驗(yàn)證性能與可靠性 淺談發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)

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發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)是發(fā)動(dòng)機(jī)研制階段的重要環(huán)節(jié)。它不僅用于測(cè)試整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)及相關(guān)部件的可靠性，還用于驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)的性能是否達(dá)到原設(shè)計(jì)指標(biāo)。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)在成功量產(chǎn)前，大量的臺(tái)架試驗(yàn)是必不可少的。

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根據(jù)臺(tái)架試驗(yàn)的目的，臺(tái)架試驗(yàn)可分為性能試驗(yàn)和可靠性試驗(yàn)。性能測(cè)試是評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性等重要性能。可靠性試驗(yàn)是通過施加各種載荷來(lái)測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)及相關(guān)部件的可靠性。

應(yīng)該說，發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)可以為發(fā)動(dòng)機(jī)及相關(guān)部件的測(cè)試、驗(yàn)證和改進(jìn)提供技術(shù)支持。

●臺(tái)架試驗(yàn)對(duì)外部環(huán)境的要求

所謂臺(tái)架，其實(shí)就是用來(lái)驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)性能和可靠性的整套設(shè)備。因?yàn)榕_(tái)架試驗(yàn)會(huì)產(chǎn)生很大的振動(dòng)，足以破壞零件和房屋的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，影響相應(yīng)儀器儀表的正常工作。為了保證試驗(yàn)工作的正常進(jìn)行，需要對(duì)試驗(yàn)臺(tái)基礎(chǔ)進(jìn)行減振和隔振處理，同時(shí)避免試驗(yàn)臺(tái)基礎(chǔ)與發(fā)動(dòng)機(jī)共振，將試驗(yàn)臺(tái)基礎(chǔ)的振動(dòng)控制在一定范圍內(nèi)。

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這個(gè)臺(tái)式實(shí)驗(yàn)室周圍的墻壁和屋頂都覆蓋了吸聲降噪的特殊材料，主要是為了減少測(cè)試噪聲對(duì)測(cè)試人員造成的疲勞損傷。車頂?shù)臒艄芤灿邢鄳?yīng)的保護(hù)，可以防止振動(dòng)和噪音造成的損壞。由此可見，臺(tái)架試驗(yàn)產(chǎn)生的“副產(chǎn)品”破壞力極大。

●發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架的組成

從上圖可以看出，臺(tái)架主要由測(cè)控系統(tǒng)、試驗(yàn)對(duì)象及相關(guān)輔助系統(tǒng)組成。測(cè)控系統(tǒng)主要是測(cè)力計(jì)，通過測(cè)力計(jì)可以讀取發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出值，同時(shí)可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)施加相應(yīng)的載荷，包括交變應(yīng)力和交變熱載荷，模擬發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)際工況下可能遇到的情況，從而測(cè)試其可靠性。

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整機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)沒有加裝水箱散熱器、油箱等部件，需要輔助系統(tǒng)來(lái)更換這些部件，使發(fā)動(dòng)機(jī)完成水循環(huán)、燃油系統(tǒng)供給等工作。

●臺(tái)架試驗(yàn)的方式

——兩種連接方式

發(fā)動(dòng)機(jī)與測(cè)控系統(tǒng)的連接有兩種方式:硬連接和軟連接。所謂硬連接，就是沒有變速器的發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪直接連接到測(cè)功機(jī)上。這種連接方式可以在臺(tái)架試驗(yàn)中直接傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率，而不會(huì)造成變速器的機(jī)械損失，但不能模擬整車的使用環(huán)境。

軟連接是發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器裝配后，通過變速器輸出與測(cè)功機(jī)連接。這是一種模擬整車環(huán)境的便捷方式。這樣，動(dòng)力通過變速器輸出，所以它的動(dòng)力損失了，但它可以更準(zhǔn)確地模擬整車環(huán)境。由于測(cè)功機(jī)是通過變速器連接的，所以發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出相對(duì)穩(wěn)定，對(duì)測(cè)功機(jī)沒有強(qiáng)烈的振動(dòng)損傷。

——臺(tái)架試驗(yàn)的試驗(yàn)參數(shù)

事實(shí)上，發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)最重要的是獲得發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的相關(guān)數(shù)據(jù)，這也是試驗(yàn)參數(shù)。獲取數(shù)據(jù)的方式是通過與安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)位置的傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比分析，做出相應(yīng)的判斷。

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與量產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)上的傳感器相比，臺(tái)架試驗(yàn)中的傳感器有很多，例如一個(gè)供油系統(tǒng)需要測(cè)試供油溫度、供油壓力、油軌壓力、油管壓力、噴油器針閥升程、油耗等。整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)有40、50或更多參數(shù)需要測(cè)試。測(cè)試的參數(shù)越多，越能了解發(fā)動(dòng)機(jī)各部分的運(yùn)行狀態(tài)，也有助于R&D人員了解產(chǎn)品，從而做出改進(jìn)和優(yōu)化。

除了傳統(tǒng)的傳感器，一些特殊的傳感器或儀器將用于臺(tái)架試驗(yàn)。比如安裝在燃燒室中的攝像頭可以記錄發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油、點(diǎn)火和燃燒情況，從而幫助設(shè)計(jì)人員相應(yīng)地改善進(jìn)氣流量、噴油角度和活塞頂部的形狀，而這種攝像頭必須能夠承受燃燒室中高溫高壓的惡劣環(huán)境。下面的視頻用這個(gè)攝像頭展示了發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)部的實(shí)際工作情況。

更多精彩視頻，均在車載家庭視頻頻道。

在參觀過程中，技術(shù)人員告訴我，臺(tái)架試驗(yàn)最重要的是測(cè)量設(shè)備的測(cè)試精度。雖然國(guó)內(nèi)有一些企業(yè)在生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)設(shè)備，但在精度上還是很難與進(jìn)口設(shè)備相比，當(dāng)然經(jīng)驗(yàn)豐富的測(cè)試人員是不可或缺的。

隨著電子元器件和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)需要測(cè)試的參數(shù)種類和采樣頻率越來(lái)越多，這就要求在臺(tái)架試驗(yàn)中加強(qiáng)數(shù)據(jù)采集、分析和處理的能力。如今，臺(tái)架試驗(yàn)也在使用現(xiàn)代通信手段，如總線系統(tǒng)的應(yīng)用。同時(shí)，臺(tái)架試驗(yàn)正在向自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

總結(jié):

可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)所需的設(shè)備和對(duì)外部環(huán)境的要求都比較高，很多現(xiàn)實(shí)中難以滿足的情況都可以通過臺(tái)架試驗(yàn)進(jìn)行模擬，大大擴(kuò)展了發(fā)動(dòng)機(jī)性能和可靠性驗(yàn)證的范圍。我覺得臺(tái)架試驗(yàn)可能就像一面鏡子，通過它可以不斷發(fā)現(xiàn)問題、優(yōu)化問題、改進(jìn)問題。