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發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋熱負(fù)荷測(cè)試的應(yīng)用

2019-09-14 19:15:19·  來源：測(cè)控視界  作者：普創(chuàng)數(shù)據(jù)  
　
摘要：本文結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋溫度、功率、油耗等指標(biāo)，通過燃燒參數(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋溫度熱負(fù)荷控制，進(jìn)行了討論，論述了一種綜合多指標(biāo)的評(píng)分來判斷發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋熱
摘要：本文結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋溫度、功率、油耗等指標(biāo)，通過燃燒參數(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋溫度熱負(fù)荷控制，進(jìn)行了討論，論述了一種綜合多指標(biāo)的評(píng)分來判斷發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋熱負(fù)荷為邊界條件的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋熱負(fù)荷測(cè)試應(yīng)用的方法，該方法可以提出關(guān)于氣缸蓋熱負(fù)荷可靠性多指標(biāo)綜合判斷的評(píng)判限值、可以分析得到影響氣缸蓋熱負(fù)荷綜合評(píng)判的燃燒參數(shù)主、次因素，及影響趨勢(shì)。
 
關(guān)鍵字：發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋；熱負(fù)荷；測(cè)試；
 
發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋開發(fā)過程中，其熱負(fù)荷評(píng)價(jià)是一項(xiàng)非常重要的工作，為防止氣缸蓋熱疲勞開裂，氣缸蓋開發(fā)會(huì)據(jù)不同缸蓋材料給出明確的限值范圍，也由此開展了大量的氣缸蓋測(cè)溫工作。然而，影響氣缸蓋工作溫度的因素較多，從以往經(jīng)驗(yàn)可知，不僅燃燒室冷側(cè)冷卻水條件影響缸蓋工作溫度，熱側(cè)燃燒參數(shù)也直接影響氣缸蓋工作溫度。通常氣缸蓋熱疲勞開發(fā)，主要集中在氣缸蓋鼻梁區(qū)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，重點(diǎn)是組織好氣缸蓋鼻梁區(qū)冷側(cè)條件，這往往忽略了熱側(cè)條件調(diào)整對(duì)氣缸蓋工作溫度的優(yōu)化，這方面的工作與發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒標(biāo)定參數(shù)密切相關(guān)，為此稱為氣缸蓋熱負(fù)荷測(cè)試，目前還沒有一種有效的方法。那么，氣缸蓋熱負(fù)荷測(cè)試有沒有意義？基本方法是什么？就此展開討論。
 
一、研究對(duì)象
某公司在一項(xiàng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)過程中，前期需要了解氣缸蓋工作溫度，并評(píng)估氣缸蓋熱疲勞可靠性。測(cè)溫結(jié)果表明，發(fā)動(dòng)機(jī)在額定功率工況下，第六缸排排鼻梁區(qū)溫度最高，為此圍繞此區(qū)域進(jìn)行熱負(fù)荷標(biāo)定工作討論。第六缸氣缸蓋測(cè)溫設(shè)計(jì)見圖1。
圖1 第六缸氣缸蓋測(cè)溫孔設(shè)計(jì)
上述設(shè)計(jì)條件下，氣缸蓋底板溫度按下式計(jì)算，本文底板溫度統(tǒng)稱為缸蓋溫度。 缸蓋底板溫度(℃)=兩測(cè)點(diǎn)溫度差×3/5+3mm測(cè)點(diǎn)溫度。
二、試驗(yàn)設(shè)計(jì)與討論
此發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)形式為高壓共軌、帶EGR，因此主要熱負(fù)荷測(cè)試參數(shù)包括：軌壓、正時(shí)、噴油量、空燃比（此發(fā)動(dòng)機(jī)EGR電控參數(shù)）。需要考慮標(biāo)定的主要目標(biāo)參數(shù)有缸蓋溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩（即功率）、油耗。常規(guī)全面試驗(yàn)量太大，為此采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。
正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)
熱負(fù)荷測(cè)試為四個(gè)主要因素，考慮初期標(biāo)定結(jié)果與安全性，各考慮3個(gè)水平，正交試驗(yàn)為L(zhǎng)9（34），即9次試驗(yàn)。四個(gè)因素不存在交互，所以正交試驗(yàn)表設(shè)計(jì)見表1。
表1 正交試驗(yàn)表
發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋熱負(fù)荷測(cè)試試驗(yàn)方案見表2。
表2 發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋熱負(fù)荷測(cè)試試驗(yàn)方案
試驗(yàn)結(jié)果與討論
本發(fā)動(dòng)機(jī)是一臺(tái)全新開發(fā)的發(fā)動(dòng)機(jī)，早期考慮到安全性，初期階段設(shè)計(jì)目標(biāo)為：額定點(diǎn)1800r/min-1250Nm(即：約235kw)，油耗47.6kg/h，缸蓋允用溫度320℃。
發(fā)動(dòng)機(jī)在上述試驗(yàn)方案下，控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1800r/min、95℃出水溫，在調(diào)整各控制參數(shù)工況穩(wěn)定后，主要測(cè)試目標(biāo)參數(shù)試驗(yàn)結(jié)果見表3。
表3   試驗(yàn)結(jié)果
可見，在設(shè)計(jì)的軌壓、正時(shí)、噴油量、空燃比標(biāo)定參數(shù)范圍內(nèi)，氣缸蓋溫度有38.8℃的變化范圍，并在氣缸蓋允用溫度限值上下波動(dòng)，在發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性重要指標(biāo)的確定過程中，缸蓋溫度的熱負(fù)荷可靠性評(píng)判，可以成為一個(gè)重要邊界?，F(xiàn)就缸蓋溫度可靠的前提下，對(duì)確定扭矩、油耗等多指標(biāo)的評(píng)價(jià)進(jìn)行討論，以下對(duì)此進(jìn)行綜合分析。
據(jù)上述發(fā)動(dòng)機(jī)初期設(shè)計(jì)目標(biāo)，我們?cè)O(shè)定表4所示的綜合評(píng)分方法。其中這里定義的“單位值”、“評(píng)分方法”是為討論提出的一個(gè)建議方法；其中扭矩20是假設(shè)400N（20×20）的上限，方便記錄為正分；對(duì)應(yīng)缸蓋溫度、扭矩、油耗給出0.8、0.15、0.05的權(quán)重系數(shù)。由此，評(píng)分越高，水平越佳。
表4 氣缸蓋熱負(fù)荷標(biāo)定綜合評(píng)分方法
 
據(jù)以上評(píng)分方法，對(duì)表3試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)分，并運(yùn)用正交試驗(yàn)結(jié)果分析方法(1)對(duì)綜合評(píng)分進(jìn)行分析，得到結(jié)果見表5。
表5 多指標(biāo)綜合評(píng)分結(jié)果
綜合評(píng)分是一個(gè)試驗(yàn)對(duì)應(yīng)各因素評(píng)分之和。對(duì)上述綜合評(píng)分分析，低于20分的e、g、i試驗(yàn)時(shí)，缸蓋溫度皆超過或臨近允用溫度?？梢宰鳛橐粋€(gè)以缸蓋熱負(fù)荷為主的評(píng)判限值。綜合平均分為22.2，說明該發(fā)動(dòng)機(jī)本項(xiàng)試驗(yàn)中調(diào)整的燃燒參數(shù)范圍內(nèi)，缸蓋熱負(fù)荷可靠性有一定的保障。
另外，上述K值為各水平在各因素試驗(yàn)綜合評(píng)分之和，k值為綜合評(píng)分之和除以水平數(shù)量，R值為各因素對(duì)應(yīng)k值最大值與最小值之差。從R值可見，在本試驗(yàn)燃燒參數(shù)調(diào)整范圍內(nèi)，噴油量參數(shù)是缸蓋溫度、扭矩、油耗目標(biāo)達(dá)成最關(guān)鍵的因素，軌壓與空燃比是次要因素，正時(shí)是最次要因素。
對(duì)k值圖示見圖2，可見，同樣在本試驗(yàn)燃燒參數(shù)調(diào)整范圍內(nèi)，隨著各燃燒參數(shù)的增加，軌壓、噴油量、空燃比對(duì)綜合評(píng)分的影響都呈現(xiàn)單調(diào)影響，正時(shí)對(duì)綜合評(píng)分的影響呈現(xiàn)非單調(diào)影響?？傮w上軌壓越低、正時(shí)越小、噴油量越小、空燃比越大，則綜合評(píng)分越高，即越有利于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋熱負(fù)荷控制。
注：各因素A-軌壓 B-正時(shí) C-噴油量 D-空燃比 1、2、3為各因素水平
圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋熱負(fù)荷測(cè)試綜合指標(biāo)分析

三、結(jié)論
通過結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋溫度、功率、油耗等指標(biāo)，利用發(fā)動(dòng)機(jī)軌壓、正時(shí)、噴油量、空燃比等燃燒參數(shù)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋溫度-熱負(fù)荷測(cè)試方法的討論，可以得到
以下主要結(jié)論：
1) 綜合多指標(biāo)的評(píng)分來判斷發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋熱負(fù)荷為邊界條件的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋熱負(fù)荷測(cè)試，是一項(xiàng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋可靠性控制非常有意義的工作；
2) 發(fā)動(dòng)機(jī)熱負(fù)荷測(cè)試方法，可以提出多指標(biāo)綜合判斷的評(píng)判限值，可以分析得到影響氣缸蓋熱負(fù)荷綜合評(píng)判的燃燒參數(shù)主、次因素，及影響趨勢(shì)。
發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋熱負(fù)荷試驗(yàn)測(cè)試，對(duì)氣缸蓋熱負(fù)荷控制具備相當(dāng)?shù)囊饬x，測(cè)試工作可以在發(fā)動(dòng)機(jī)早期試驗(yàn)開發(fā)過程中通過氣缸蓋熱負(fù)荷邊界來指導(dǎo)發(fā)動(dòng)機(jī)性能標(biāo)定工作，為發(fā)動(dòng)機(jī)早期開發(fā)中判斷缸蓋熱負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)提供條件，從而為缸蓋設(shè)計(jì)改進(jìn)、性能標(biāo)定邊界提供判據(jù)，這些將發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性設(shè)計(jì)與性能標(biāo)定統(tǒng)一到正向開發(fā)的工作當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋高效、高質(zhì)量的開發(fā)。當(dāng)然，發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)測(cè)試工作是一項(xiàng)復(fù)雜工程，結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋熱負(fù)荷的測(cè)試試驗(yàn)工作還需有更加深入與全面的研究。
 
參考文獻(xiàn)
 [1] 白新桂.數(shù)據(jù)分析與試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì).北京.清華大學(xué)出版社.1986 
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