1.引 言
发动机抱死一直是汽车发动机常见却又难以根本解决的问题，困扰着全球范围内的汽车发动机工程师。产生抱死的根本原因有很多，比如零件尺寸配合异常、发动机润滑系统异常等，但是抱死的直接原因是发动机曲轴和瓦片的异常磨损。这种异常磨损会直接影响发动机的扭矩，因此，对发动机扭矩的监控变得尤为重要。发动机冷试技术，以其优越的经济效益、环境效益和质量控制效益，已经逐步成为汽车发动机装配终检测试工艺的重要部分，被各大发动机厂广泛应用。随着发动机冷试技术的不断进步，发动机抱死现象可在冷试中被发现并有效监控。
2.发动机冷试测试概述
2.1 冷试的定义和程序
冷试是在发动机不点火的状态下，通过设备电机倒拖发动机曲轴旋转，利用冷试设备和发动机自身的传感器采集测试信号并进行波形处理，然后对比波形曲线和设定窗口，并自动判定发动机是否合格的测试工艺。图 1 为冷试设备的主体硬件结构。在冷试过程中，主要包括 8 个测试步骤，图 2 表示时间和发动机转速之间的关系。
A．发动机电器检测阶段(0r / min):主要测试发动机传感器的通电情况。
B．发动机怠速测试 ( 60r / min): 主要测试发动机起始扭矩。
C．可变气门升程测试(400r / min):对气门升程可变系统进行调节测试。
D．发动机传感器测试 ( 1000r / min): 主要测试机油压力、燃油压力和真空压力。
E．可变气门正时测试 (1200r / min): 主要测试发动机可变气门正时的调节。
F．发动机机械测试(120r / min):主要测试发动机进气压力、扭矩和排气压力。
G．增压压力测试 ( 3000r / min): 主要测试发动机增压器。H． 测试结束阶段(0r / min):适配器回位;冷试设备使用真空抽出汽油管内汽油。
2.2 发动机扭矩的测试
发动机扭矩是发动机加速能力的具体指标，表示活塞在气缸内进行一次往复运动所做的功。因此，扭矩是影响发动机性能的重要技术参数，也是冷试检测的重点项目。在冷试过程中，扭矩的测试主要在 B、D、F 和 G 等 4 个阶段，其目的是模拟发动机在不同工况下的扭矩状态(起始扭矩、一般怠速扭矩、低转速和高转速扭矩)。
B 阶段:转速 60r / min，主要测试发动机冷试的起始扭矩。在该阶段，发动机转动 2 圈。如果发动机轮系和轴承系统出现异常摩擦(如存在杂质或者轴承面有异常高点或划伤)，会导致起始扭矩的异常。
D 阶段:转速 1000r / min，该阶段是发动机完成起始转动后的运转阶段，相当于整车的怠速状态。在这个阶段，主要测试可变气门正时调节前和调解后的扭矩、进气和排气压力。
F 阶段:转速 120r / min，该阶段是冷试独有的低转速阶段。对于进气压力、扭矩和排气压力的变化十分敏感，可以有效监控发动机瓦片或轴承座的异常磨损和进排气系统的泄漏。
G 阶段:转速 3000r / min，该阶段主要用于增压压力测试，可以监控高转速下扭矩的状态。图 3 所示为发动机冷试的扭矩波形曲线。在冷试过程中，将 Y 轴的正向定义为活塞压缩行程，而 Y轴负向定义为活塞做功行程。因此，对于直列四缸发动机，分别有 4 个压缩行程和做功行程，分别是波峰 1 至波峰 4，以及波谷 5 至波谷 8。
在发动机的做功行程中，扭矩波形曲线与扭矩为零的直线交点，称之为扭矩零点，如图 4 所示。同一型号的不同发动机，由于曲轴和轴瓦之间的摩擦力存在差异，导致扭矩曲线的斜率不同。因此，扭矩零点的位置也随之发生变化。综上所述，一台发动机的扭矩零点位置可以反映这台发动机曲轴和轴瓦之间的摩擦力的大小，即曲轴和轴瓦之间是否存在异常摩擦。
3. 测试方案
本试验基于 JW Froechlich 冷试设备。对同一型号的 10921 台发动机进行扭矩和扭矩零点测试。通过对扭矩零点测试结果进行高斯分布计算，选取处于高斯分布边缘的发动机进行拆检。确认曲轴和轴瓦之间是否存在异常磨损。
4. 试验结果与分析
图 5 所示为 10921 台发动机的扭矩曲线叠加图。以发动机三缸为例，上述 10921 台发动机的扭矩零 点 的 高 斯 分 布 图 如 图 6 所 示，其 平 均 值 为194. 17°，± 3σ 为［193． 48° ～ 194． 87°］。图 7 展示的是三缸转矩零点的真实曲线分布状态。选取大小极值的 6 台发动机作为拆解对象，对其三缸的连杆瓦片状态进行拆解确认。这 6 台发动机的扭矩零点如表 1 所示。
拆解后，三缸瓦片状态如图 8 所示，1、2 和 3 号发动机 的 三 缸 瓦 片 有 划 伤，其 划 伤 宽 度 分 别 是1. 196mm、1. 183mm 和 0. 480mm;而 4、5 和 6 号发动机拆解后瓦片没有划伤。因此，发动机三缸的转矩零点监控窗口为:［193° ～ 194. 7°］。使用相同方法对其他 3 个缸进行试验:一缸［13° ～ 14． 7°］;二缸［553° ～ 554. 7°］;四缸［373° ～ 374. 7°］。采用冷试扭矩零点的方法，对发动机曲轴和轴瓦异常磨损进行研究，可以得出:扭矩曲线的斜率可以反映发动机曲轴转动的摩擦状态，斜率越小，摩擦越大。
5 .结 论
采用冷试扭矩零点的方法，对发动机曲轴和轴瓦异常磨损进行研究，可以得出以下结论：
(1)扭矩曲线的斜率可以反映发动机曲轴转动过程中的摩擦状态。
(2)扭矩曲线斜率越小，则曲轴承受的摩擦力越大。
|
