柴油機熱試規范優化

一汽解放大連柴油機有限公司 遼寧 大連 116600

0 引言

因熱試能夠有效模擬柴油機在整車上的燃燒作功、機構運轉、油路水路循環及控制系統等運行情況,能夠有效評價發動機性能、排放符合性,準確判定和檢測運行故障,在柴油機生產領域被廣泛應用。但是熱試試驗方案因模擬整車運轉,存在電能、燃油、機油、冷卻液、人力、設備的消耗,同時熱試時間長,傳統柴油機試車試驗時間需要60min,嚴重影響公司的生產成本。如果熱試步驟設計順序不合理,試驗程控點時間設定超出穩定工況時間,更是不僅導致生產節拍緩慢,而且造成能源的浪費。與此同時,如果試驗規范沒有有效控制指標,操作者人為因素造成柴油機性能指標的散差較大。通過改善磨合順序,規范試車方法和試車標準,合理設定程控運行時間,可以大幅縮減熱試時間,提高生產節拍,節約燃料能源,不僅為企業創造了隱性價值,更保證了交付用戶的產品品質一致。

1 柴油機熱試

汽車柴油機出廠前需要進行試驗調試,對柴油機進行基本的磨合,評價產品是否滿足出廠性能、排放標準,對不達標產品進行調試處理,并對發動機是否正常運轉進行檢查和故障排除。

以柴油機自身發出的動力進行運轉磨合試驗的過程,通稱為熱試。主要包含四部分工作:磨合、調試、試驗和故障檢查。

表1 傳統柴油機熱試規范

2 柴油機磨合

柴油機磨合是一個通過機械物理和化學作用,使各機構表面在給定的磨合工況下,從初始狀態逐漸過渡到正常使用狀態的工作過程。為了保證生產一致性,柴油機磨合過程需要制定明確的磨合規范,一般采用規范的程控方式實施磨合。磨合工況點、運行順序和磨合時間控制均對磨合的質量和成本產生較大影響。

柴油機出廠磨合一般從怠速工況開始,按照由低速到高速,負荷由小到大的規律,選取適當的工況點進行磨合。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際接觸面積,沒有經過有效的磨合,直接進入大負荷工況運轉,將在凸出的局部接觸點產生較大的應力集中,加劇零部件表面的快速磨損。循序漸進的磨合方式非常適用于早期發動機零部件加工精度較低的行業水平,可以使發動機摩擦副有較好的適應階段,但此種磨合的缺點在于磨合時間長,或在規定的時間內由于磨合強度小,磨合效果不好。隨著近些年發動機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,在此基礎上我們可以對磨合工況點、磨合時間控制進行優化。

由傳統柴油機程控磨合規范(表2)變更為德國某品牌柴油機程控磨車規范(表3),將磨合時間由1500s減少到480s,極大的減少了磨合時間,提升了生產效率。

柴油機磨合工況點的順序也對試驗造成較大影響,例如引入德國某品牌柴油機程控磨車規范(表3),因磨合規范不適合國內發動機制造水平,在冬季,廠房內室溫低,由于柴油機在第一步怠速工況運轉時沒有負荷,機油溫度上升較慢,因此,柴油機因為粘度較大造成柴油機機油壓力能夠達到650kpa以上,導致試驗臺架報警(通常臺架報警限值小于630kpa),柴油機停止運轉。每試驗一臺柴油機都會因這個問題停車2-3次,雖然有專用的機油加熱裝置(機油加熱裝置為電加熱,功率是12kW),由于管路較長,還是滿足不了機油溫度40°C的要求。將德國某品牌柴油機程控磨車規范(表3)中第3步1000 r/min工況,調整到第二步2300 r/min全負荷工況之前,可以消除柴油機在磨車過程中的機油壓力過高導致的停機現象,機油加熱裝置也可以停止使用。

表2 傳統柴油機程控磨合規范

表3 德國某品牌柴油機程控磨車規范

3 柴油機調試

柴油機是由幾百種零部件組裝成的復雜總成,大量零部件的散差累計后會造成柴油機的一致性差異,導致性能、排放存在一定的散差,在試驗臺架磨合后,針對發動機產品技術條件中規定的工況點,按照技術要求進行控制結構和參數的調整,保證出廠產品滿足合格產品要求。

傳統的熱試過程,在磨合后設立單獨的調試階段,將性能、排放指標調整到技術要求合格的范圍內,但這樣會造成時間和成本上的較大浪費。隨著柴油機生產制造技術和電子控制技術的發展和應用,發動機散差范圍進一步減小,調整控制更加便利,因此我們可以采用磨合過程預調整的方式,在磨合的同時將重點工況點調整到技術要求范圍內,這樣可以將原本僅用于磨合的人員空閑時間充分的運用,又能徹底取消調試階段,進一步提升了生產效率。

4 柴油機試驗

柴油機試驗是按照發動機產品技術規范,進行規定工況點的性能、排放試驗,保證出廠產品達到合格標準,并將記錄存檔,用于質量追溯。

試驗過程每個工況點包括三個階段:爬坡、穩定和測量,爬坡階段是發動機的轉速和功率從一個工況點變到另一個工況點的過度階段,穩定階段為發動機的轉速和功率穩定到具備測量條件的階段,試驗階段為發動機運行工況及監控指標數據采集的階段。

因為爬坡、穩定、測量階段都需要一定的運行時間,各工況三個階段的累計時間較長。隨著發動機控制技術的不斷升級,柴油機的響應速度快速提升,根據柴油機不同工況點響應速度的特點,改善柴油機在爬坡階段、穩定階段、測量階段的時間控制,可以減少試驗工況和試驗時間,有效提升熱試效率。

如某型柴油機改善前試驗規范(表4),與根據柴油機不同工況點響應速度情況改善后試驗規范(表5)對比,爬坡階段時間節省了230s,穩定時間節省170s,測量時間節省110s,改善后程控試驗時間比改善前程控試驗時間減少了8.5min。

與此同時,柴油機試車試驗規范需要有明確指標范圍,人為因素會造成柴油機性能指標散差大,有的操作者試驗調整柴油機在功率的下限,有的操作者試驗調整柴油機在功率的上限,就會造成發動機一致性差的問題,隨發動機技術的提升,4-7L柴油機功率散差應控制在5kw內。

5 改善效果

根據發動機的制造、控制水平,通過對各程控階段進行運行工況和時間的優化,大幅降低了磨合試驗階段的運行時間,同時磨合階段進行性能預調整,使熱試過程由磨合、調整、試驗三個階段優化為磨合、試驗兩個階段,柴油機熱試時間由改善前的60min降低到17.5min(見表6);柴油機生產節拍提高了125%,在不增加設備投入的情況下班產量提高80%,一年可多生產2萬余臺,為企業節省試驗成本一千多萬元,同時改善后減少柴油機排放量100多噸,創造了顯著的經濟效益和社會價值,同時對行業具有一定指導和借鑒的意義。

表4 改善前柴油機出廠程控試驗時間

表5 改善后柴油機出廠程控試驗時間

表6 改善后柴油機試驗步驟

6 結論

磨合階段根據發動機生產制造精度和控制技術水平,合理設置磨合工況,優化磨合時間,可以有效提升磨合質量和效率。

磨合階段合理設置過度工況,根據柴油機特點及試驗條件,優化程控磨合順序,可以有效減少磨合過程的試驗問題和故障風險。

通過在程控磨合階段對柴油機性能進行預調整,可以取消專項調試階段,有效減少熱試時間。

試驗階段根據柴油機不同工況點響應速度的特點,在爬坡階段、穩定階段、測量階段,通過研究分析,準確設定最小的、必要的程序控制時間,可以減少試驗工況和試驗時間,有效提升熱試效率。