柴油機(jī)熱試規(guī)范優(yōu)化

一汽解放大連柴油機(jī)有限公司 遼寧 大連 116600

0 引言

因熱試能夠有效模擬柴油機(jī)在整車上的燃燒作功、機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)、油路水路循環(huán)及控制系統(tǒng)等運(yùn)行情況,能夠有效評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)性能、排放符合性,準(zhǔn)確判定和檢測(cè)運(yùn)行故障,在柴油機(jī)生產(chǎn)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。但是熱試試驗(yàn)方案因模擬整車運(yùn)轉(zhuǎn),存在電能、燃油、機(jī)油、冷卻液、人力、設(shè)備的消耗,同時(shí)熱試時(shí)間長(zhǎng),傳統(tǒng)柴油機(jī)試車試驗(yàn)時(shí)間需要60min,嚴(yán)重影響公司的生產(chǎn)成本。如果熱試步驟設(shè)計(jì)順序不合理,試驗(yàn)程控點(diǎn)時(shí)間設(shè)定超出穩(wěn)定工況時(shí)間,更是不僅導(dǎo)致生產(chǎn)節(jié)拍緩慢,而且造成能源的浪費(fèi)。與此同時(shí),如果試驗(yàn)規(guī)范沒有有效控制指標(biāo),操作者人為因素造成柴油機(jī)性能指標(biāo)的散差較大。通過改善磨合順序,規(guī)范試車方法和試車標(biāo)準(zhǔn),合理設(shè)定程控運(yùn)行時(shí)間,可以大幅縮減熱試時(shí)間,提高生產(chǎn)節(jié)拍,節(jié)約燃料能源,不僅為企業(yè)創(chuàng)造了隱性價(jià)值,更保證了交付用戶的產(chǎn)品品質(zhì)一致。

1 柴油機(jī)熱試

汽車柴油機(jī)出廠前需要進(jìn)行試驗(yàn)調(diào)試,對(duì)柴油機(jī)進(jìn)行基本的磨合,評(píng)價(jià)產(chǎn)品是否滿足出廠性能、排放標(biāo)準(zhǔn),對(duì)不達(dá)標(biāo)產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)試處理,并對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行檢查和故障排除。

以柴油機(jī)自身發(fā)出的動(dòng)力進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)磨合試驗(yàn)的過程,通稱為熱試。主要包含四部分工作:磨合、調(diào)試、試驗(yàn)和故障檢查。

表1 傳統(tǒng)柴油機(jī)熱試規(guī)范

2 柴油機(jī)磨合

柴油機(jī)磨合是一個(gè)通過機(jī)械物理和化學(xué)作用,使各機(jī)構(gòu)表面在給定的磨合工況下,從初始狀態(tài)逐漸過渡到正常使用狀態(tài)的工作過程。為了保證生產(chǎn)一致性,柴油機(jī)磨合過程需要制定明確的磨合規(guī)范,一般采用規(guī)范的程控方式實(shí)施磨合。磨合工況點(diǎn)、運(yùn)行順序和磨合時(shí)間控制均對(duì)磨合的質(zhì)量和成本產(chǎn)生較大影響。

柴油機(jī)出廠磨合一般從怠速工況開始,按照由低速到高速,負(fù)荷由小到大的規(guī)律,選取適當(dāng)?shù)墓r點(diǎn)進(jìn)行磨合。因加工后的摩擦副表面存在加工痕跡和幾何表面的偏差,凸凹不平的零部件表面大幅減小了實(shí)際接觸面積,沒有經(jīng)過有效的磨合,直接進(jìn)入大負(fù)荷工況運(yùn)轉(zhuǎn),將在凸出的局部接觸點(diǎn)產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中,加劇零部件表面的快速磨損。循序漸進(jìn)的磨合方式非常適用于早期發(fā)動(dòng)機(jī)零部件加工精度較低的行業(yè)水平,可以使發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦副有較好的適應(yīng)階段,但此種磨合的缺點(diǎn)在于磨合時(shí)間長(zhǎng),或在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)由于磨合強(qiáng)度小,磨合效果不好。隨著近些年發(fā)動(dòng)機(jī)零部件制造水平的快速提升,零部件表面尺寸精度和粗糙度的改善使摩擦副配合精度大幅提高,在此基礎(chǔ)上我們可以對(duì)磨合工況點(diǎn)、磨合時(shí)間控制進(jìn)行優(yōu)化。

由傳統(tǒng)柴油機(jī)程控磨合規(guī)范(表2)變更為德國(guó)某品牌柴油機(jī)程控磨車規(guī)范(表3),將磨合時(shí)間由1500s減少到480s,極大的減少了磨合時(shí)間,提升了生產(chǎn)效率。

柴油機(jī)磨合工況點(diǎn)的順序也對(duì)試驗(yàn)造成較大影響,例如引入德國(guó)某品牌柴油機(jī)程控磨車規(guī)范(表3),因磨合規(guī)范不適合國(guó)內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)制造水平,在冬季,廠房?jī)?nèi)室溫低,由于柴油機(jī)在第一步怠速工況運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)沒有負(fù)荷,機(jī)油溫度上升較慢,因此,柴油機(jī)因?yàn)檎扯容^大造成柴油機(jī)機(jī)油壓力能夠達(dá)到650kpa以上,導(dǎo)致試驗(yàn)臺(tái)架報(bào)警(通常臺(tái)架報(bào)警限值小于630kpa),柴油機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。每試驗(yàn)一臺(tái)柴油機(jī)都會(huì)因這個(gè)問題停車2-3次,雖然有專用的機(jī)油加熱裝置(機(jī)油加熱裝置為電加熱,功率是12kW),由于管路較長(zhǎng),還是滿足不了機(jī)油溫度40°C的要求。將德國(guó)某品牌柴油機(jī)程控磨車規(guī)范(表3)中第3步1000 r/min工況,調(diào)整到第二步2300 r/min全負(fù)荷工況之前,可以消除柴油機(jī)在磨車過程中的機(jī)油壓力過高導(dǎo)致的停機(jī)現(xiàn)象,機(jī)油加熱裝置也可以停止使用。

表2 傳統(tǒng)柴油機(jī)程控磨合規(guī)范

表3 德國(guó)某品牌柴油機(jī)程控磨車規(guī)范

3 柴油機(jī)調(diào)試

柴油機(jī)是由幾百種零部件組裝成的復(fù)雜總成,大量零部件的散差累計(jì)后會(huì)造成柴油機(jī)的一致性差異,導(dǎo)致性能、排放存在一定的散差,在試驗(yàn)臺(tái)架磨合后,針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品技術(shù)條件中規(guī)定的工況點(diǎn),按照技術(shù)要求進(jìn)行控制結(jié)構(gòu)和參數(shù)的調(diào)整,保證出廠產(chǎn)品滿足合格產(chǎn)品要求。

傳統(tǒng)的熱試過程,在磨合后設(shè)立單獨(dú)的調(diào)試階段,將性能、排放指標(biāo)調(diào)整到技術(shù)要求合格的范圍內(nèi),但這樣會(huì)造成時(shí)間和成本上的較大浪費(fèi)。隨著柴油機(jī)生產(chǎn)制造技術(shù)和電子控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,發(fā)動(dòng)機(jī)散差范圍進(jìn)一步減小,調(diào)整控制更加便利,因此我們可以采用磨合過程預(yù)調(diào)整的方式,在磨合的同時(shí)將重點(diǎn)工況點(diǎn)調(diào)整到技術(shù)要求范圍內(nèi),這樣可以將原本僅用于磨合的人員空閑時(shí)間充分的運(yùn)用,又能徹底取消調(diào)試階段,進(jìn)一步提升了生產(chǎn)效率。

4 柴油機(jī)試驗(yàn)

柴油機(jī)試驗(yàn)是按照發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范,進(jìn)行規(guī)定工況點(diǎn)的性能、排放試驗(yàn),保證出廠產(chǎn)品達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn),并將記錄存檔,用于質(zhì)量追溯。

試驗(yàn)過程每個(gè)工況點(diǎn)包括三個(gè)階段:爬坡、穩(wěn)定和測(cè)量,爬坡階段是發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率從一個(gè)工況點(diǎn)變到另一個(gè)工況點(diǎn)的過度階段,穩(wěn)定階段為發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率穩(wěn)定到具備測(cè)量條件的階段,試驗(yàn)階段為發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況及監(jiān)控指標(biāo)數(shù)據(jù)采集的階段。

因?yàn)榕榔?、穩(wěn)定、測(cè)量階段都需要一定的運(yùn)行時(shí)間,各工況三個(gè)階段的累計(jì)時(shí)間較長(zhǎng)。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的不斷升級(jí),柴油機(jī)的響應(yīng)速度快速提升,根據(jù)柴油機(jī)不同工況點(diǎn)響應(yīng)速度的特點(diǎn),改善柴油機(jī)在爬坡階段、穩(wěn)定階段、測(cè)量階段的時(shí)間控制,可以減少試驗(yàn)工況和試驗(yàn)時(shí)間,有效提升熱試效率。

如某型柴油機(jī)改善前試驗(yàn)規(guī)范(表4),與根據(jù)柴油機(jī)不同工況點(diǎn)響應(yīng)速度情況改善后試驗(yàn)規(guī)范(表5)對(duì)比,爬坡階段時(shí)間節(jié)省了230s,穩(wěn)定時(shí)間節(jié)省170s,測(cè)量時(shí)間節(jié)省110s,改善后程控試驗(yàn)時(shí)間比改善前程控試驗(yàn)時(shí)間減少了8.5min。

與此同時(shí),柴油機(jī)試車試驗(yàn)規(guī)范需要有明確指標(biāo)范圍,人為因素會(huì)造成柴油機(jī)性能指標(biāo)散差大,有的操作者試驗(yàn)調(diào)整柴油機(jī)在功率的下限,有的操作者試驗(yàn)調(diào)整柴油機(jī)在功率的上限,就會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)一致性差的問題,隨發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的提升,4-7L柴油機(jī)功率散差應(yīng)控制在5kw內(nèi)。

5 改善效果

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的制造、控制水平,通過對(duì)各程控階段進(jìn)行運(yùn)行工況和時(shí)間的優(yōu)化,大幅降低了磨合試驗(yàn)階段的運(yùn)行時(shí)間,同時(shí)磨合階段進(jìn)行性能預(yù)調(diào)整,使熱試過程由磨合、調(diào)整、試驗(yàn)三個(gè)階段優(yōu)化為磨合、試驗(yàn)兩個(gè)階段,柴油機(jī)熱試時(shí)間由改善前的60min降低到17.5min(見表6);柴油機(jī)生產(chǎn)節(jié)拍提高了125%,在不增加設(shè)備投入的情況下班產(chǎn)量提高80%,一年可多生產(chǎn)2萬余臺(tái),為企業(yè)節(jié)省試驗(yàn)成本一千多萬元,同時(shí)改善后減少柴油機(jī)排放量100多噸,創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)價(jià)值,同時(shí)對(duì)行業(yè)具有一定指導(dǎo)和借鑒的意義。

表4 改善前柴油機(jī)出廠程控試驗(yàn)時(shí)間

表5 改善后柴油機(jī)出廠程控試驗(yàn)時(shí)間

表6 改善后柴油機(jī)試驗(yàn)步驟

6 結(jié)論

磨合階段根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)制造精度和控制技術(shù)水平,合理設(shè)置磨合工況,優(yōu)化磨合時(shí)間,可以有效提升磨合質(zhì)量和效率。

磨合階段合理設(shè)置過度工況,根據(jù)柴油機(jī)特點(diǎn)及試驗(yàn)條件,優(yōu)化程控磨合順序,可以有效減少磨合過程的試驗(yàn)問題和故障風(fēng)險(xiǎn)。

通過在程控磨合階段對(duì)柴油機(jī)性能進(jìn)行預(yù)調(diào)整,可以取消專項(xiàng)調(diào)試階段,有效減少熱試時(shí)間。

試驗(yàn)階段根據(jù)柴油機(jī)不同工況點(diǎn)響應(yīng)速度的特點(diǎn),在爬坡階段、穩(wěn)定階段、測(cè)量階段,通過研究分析,準(zhǔn)確設(shè)定最小的、必要的程序控制時(shí)間,可以減少試驗(yàn)工況和試驗(yàn)時(shí)間,有效提升熱試效率。