基于MC系列柴油機(jī)磨合工況的優(yōu)化研究

梁穎杰 王強(qiáng) 柳田 張夢東 胡澤倫

摘要：柴油機(jī)在完成零部件裝配后，需要進(jìn)行整車熱試，用于檢驗(yàn)裝配質(zhì)量，包括是否存在漏水、漏液及漏氣，甚至因裝配質(zhì)量不到位導(dǎo)致的拉缸、拉瓦等惡性故障，原則上充分的熱試時(shí)間以及更全面的熱試工況點(diǎn)位，有助于發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)早期故障，避免出現(xiàn)售后零公里。同時(shí)有助于柴油機(jī)各運(yùn)動(dòng)副的早期磨合，如缸孔網(wǎng)紋、主軸瓦及連桿瓦副等，提升柴油機(jī)的B10壽命。反之，過長的時(shí)間會(huì)導(dǎo)致能源與人工工時(shí)的雙重浪費(fèi)，不利于精益生產(chǎn)，因此，如何合理的設(shè)計(jì)磨合點(diǎn)位及磨合時(shí)間，對于產(chǎn)品質(zhì)量提升與節(jié)能降本的平衡起到關(guān)鍵作用。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī)；出廠磨合；機(jī)油

MC系列作為德國MAN系列的引進(jìn)產(chǎn)品，一直秉承德國的工藝技術(shù)要求，在初期導(dǎo)入時(shí)，為確保國產(chǎn)化過程中的質(zhì)量穩(wěn)定，對柴油機(jī)的整車熱試一直加嚴(yán)控制。

具體熱試要求見表1，磨合時(shí)間45min，結(jié)合磨合工況及時(shí)間，擬考慮從熱試故障發(fā)生時(shí)間、柴油機(jī)水溫提升速率及機(jī)油磨削成分分析三個(gè)方面確定發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)化點(diǎn)位及方案。

柴油機(jī)熱試故障分析

統(tǒng)計(jì)2022年6月和7月2個(gè)月的MC系列發(fā)動(dòng)機(jī)熱試故障數(shù)據(jù)分析，累計(jì)4100臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)，熱試故障發(fā)生數(shù)68起，一次校驗(yàn)合格率98.34%，其中各個(gè)磨合點(diǎn)位故障發(fā)生比例見表2。

通過數(shù)據(jù)分析可知，柴油機(jī)熱試故障集中在第一和第八磨合工況點(diǎn)位：第一磨合點(diǎn)位主要為柴油機(jī)起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)工況，針對前工序的裝配質(zhì)量問題易集中暴露，主要故障表現(xiàn)為柴油機(jī)因傳感線線束退針及虛接等接觸不良引起的無法起動(dòng)故障，以及因配套件尺寸不到位導(dǎo)致的間隙不符合工藝要求引起的異響問題；第八磨合點(diǎn)位主要為柴油機(jī)進(jìn)入全速全負(fù)荷工況，發(fā)動(dòng)機(jī)處于爆壓（20MPa）和功率最大點(diǎn)位，柴油機(jī)各結(jié)合面容易出現(xiàn)漏液、漏油、漏氣等三漏問題，結(jié)合柴油機(jī)故障發(fā)生點(diǎn)位分析，磨合時(shí)間優(yōu)化點(diǎn)位優(yōu)先考慮第二至七點(diǎn)位。

柴油機(jī)水溫提升速率分析

柴油機(jī)的氣缸、活塞、活塞環(huán)之間的磨損，受冷卻水溫的影響很大。在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，水溫在80℃左右時(shí)磨損最小[1]，因此磨合時(shí)間優(yōu)化后需保證柴油機(jī)在進(jìn)入額定點(diǎn)前冷卻液水溫已達(dá)到80℃以上，以降低低溫對運(yùn)動(dòng)副磨損的影響。

通過試驗(yàn)，記錄了采用45min磨合規(guī)范的4臺(tái)350馬力（1馬力≈0.735kW）、4臺(tái)310馬力、4臺(tái)250馬力共12臺(tái)內(nèi)燃機(jī)ECU內(nèi)水溫的報(bào)文信息數(shù)據(jù)的提升情況，如圖1所示。

通過圖表分析可得：

1）內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)時(shí)水溫基本穩(wěn)定在35～45℃。

2）不同馬力段的發(fā)動(dòng)機(jī)磨合第三磨合點(diǎn)工況時(shí)（即10min），節(jié)溫器已經(jīng)打開，水溫已經(jīng)穩(wěn)定在80℃以上，具備全速全負(fù)荷工況運(yùn)行條件。

因此，內(nèi)燃機(jī)磨合總時(shí)間不低于10min，即可避免因低溫運(yùn)行導(dǎo)致磨損加劇問題。

機(jī)油成分分析

為了避免內(nèi)燃機(jī)發(fā)生早期破壞性的磨損，在投入正常運(yùn)行之前，必須首先進(jìn)行磨合，以擴(kuò)大相互摩擦零件的接觸面積，降低零件初期階段的磨損量，使各運(yùn)動(dòng)件、摩擦副逐步建立起正常的工作狀態(tài)，從而提高內(nèi)燃機(jī)的工作可靠性，延長其使用壽命[2]。

因此開展磨合時(shí)間優(yōu)化前后，需保證初期磨損狀態(tài)基本一致，可通過分析磨合時(shí)間優(yōu)化前后的機(jī)油磨削成分差異來體現(xiàn)。通過前期水溫和故障的分析，初步擬定30min磨合規(guī)范為對第三～第七磨合點(diǎn)的磨合時(shí)間優(yōu)化一半，具體優(yōu)化后時(shí)間見表3。

分別抽取45min和30min磨合規(guī)范發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油各三臺(tái)，機(jī)油采用嘉實(shí)多LongDrain 10W-40LS，送檢成分分析。

通過對采用兩種磨合規(guī)范下抽取的機(jī)油成分分析可知，磨合時(shí)間縮短，油樣各組份無明顯的差異點(diǎn)，尤其是關(guān)鍵的軸瓦內(nèi)金屬成分如Al、Pb、Sn等，即縮短磨合時(shí)間為30min，不會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油磨削成分太大的變化，早期磨損狀態(tài)基本相近。

臺(tái)架可靠性耐久試驗(yàn)驗(yàn)證

發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)是將發(fā)動(dòng)機(jī)與測功設(shè)備及各種測試儀器組成一個(gè)測試系統(tǒng)，按照規(guī)定的方法和標(biāo)準(zhǔn)模擬發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際使用的各種工況[3]，同時(shí)良好的液體潤滑是發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作的基本條件。但在磨合階段，缸套與環(huán)之間的潤滑條件是比較惡劣的，造成這一惡劣潤滑條件的原因?yàn)榛钊h(huán)處的溫度較高，環(huán)與缸壁間單位面積上的承受壓力過大[4]。

為評估柴油機(jī)在磨合時(shí)間縮短后對可靠性的影響，擬開展100h全速全負(fù)荷臺(tái)架試驗(yàn)，模擬惡劣的運(yùn)行工況下缸孔與活塞運(yùn)動(dòng)副的磨損情況。試驗(yàn)抽取現(xiàn)場一臺(tái)MC系列350馬力機(jī)型，在完成30min出廠試驗(yàn)?zāi)ズ虾螅_展100h全速全負(fù)荷耐久試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)用燃油采用GB252－2000《輕柴油》中規(guī)定的0號(hào)柴油，潤滑油采用嘉實(shí)多LongDrain10W-40LS 黏度柴油機(jī)油，冷卻液采用長春德聯(lián)化工有限公司生產(chǎn)的BASF G48-24～35℃工作液，試驗(yàn)邊界控制條件見表5。

同時(shí)組織試驗(yàn)后的拆檢工作，重點(diǎn)關(guān)注缸孔網(wǎng)紋磨損異常情況，如圖2所示。

對缸孔網(wǎng)紋采用100×電子顯微掃描如圖3所示，評估網(wǎng)紋狀態(tài)良好。

結(jié)語

通過對柴油機(jī)磨合過程中的水溫分析，避免其因低水溫進(jìn)入額定點(diǎn)工況導(dǎo)致的拉缸風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)根據(jù)機(jī)油油樣的成分表現(xiàn)及可靠性試驗(yàn)情況，充分評估柴油機(jī)優(yōu)化前后的差異部分，在后續(xù)開展的為期6個(gè)月500臺(tái)套的小批量試裝驗(yàn)證及售后跟蹤中，未發(fā)生因磨合時(shí)間優(yōu)化的發(fā)動(dòng)機(jī)早期磨損故障，整體優(yōu)化過程風(fēng)險(xiǎn)可控，為后續(xù)柴油機(jī)的磨合時(shí)間持續(xù)優(yōu)化提供理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 杜豐昌.關(guān)于內(nèi)燃機(jī)磨合規(guī)范的討論[J].汽車技術(shù)，1987（6）：12-16.

[2] 楊貴恒.內(nèi)燃機(jī)磨合研究[J].移動(dòng)電源與車輛，1997（1）：15-18.

[3] 馮洪慶，馬永.內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理[M]，北京：中國石油大學(xué)出版社，2016.

[4] 張少東，周全正.內(nèi)燃機(jī)磨合階段出現(xiàn)拉缸原因的綜合分析[J].內(nèi)燃機(jī)，1993（6）：29-33.