) ACEA A3/B4輕負(fù)荷輕負(fù)荷直噴柴油發(fā)動(dòng)機(jī)油通過(guò)/失敗的標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表8。 3.6 發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn) 選用大連潤(rùn)滑油研究開(kāi)發(fā)中心研制的輕負(fù)荷直噴柴油發(fā)動(dòng)機(jī)油編號(hào)為0601-D進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9,0601-D試驗(yàn)油理化分析見(jiàn)表10。 試驗(yàn)結(jié)果表明,研制油滿足ACEAA3/B4輕負(fù)荷直噴柴油機(jī)油環(huán)粘結(jié)及活塞清凈性臺(tái)架指標(biāo)要求。 4