发动机功率（通用9篇）
发动机功率 篇1
发动机功率不足故障因涉及面广, 一下子难以理顺它的关系, 即使对一个老机手来说也是一件非常头痛的事, 但经过多次实践, 不断总结, 采取广阔思路, 推理分析, 集中要害, 顺藤摸瓜的办法比较有效, 也就是说要做到“八看八查”。
一、看上、下冒烟查磨损
在发动机工作时, 打开加机油的口盖, 如有一股股浓烟从口盖冒出, 说明缸壁活塞环各间隙磨损过大或超限, 在活塞压缩及爆发行程, 从各大间隙渗到曲轴箱, 并从加机油口中冒出, 称下冒烟。若各间隙不符合要求应及时进行修理。
打开气门室盖, 如有一丝青、白色的烟从气门根部 (即气门工作面) 冒出, 说明气门与气门座磨损过大或烧蚀, 或气门间隙过小甚至没有间隙, 在活塞压缩时, 气缸内有混合气、混合物渗出, 称上冒烟。此时可直接看出哪个气门, 哪个气缸漏气, 应及时修理。
二、看积炭查工况
柴油机熄火后, 卸下排气管, 检查排气口积炭情况, 能够判断柴油机的工况。
积炭呈黑灰色, 表面像覆盖一层白霜, 积炭层极薄, 说明柴油机工况良好;积炭色泽黑亮, 但不湿, 说明柴油机轻微烧机油, 应及时排除;排气口积炭厚度明显高于其它缸排气口的, 说明该缸喷油器工作不良或气缸密封性变差, 应进行修理或更换。个别排气口湿润或有机油的, 说明该缸大量排机油, 应进行修理;各缸排气口积炭层均较厚, 且色泽较深的, 多因工作温度过低, 或喷油过晚, 柴油后燃严重所致。应正确使用并及时调整。
三、看水温查冷却系统
发动机工作时冷却系统水温过高 (达到100℃) , 主要有以下两个方面的原因:
1、发动机冷却水腔水垢太厚, 修理或保养时清洗不彻底。
2、冷却系有关部件效率低或失效, 如节温器、水泵、风扇等。
以上两点均使发动机过热, 造成进水不足, 并使活塞组与缸壁的摩擦损失急剧上升, 机械效率明显降低。因此, 要及时保养冷却系, 发动机工作1000h后, 应清除冷却系中的水垢。还应保持节温器、水泵和风扇有良好的技术状态, 如有故障要及时排除。
四、看配气正时查配气相位
发动机在长期的工作中, 曲轴、凸轮轴受到不正常的冲击力而产生扭曲变形, 正时齿轮、凸轮表面、随动柱和挺杆就会磨损, 使进、排气门开闭时间向后推迟而偏离最佳配气相位, 使充气效率降低, 发动机功率下降。因此, 要定期检查发动机配气相位, 若不符合要求应及时调整。
五、看压缩力查漏气
发动机气缸压缩力是影响效率不足的关键因素。看压缩力的办法很简单, 现以S195型柴油机为例, 就是在不减压的情况下摇转曲轴, 当摇至压缩力较大时, 再向上用力摇一把, 松放摇柄, 但手不要离开摇柄, 此时, 如有一股很大的反弹力, 说明压缩力很好, 反之压缩力较差。再来查一查漏气的原因, 漏气的主要原因是气缸内不密封, 而不密封的因素有:气门无间隙或间隙太小, 活塞与缸套及活塞环端间隙磨损过大, 环槽积炭等。为了缩小查找范围, 在发动机工作时, 可先贴近空气滤清器听一听, 是否有“嘶嘶”的吹嘘声, 如有, 说明漏气跟气门有关;再次打开加机油口盖, 如发现有一股股的浓烟冒出, 说明气缸与活塞、活塞环漏气。确诊后, 就可排除故障。
六、看冒烟查烟色
发动机在正常工作时, 一般不冒烟或冒一些清淡的灰白色烟, 有时用肉眼难以看出。如发动机冒浓烟是发动机有故障的表现, 这种故障也会使发动机功率下降, 故应查一查冒烟的颜色。如冒黑烟是气缸的油多气少, 燃烧不完全的表现;冒蓝烟是缸套和活塞、气门与气门导管等磨损间隙过大, 使油底壳内机油窜入燃烧室烧机油的表现;冒白烟是燃油掺水和未完全燃烧的柴油汽化后从排气管冒出, 应诊断其原因加以排除。
七、看喷油查看卡滞
看一看喷油好不好, 良好的喷油是不偏射、不滴油、油雾均匀, 射程适当, 在机体外可听到清脆的“扑咝、扑咝”声, 用手抚摸高压油管可感到燃油“脉动”动。这种办法也可诊断多缸机“脉动”力的大小及无“脉动”力的各缸工作情况, 必要时, 也可结合断缸检查, 以便对症排除。
喷油良好, 并不能完全说明油路零件没有问题, 因此还需要查一查供油拉杆和拨叉有无卡滞和松动等现象, 如有也应消除。
八、看火头查早晚
看火头是指喷油是否正时, 也就是说供油提前角是否符合规定。各型号柴油机在说明书上都注明了各自的供油提前角是多少。如S195型柴油机的供油提前角为15～18°。这是由于柴油喷入气缸后需要短时间的空气混合、加热后才能自燃, 所以燃油喷入气缸的时间应在压缩冲程活塞到达上止点之前。提前供油时间是用曲轴转角来表示。
供油过迟 (提前角过小) , 柴油机启动困难, 燃烧不完全, 排气冒烟, 机温过高, 功率不足;供油太早 (提前角过大) , 柴油机工作时有敲击声, 易损坏零件, 启动时容易发生倒转, 同时也会影响发动机的功率。因此, 看点火的含义主要是查一查供油是否过迟或过早。
发动机功率 篇2
电动机的效率和功率因素都是三相异步电机的重要参数，在现实中我们总想着有高的机械效率，又要有高的功率因素，来提高电能的利用率。但是往往不能同时兼得？这是什么原因呢？ 因为电动机的效率与功率因数是相互矛盾的。对于同一种电机，效率高，则功率因数低。反之，效率低则功率因数高。功率高，对电动机使用有好处；功率因数低，会降低电网输送效率，因为功率因数低，所以电网无功损耗大。因此对交流感应点攻击既要对效率指标提出较高要求，也要对功率因数指标提出较高要求。
电动机效率低，说明损耗大。而对于普通的三相交流电动机，损耗是阻性的，这样，损耗越大，在功率三角形中的P越大，功率因数角φ则越小，功率因数cosφ越大。反之，效率高，说明损耗小，在功率三角形中P也越小，功率因数角φ则变小，功率因数cosφ变小。为了满足电动机功率因数、效率两项指标，往往顾此失彼。
农用车发动机功率不足故障分析 篇3
在农用车发动机工作时，打开加机油的口盖，如有一股股浓烟从口盖冒出，说明缸壁活塞环各间隙超限或磨损过大，在活塞压缩及爆发行程，从各大间隙渗到曲轴箱，并从加机油口中冒出，称下冒烟。若各间隙不符合要求，应及时进行修理。
打开气门室盖，如有一丝青、白色的烟从气门根部（即气门工作面）冒出，说明气门与气门座磨损过大或烧蚀，或气门间隙过小甚至没有间隙，在活塞压缩时，气缸内有混合气、混合物渗出，称上冒烟。此时可直接看出哪个气门、哪个气缸漏气，应及时修理。
二、看积炭查工况
柴油机熄火后，卸下排气管，检查排气口积炭情况，能够判断柴油机的工作情况。
积炭呈黑灰色，表面像覆盖一层白霜，积炭层极薄，说明柴油机工作情况良好；积炭色泽黑亮，但不湿，说明柴油机轻微烧机油，应及时排除；排气口积炭厚度明显高于其他气缸的排气口，说明该气缸喷油器工作不良或气缸密封性变差，应进行修理或更换。个别排气口湿润或有机油的，说明该气缸大量排机油，应进行修理；各气缸排气口积炭层均较厚且色泽较深的，多因工作温度过低，或喷油过晚，柴油后燃严重所致，应正确使用并及时调整。
三、看水温查冷却系统
发动机工作时冷却系统水温过高 （达到100℃），主要有以下两个方面的原因：（1）发动机冷却水腔水垢太厚，修理或保养时清洗不彻底；（2）冷却系有关部件效率低或失效，如节温器、水泵、风扇等。以上两点均使发动机过热，造成进水不足，并使活塞组与缸壁的摩擦损失急剧上升，机械效率明显降低。因此，要及时保养冷却系，发动机工作1000小时后，应清除冷却系中的水垢。此外，还应保持节温器、水泵和风扇有良好的技术状态，如有故障应及时排除。
四、看压缩力查漏气
发动机气缸压缩力是影响发动机效率的关键因素。看压缩力的办法很简单，现以S195型柴油机为例，就是在不减压的情况下摇转曲轴，当摇至压缩力较大时，再向上用力摇一把，松放摇柄，但手不要离开摇柄，此时如有一股很大的反弹力，说明压缩力很好，反之则压缩力较差。再来查一查漏气的原因，漏气的主要原因是气缸不密封，而不密封的因素有：气门无间隙或间隙太小，活塞与缸套及活塞环端间隙磨损过大，环槽积炭等。为了缩小查找的范围，在发动机工作时，可先贴近空气滤清器听一听，是否有“嘶嘶”的吹嘘声，如有，说明漏气跟气门有关；再次打开加机油口盖，如发现有一股股的浓烟冒出，说明气缸与活塞、活塞环漏气。确诊后，就可排除故障。
五、看冒烟查烟色
发动机在正常工作时，一般不冒烟或冒一些清淡的灰白色烟，有时用肉眼难以看出。如发动机冒浓烟则是发动机有故障的表现，这种故障也会使发动机功率下降，故应查一查冒烟的颜色。如冒黑烟则是气缸的油多气少，燃烧不完全的表现；冒蓝烟，则是缸套和活塞、气门与气门导管等磨损间隙过大，使油底壳内机油窜入燃烧室烧机油的表现；冒白烟则是燃油掺水和未完全燃烧的柴油汽化后从排气管冒出，应找出其原因加以排除。
（安徽省广德县誓节镇政府 戴雪琴 邮编：341822）
发动机功率检测结果的浅析 篇4
针对发动机技术状况进行检测时,发动机功率、油耗及磨损情况是必须要检测的参数。原因很简单,发动机功率和油耗直接反映了车辆的动力性和经济性,而发动机的运动部件的磨损除了会对功率和油耗产生影响,还会直接影响汽车的机油消耗、尾气排放等。因此,发动机功率是诊断发动机技术状况的综合性指标。发动机单位时间内所做的功叫做这发动机的功率。它又被分为指示功率和有效功率(输出功率)两种评价指标,这两者的差值就是机械损失功率。实际的检测过程主要是针对有效功率进行的。
2 发动机功率检测方法
一般情况下可通过有负荷测功和无负荷测功两种方法来实现汽车发动机的有效功率的检测。发动机的有效功率是指汽车发动机飞轮输出的功率。是发动机在扣除本身机械摩损同时带动其他辅机的外部损耗后,向外有效输出的功率,是发动机在某一转速发出的功率与同一转速下所可能发出的最大功率之比,是汽车发动机工况检测的重要参数指标。通过测量发动机的输出转矩及转速,便可以计算出发动机功率。其计算公式为:P=n*Te/9550(式中P:有效功率KW;n:转速rpm;Te:转矩N.m)
2.1 有负荷测功
有负荷测功也叫有外载测功,此种方法要对发动机施加外部负荷,是一种在试验台上通过测功器测试功率的稳态测功方法。常用的测功器有电力测功器、水力测功器和电涡测功器等,它们都是在发动机节气门开度一定,转速一定及其他参数均保持一定的稳定状态下进行的测功。通过测功器测出发动机的转速n和转矩Te,运用上面的公式即可计算出发动机功率Pe。
做有负荷测功时,通常不会把发动机从汽车上拆卸下来,再安装到发动机台架上去进行检测。因为这样会费时费力,增加人力物力成本,很不方便。较常用的方法是采用底盘测功机来检测汽车的发动机功率。底盘测功的目的,有时是为了获得驱动轮上的驱动力或输出功率,以便评价汽车的动力性;有时则是用获得的驱动轮上的输出功率与发动机飞轮输出功率比对,并计算出传动系的功率,以便判断汽车传动系的技术状况。底盘测功是在滚筒式试验台上进行的。滚筒式试验台是以滚筒表面代替正常道路表面状况,试验时候通过加载装置给滚筒施加负荷,模拟正常行驶时的路面阻力,是车辆的行驶最大限度的接近实际的行驶工况。汽车的动力性、经济性、制动性、滑行距离及车速表指示误差等,均可以在滚筒式试验台上进行检测。
根据底盘测功机检测的驱动轮输出功率与发动机飞轮输出功率,通过公式ηk=Pk/Pe(式中:ηk传动系的效率;Pk驱动轮输出功率KW;Pe飞轮输出功率KW)计算出传动系的效率。并与汽车的机械传动效率正常值比较,评价出该车发动机的技术状况。举例说明,轿车的传动效率ηk的正常值为0.90~0.92之间,当被检测轿车的传动效率低于这个区间值的时候,说明消耗于传动系中的离合器、变速器、转向装置等部件的能量和功率较多。提高车辆传动效率的办法则是正确调整和合理使用和润滑传动系各个部件。随着汽车使用的年限和行驶里程的增加,车辆磨损也会逐步加大,摩擦损失的能耗也逐渐增高,从而降低车的传动效率。因此,传动效率可以为汽车底盘技术状况的评定提供重要依据。
2.2 无负荷测功
无负荷测功是指发动机在节气门开度和转速变化的情况下测量发动机功率的一种测功方法,又称动态测功。此方法测功无需对发动机施加外部负荷,故而又称为无外载测功。检测时让发动机低速运转,突然全开节气门或者使油门齿杆位置为最大,发动机将克服惯性和内部各种阻力加速运转,其加速性能直接反映最大功率。这种方法不加负荷,不需要大型的测功设备,既可在实验台上进行,也可就车进行,因而提高了检测方便性和检测速度,为在用汽车提供了方便检测途径。
无负荷测功结果可根据国家相关标准,如GB 7258-2012《机动车运行安全技术条件》及GB/T 3799《汽车发动机大修竣工技术条件》等有关规定,对其检测结果进行分析判断。要求在用汽车发动机功率不得低于额定功率的75%;大修之后的发动机功率不得低于额定功率的90%。我们可以这样理解,只要测出发动机在指定转速范围内急加速时的平均加速度,即可得知发动机的动力性能。或者说通过测量某一定转速时的瞬时加速度,就可以确定出发动机的功率大小。瞬时加速度愈大,则发动机功率愈大。此外还应根据检测结果对发动机技术状况作出进一步的判断。当发动机功率偏低,因燃料供给或点火系统的技术状况调整不佳所致,则应对油、电路系统进行检测调整。若调整后仍然较低,则应检测气缸压力和进气管真空度,判断是否是机械部分的故障。如对个别气缸的技术状况有怀疑,可对其断火后再测功,从功率下降的大小来诊断该缸的工作情况。
正常工作的发动机,在某一转速下稳定地空转时,发动机的指示功率与摩擦功率是平衡的。此时,若取消任一气缸的工作,发动机转速就会有相同的下降值。当发动机在800r/min下稳定工作时,使某一缸断火,导致发动机转速平均下降值最高和最低转速下降之差不大于平均值的30%。例如,四缸发动机转速正常平均下降值为150r/min,当低于该值时,说明断火的气缸工作不良。转速下降值越小,则单杠功率越小。当下降值为零时,单杠功率也为零,此缸就不工作了。发动机单杠功率偏低的原因基本是缸高压分火线或火花塞技术状况不佳导致,也有可能是气缸密闭不良,机油混入气缸造成。特别指出,发动机功率和海拔高度之间存在密切关系。无负荷测功的检测结果是正常大气压下的发动机功率,如果海拔高度有变化则要乘以校正系数,校正到标准大气压下的发动机功率。
结束语
使用以上方法对汽车进行检测,继而判断汽车的使用情况和当下的技术状况,用定量的分析依据。为检测提高准确性和便捷性。这两种测功方式各有其特点和优点及不足,一般情况下有负荷测功(稳态测功)的结果比较准确可靠,比无负荷测功(动态测功)的精确度高。而无负荷测功的检测对场地和设备的要求也不高,整个检测过程更便捷,效率更高。
摘要：发动机功率是诊断发动机技术状况的综合性指标。针对发动机技术状况进行检测时,发动机功率、油耗及磨损情况是必须要检测的参数。本文简单探讨了有负荷测功和无负荷测功的检测特点和各自的在实际检测运用上优点和不足。
发动机功率 篇5
引起航空活塞式发动机功率损失的因素较多, 虽然就单一因素而言, 很少引起飞行事故或航空器不安全事件, 但是如果几个因素凑在一起同时作用, 就极有可能引出飞行事故。如飞行员在起飞时忘记关闭汽化器加温, 使发动机进气一直处于加温状态而起飞, 如果机场标高在海平面高度, 该情况下, 不一定导致严重后果;但是在海平面1500~2000m, 甚至更高的小型机场, 情况就可能严重了。高海拔本身会带来发动机功率不足, 再加上打开汽化器加温, 使得发动机工作在过富油状态, 两方面因素加在一起, 发动机功率严重损失, 加之小型机场跑道距离短, 极可能导致起飞中断, 甚至飞机滑出跑道等不安全事故。为此本文拟对以下影响发动机功率损失的七个因素进行分析。
1 冷天起飞时防止功率损失
在寒冷的天气条件下, 在发动机在起动后且滑油温度未上升之前, 滑油粘度很大, 对于液压挺杆式气门作动机构的发动机, 滑油粘度太大会影响挺杆正常工作, 直接影响气门的打开和关闭时刻, 造成发动机振动, 发动机功率严重损失。如果此时起飞, 势必会造成在起飞的关键时刻发动机功率丢失, 引起危险。所以在冷天飞行时, 起飞前必须严格按照暖机程序, 使滑油温度、汽缸头温度都上升到规定范围, 滑油压力也应在规定限制范围内, 并进行功率校验, 之后, 方可按正常程序起飞。
2 汽化器加温或进气加温引起的功率损失
因加温引起的功率损失从两个方面来进行分析:
如果飞机在飞行期间, 使用全进气加温, 或全汽化器加温, 一方面, 冲压冷空气进入加温系统, 势必其冲压效果丧失, 进气冲压效果的丧失会造成发动机功率损失在3%左右, 另一方面, 进气加温后, 随着进气密度降低, 发动机功率随之降低, 实验表明, 在标准温度下 (59℉) , 每加温10℉, 功率会损失1%, 如果按平均加温100℉计, 功率损失会达到10%, 两项相加, 总功率损失会达到13%左右。另外, 发动机进热空气后, 本身会造成混合气变富油, 飞行高度越高, 情况就越严重, 甚至引起发动机运转不稳定, 造成功率进一步损失, 超过13%, 这些都是不容忽视的。
3 高温高原机场对发动机功率的影响
高温高原机场本身会使螺旋桨和飞机气动力损失, 另外对发动机功率也有影响。高温高原机场, 其场温高, 场压低, 进入发动机的燃气混合气量减少, 而使得发动机输出功率下降, 螺旋桨产生的拉力减少;空气密度小, 作用在机翼上的气动力减少, 机翼产生的升力减少, 导致飞机起飞距离增长, 爬升性能下降。
例如:机场标高1500米, 场温80℉情况下, 查气压曲线表, 可知此时精确的密度高度为2250米, 这样的密度高度下, 起飞距离为海平面起飞距离的2.5倍。此时, 如不充分考虑环境条件的影响, 计算好起飞距离, 势必会导致危险。
4 空气湿度对发动机功率的影响
单就气动力分析, 空气的湿度是不会影响机翼升力和螺旋桨拉力的, 但由于空气中水蒸气的存在, 减少了进入发动机的空气中氧气的量, 而在燃油量保持不变的前提下, 会造成发动机富油;此外, 水蒸气减缓了混合气燃烧的速度, 对功率也有轻微影响。空气湿度越大, 对发动机功率的影响就越大。FAA推荐, 活塞式发动机飞机在闷热潮湿的天气里, 飞机起飞距离应考虑加长10%。
5 因点火系统造成的功率损失
点火系统为活塞式发动机主要附件系统之一, 其故障率也较高, 因点火系统故障而影响发动机功率一般包括下列几个方面:
(1) 电咀烧蚀或污染。因电咀烧蚀或污染, 导致火花减弱, 或根本不跳火, 引起发动机功率下降。
(2) 选装电咀长度不合适。电咀长度过长, 伸进气缸过多, 会在气缸内形成热点, 导致发动机早然或爆震;电咀长度过短, 电咀火花头部因燃气废气淤积而影响点火的进行。都会导致发动机功率下降或大量损失。
(3) 单磁失效引起发动机功率下降。一般情况下, 发动机因单磁失效损失功率在3%左右。
(4) 磁电机性能变差 (例如:断电器电容线断, 高压线包绝缘性变差) , 高压导线破损等原因, 也会引起发动机工作性能变差, 导致发动机功率损失。
(5) 磁电机定时不准。磁电机定时未按工厂规定进行定时, 使点火提前或滞后, 也是造成发动机功率下降的原因之一。
6 发动机进气系统泄漏而引发发动机功率下降
发动机进气管两端松动等原因, 引起进气系统泄漏。对于正常吸气式发动机, 外界空气会进入进气管。冲淡混合气, 引起混合气贫油;对于增压式发动机, 进气系统泄漏会引起进气压力降低, 从而造成发动机功率下降。
7 因气缸活塞组不密封而导致功率损失
活塞涨圈过度磨损、折断或汽缸壁划伤等, 会导致滑油进入气缸, 造成电咀变脏, 燃油辛烷值降低而引起功率损失。另外, 因进排气门或气门座损伤, 进排气门不密封, 引起气缸压缩性变差, 也是导致发动机功率损失的原因之一。
8 结论
综上可以看出引发航空活塞发动机功率损失的原因多种多样, 包括外界环境因素、机件工作性能、人为操作因素等方面。我们在日常操作和维护中, 应保持清醒的头脑, 注意方方面面的情况, 留心细微的变化, 避免因发动机功率过度损失而造成危险。
参考文献
[1]吴增辉, 《TB-20飞机发动机构造讲义》, 广汉:中国民航飞行学院, 1990.
[2]李卫东, 《航空活塞动力装置》.成都:西南交通大学出版社, 2004.11.
[3]唐庆如, 《活塞发动机》, 北京:兵器工业出版社, 2007.
[4]屈本权, 《航空发动机原理讲义》.飞行学院.
[5]钟长生等, 《TB20/200型飞机机型理论》.中国民航飞行学院.
拖拉机发动机功率及耗油率的检测 篇6
关键词：发动机,功率,耗油率,检测
0 引言
为提高拖拉机的作业效率, 降低作业成本, 采取必要的措施随时向驾驶员提供发动机的性能参数是非常必要的。驾驶员可以根据所获悉的发动机功率、小时耗油量、转速等信息采取有效的操作方法改善拖拉机的作业性能。
1 拖拉机功率的检测
功率是拖拉机的主要性能指标。功率能否正常发挥, 反映了机器的技术状态, 也直接影响生产效率。因而检查拖拉机发动机的功率, 成为检查其技术状态最可靠的方法。
发动机的功率, 常用标定转速与标定转速下输出的扭矩的乘积来表示;拖拉机的牵引功率用负荷时的牵引力与牵引速度的乘积来表示。在检测功率时, 主要是测定转速与速度、扭矩与牵引力这两类指标的数值, 经过运算后, 得到拖拉机或发动机的功率。
转速的测定主要是利用转速表, 借助接杆在曲轴前端起动爪处直接测量;也可以在发动机或传动部分的外露旋转部件处测得转速后, 按传动比换算成发动机的转速。
由于各种新类型转速表的出现, 例如, 光电传感、电磁传感等转速表的应用, 可以对很多部位进行不接触测量, 增加了测试的方便性和准确性。
利用目测, 数出驱动轮在单位时间内的转数, 在按传动比换算成发动机的转速, 也是一种简单使用的方法。
速度的测量, 一般是测量拖拉机通过已知长度的小区所经历的时间, 经过计算而得。也可在拖拉机或农具上附加测速地轮, 用机械计数器记录测速地轮在规定时间内的转数, 按已知周长算实际速度。
牵引力可用拉力器测得, 现在使用的自计接力计, 能够输出电信号还可以反映拉力值波动情况, 此弹簧拉力机方便而准确。扭矩的测量可以采用扭矩仪, 该议器有自计装置, 也能输出电信号。
为了满足测量功率的需要, 现在已经能够将牵引力和速度、扭矩、转速同时测量、运算并记录, 直接读出功率数。集流环是旋转件应变测量中传递信号的一种变换元件。可配用Φ15~85 mm内径的任意尺寸的测扭传感轴, 进行动态时扭矩和轴转速的测量。
若依靠经验, 虽可以估计发动机的功率, 但误差较大, 不易掌握。利用仪表和经验相结合, 或获得较为准确的数据。如果选用结构简单、移动方便、准确耐用的测功装置来测定拖拉机或发动机的功率, 则可使技术状态的判断过程简化。
2 发动机耗油率的检测
耗油率是发动机的主要技术经济指标之一, 检测耗油率应与测定发动机功率同时进行。
固定式测功器上附有耗油率测量装置, 有些正在改装为转速油耗自动测量仪, 实现了自动测量和数字显示。但目前还缺少能够适应整车技术状态检查和田间测试需要的自动检测仪器或设备。在技术状态检查中目前采用的多数还是油耗测量筒。现以ZTY-250型油耗测量筒为例说明耗油率的检测方法和步骤。ZTY-250型油耗测量筒与简易机械式测功配套使用。
2.1 油耗测量筒结构
ZYT-250油耗测量筒由标尺、上盖、指针、浮子、油筒、三通阀、三通阀体、手柄、固定板组成。
油耗测量筒由一个圆形装油筒和带有三通阀的底座组成, 筒的内径要求有较高的加工精度, 以减少测量误差。油筒上有一个带中心孔的上盖, 盖上固定一根带刻度的标尺。桶内装有一圆筒形浮子, 浮子上焊一指标, 通过上盖的中心也起到导向作用, 使浮子不致偏斜。固定架装在三通阀体的一端, 并可借两个长孔固定在拖拉机上。
三通阀芯的操纵手柄可以有三种不同位置, 即充油位置、工作位置、测量位置, 构成三种不同的燃油通路。
充油位置:示出了向耗油测量筒充油时手柄位置和燃油通路情况。这时来自燃油箱或粗滤器的燃油, 即流向发动机的燃油系统, 同时也流向油耗测量筒。
正常工作位置:示出了发动机正常工作时的手柄位置和燃油通路情况。这时, 来自燃油箱的燃油直接供给发动机供油系统, 而油筒内的油面高度保持不变。
测量位置:示出了测量耗油率时的手柄位置和燃油通路情况。这时, 由燃油箱来油的通路被切断, 燃油由油耗测量筒供给, 流向发动机供油系统。
2.2 测量方法
(1) 将油耗测量筒垂直固定在准备进行测功的拖拉机或其他支架上, 注意使油筒油面低于拖拉机燃油油面。
(2) 分别将两根塑料油管与三通阀接头相连。
(3) 将油耗测量筒左端用专用接头与主油箱出油口或者粗滤器出油口连接;右端与输油泵进油口相连。此时三通阀手柄应向下, 并注意排除管内空气。
(4) 将三通阀手柄转向上方, 使量油筒充满油后再转向下方, 由主燃油箱向发动机供油。
(5) 测功的同时进行油耗测定。要求当转速稳定在相当于发动机额定转速时, 将三通阀手柄转向右方, 由油耗测量筒供给发动机燃油, 同时按下秒表计时。
(6) 当浮子指针下降到一定格数时, 与按下秒表的同时, 转动三通阀手柄于下方位置, 改由主油箱向发动机燃油系供油。
如此重复测定3次, 记录每次耗油数量和相应的时间, 算出耗油率, 然后求出平均值, 即为所求耗油率。
测量时, 应使耗油计时计量与观察扭矩同步进行, 在发动机或动力输出轴转速稳定在额定状况时测定。
(7) 耗油率计算:
式中g发—发动机耗油率 (克/马力·h) ;
D—量筒内径 (cm) ;
h—浮子指针下降的高度 (cm) ;
d—燃油比重 (g/cm3) ;
N发—测得的发动机额定功率 (马力) ;
t—测定耗油的时间 (s) 。
若使用标准油耗量筒, 其内径已知;或规定每次耗油数量, 只记时间, 则分式可以简化。
例如, 使用ZTY-250型油耗测量筒进行测量。量筒内径为3.2 cm, 则底面积S=π1.62=8.04 cm2。所以量筒每1 cm高的体积就为8.04 cm3, 则:
油耗测量筒是按容量法原理进行耗油率测定的。这种方法有些地方做了局部改进, 利用光电管控制继电器动作, 使秒表开、停;另一只继电器按顺序转动手柄, 完成测定动作。现在研制的拖拉机田间测试仪, 对于耗油率和功率同时测量, 直接读数, 并能自动记录测试结果。
参考文献
[1]黄丙申, 修德龙.农用拖拉机功率间接测量方法的研究[J].拖拉机与农用运输车, 2007 (05) .
发动机功率 篇7
一、使用防冻液的优点
1. 防冻功能
冷却系统中最常见的问题就是生锈、结垢、腐蚀等, 而造成这些问题的主要原因就是没使用防冻液, 特别是在冬季气温低的情况下, 极易造成发动机零部件损坏, 其原因是:水的冰点为0℃, 在发动机停止工作时, 外界气温会使水结冰而膨胀, 从而导致水箱冻裂, 水泵无法工作, 而且水道内的冰会直接影响发动机运转。因此, 在发动机的水箱中一定要加防冻液。防冻液的全称是防冻冷却液, 意为具有防冻功能的冷却液, 它的低凝点 (-42℃) 可在极冷的天气下使用, 但是, 防冻液不仅仅是冬天用的, 它应该全年使用。
2. 防冻液的沸点高
水的沸点是100℃, 防冻液的沸点高可达120℃, 可在夏季有效解决发动机“开锅”现象, 其散热效果也比普通水好。
3. 防冻液可以防垢
用普通水做冷却液最让机手头疼的就是水垢 (也就是通常所说的水碱) 问题。水垢附着在水箱、水套的金属表面, 使散热效果越来越差, 而且清除起来也很困难。优质的防冻液采用蒸馏水制造, 并加有防垢添加液, 不但不产生水垢还具有除垢功能。当然, 如果水垢很厚, 最好还是先用水箱清洗液彻底清洗后再添加防冻液。
4. 防腐蚀功能
发动机及其冷却系统都是金属制造的, 有钢、铜、铁、铝等。这些金属在高温下与冷却水接触, 时间久了都会受到腐蚀, 还会生锈。而防冻液不仅不会对发动机冷却系统造成腐蚀, 而且还具有较强防腐防锈功能。还可以润滑水泵, 保障水泵正常工作。但是, 仅使用防冻液不能完全解决发动机腐蚀问题, 例如缸套穴蚀问题。
二、柴油发动机缸套穴蚀发生的原因
高速柴油发动机多数都装有可更换的金属合金缸套。在发动机工作时, 由于缸套穴蚀的发生而造成缸套的加速腐蚀。如果用普通水做冷却液, 在恶劣的条件下, 柴油发动机将在工作500 h后, 缸套就有可能被水渗透而穿孔, 所以了解缸套穴蚀产生的原因及如何预防是极其重要的。
气缸缸套是通过加压安装到发动机壳体中, 用密封垫将润滑系统和冷却系统沿缸套密封隔离, 活塞的上下运动通过连杆带动曲轴做旋转运动, 活塞上下运动时对缸套内壁 (内侧面) 施压, 即伴随活塞的往复运动对缸套进行敲击, 活塞与缸套, 缸套与发动机壳体之间的空隙, 使得活塞的敲击变成了高频震荡, 犹如打铃时的震荡一样。与冷却液接触的缸套外壁 (外侧面) 相对于冷却液作来回往复运动, 缸套移开时, 这种急速运动可能产生一些小的气泡, 而当缸套返回时, 这些气泡又会不断地破裂, 在局部的小范围内产生很大的冲撞力, 从而造成所谓的气蚀, 又叫穴蚀。
气泡破裂所产生的巨大冲撞力又不断地撞击缸套外表面, 其结果是裸露的缸套外表面受到很大应力, 在缸套外表面造成局部腐蚀, 并因局部腐蚀形成垂直小孔, 这一过程如果持续进行, 那么这些不断形成的小孔将会穿透缸套壁。在发动机工作时, 机油和柴油就会穿过小孔进入冷却液当中。而在发动机停机时, 冷却液又通过这些小孔进入气缸中, 在缸套的任何部位都有可能发生孔蚀。其中最为常见的部位是气缸点火活塞敲击处的外壁, 其次是相反方向一侧, 通常在发生强烈振动的地方都会出现穴蚀。
冷却液中所产生的气泡类似于烧开水时所形成的气泡。众所周知, 压力容器中的水会在较高的温度下才沸腾, 同样, 影响缸套周围局部压力或局部温度的任何因素, 都会对气饱的形成产生影响, 最终影响到缸套的穴蚀的形成。冷却系统的一些故障 (如漏气等) , 在缸套附近形成的局部热点或局部低压区, 都会使这些地方发生穴蚀, 另外, 冷却液中的空气 (其中的氧气) 也会加速腐蚀。
冷却系统除了穴蚀外, 还有杂质或水垢沉积, 一般金属腐蚀、形成泡沫等。怎么来解决这些问题呢?只有加强对冷却系统的维护与保养。
三、冷却系统的维护与保养
统计数据表明:40%的发动机故障的起因来自冷却系统。自高速柴油发动机投入使用以来, 一直使用辅助冷却液添加液 (简称SCA) 预防发生缸套穴蚀, SCA中所含的化学添加液 (称为DCA4) 主要成分为硝酸盐和钼酸盐。在冷却系统中按照推荐浓度使用SCA, 可以有效预防缸套的穴蚀的发生。其工作原理为:通过把很软的氧化铁 (铁锈) 转化为很硬的Fe3O4 (与天然磁铁成分相同) , 从而在缸套外壁 (与冷却液接触一侧) 形成一层细微的坚硬保护膜。这种坚硬的保护膜能够有效地防止气泡破裂撞击所造成的损害。只要SCA (DCA4) 的浓度保持足够, 保护层所受到的任何损伤都可以得到恢复。
为了预防缸套孔蚀和结垢, 应在冷却系统中的添加SCA。冷却液滤清器 (俗称水滤器) 中含有SCA。可以补充冷却系统中所需要的SCA, 同时还起到过滤作用, 保证冷却系统的清洁。
对于冷却系统的保养来说, SCA的初始添加量和日常维护保养 (维持一定浓度) 用量极为关键, 它将往往会成为困扰用户的难题。一般地, SCA的补充液量是维护时间间隔所需添加量的3~4倍。初始的添加问题则更为复杂。因为要做到正确添加液量, 必须首先要知道冷却系统的容积, 但这一数据往往难以得到。如果维护人员不懂得初始添加的正确性和必要性, 则SCA的浓度将永远达不到冷却系统的要求。另外还有一个问题, 就是冷却液的泄漏。一般维护人员会给冷却系统添加防冻液, 却没有考虑到SCA的浓度, 即使更换冷却液滤清器 (水滤器) 或者添加的SCA, 但若不能保证冷却系统SCA的浓度, 仍然不能维护缸套, 防止穴蚀。所以, 要保证冷却系统SCA的浓度适当, 应经常测试冷却液中SCA的浓度。
为了保证冷却系统得到正确的维护与保养, 推荐建立如下维护与保养程序:
1) 建立维护保养记录。查看记录, 确认冷却系统中冷却液的化学成分含量是否适当;
2) 防止冷却系统里冷却液过满。现场观察, 检查水箱里的冷却液是否太满, 若太满, 冷却液将会因热膨胀而滋出, 造成SCA流失;
3) 检查冷却系统的管路。若发现任何类似水垢状物质, 则显示很可能SCA的含量不足, 需要及时补充SCA;
发动机功率 篇8
自行式全液压重型平板车(简称重型平板车)采用全液压驱动,用现代微电子控制系统进行控制,是一种机、电、液一体化的新型工程机械[1]。
重型平板车是一个复杂的大功率机械装置,工作时能量消耗较大。如何有效地使发动机和传动系统同外部负荷之间始终保持最合理的匹配进而提高能量利用率是国内外研究人员一直没能彻底解决,并长期困扰平板车设计的问题。液压系统与发动机功率匹配系统性能不仅受发动机、液压元件自身性能的影响,而且还取决于各部分元件参数之间是否合理的匹配。将负载、变量泵、柴油机三者作为一个整体来考虑,在不同工况下通过不同的控制方法来解决三者的动态匹配问题,对于提高重型平板车操控性能、能量利用率和生产效率具有重要意义。本文以TMZ100型重型平板车开发实践及现场试验对重型平板车的电液控制系统的功率分配进行分析,从辅助作业功率和行走功率与发动机功率匹配、柴油机最佳工作点的调节等方面对平板车的节能、提高生产效率进行深入研究。
1 重型平板车功率分配
重型平板车动力传动系统主要由发动机、弹性联轴器、液压系统等组成。平板车液压系统主要包括液压驱动系统、辅助工作系统(即升降调平系统和转向液压系统)。发动机功率一部分为行走液压功率流,另一部分为辅助工作液压功率流。确定重型平板车动力装置功率的通常做法是,将平板车满载平地最高速度需要的闭式驱动系统的功率与辅助工作系统所需的最大功率相加,即
Pz=Pq+Pf (1)
式中,Pz为平板车所需总功率;Pq为闭式驱动系统所需功率;Pf为辅助工作系统所需功率。
1.1 行走系统功率分析
TMZ100型重型平板车的驱动液压系统为闭式系统,采用液压泵-液压马达容积调速回路[2],驱动系统由1个电比例变量泵和8个并联的电比例变量马达组成,液压马达通过行星减速机驱动轮胎实现行走,图1为驱动液压系统原理图。通过调整液压泵与液压马达的排量控制平板车的行驶速度。根据已知的液压系统、发动机及轮胎的参数,可以得到驱动液压系统的驱动力-速度曲线,如图2所示。
驱动力-速度曲线表明,1点为最大驱动力点,2点为液压泵最大排量点,3点为设计最高车速点。
闭式驱动系统消耗的发动机功率为各驱动马达消耗功率之和,驱动马达消耗的功率与马达所受阻力矩Mi和马达旋转速度n有关。闭式驱动系统消耗的发动机功率可表示为
式中,r为车轮动力半径,m;v为车速,km/h。
驱动系统消耗的功率还可以用驱动泵的输出功率表示:
式中,qVq、qVb分别为驱动液压泵、补油液压泵的输出流量,L/min;Δpq、pb分别为驱动液压泵的压差、补油液压泵的工作压力,MPa;Vq、Vb分别为驱动液压泵、补油液压泵的排量,mL/r;nq、nb分别为驱动液压泵、补油液压泵的转速,r/min。
1.2 辅助工作系统功率分析
TMZ100型重型平板车辅助工作系统主要包括转向和悬挂升降两个子系统,其液压系统原理如图3所示。该车升降液压系统和转向液压系统共用一个负荷敏感恒功率泵。重型平板车需要实现多种转向模式,如直行、斜行、横行、摆头摆尾转向和中心回转。平板车采用独立转向,每个悬挂都由独立的液压缸控制其转向。TMZ100型重型平板车转向和悬挂升系统采用负荷敏感比例多路阀控制,不仅提高了车辆转向和升降的操控性能,而且保证了系统提供的压力和流量与执行元件所需压力、流量相匹配[3]。
对于辅助液压系统,当整车进行升降操作或转向系统进行中心回转、斜行、横行、摆头摆尾转向时,其他液压系统均不工作;当整车中心回转、斜行、横行、摆头摆尾时,辅助液压系统也不工作。发动机所发出的功率全部供行走系统使用。车辆行驶转向时,驱动系统和转向系统可能同时工作,此时消耗的功率最大。同理,辅助工作系统消耗的发动机功率也可以用工作泵的输出功率表示:
式中,qVf为工作泵的输出流量,L/min;pf为工作泵的工作压力,MPa;Vf为工作泵的排量,mL/r;nf为工作泵的转速,r/min。
1.3 平板车运行功率分配
行走系统和辅助工作系统共用同一台柴油发动机。当行走系统不工作而辅助系统工作时,由于液压系统为变量泵负荷敏感系统,液压系统的压力和流量与负载所需的压力和流量自动匹配,此时柴油发动机的功率全部用于辅助工作系统,只需调节发动机的油门开度使发动机的输出功率满足辅助工作系统的需要即可。当行走系统工作时,可能与转向系统同时工作,这时就要将发动机的输出功率合理地在行走系统和转向系统之间分配。对于行走机械,为了保证车辆安全行驶,首先应该确保转向系统的正常工作,实时检测辅助工作泵的工作状态,调节发动机的输出功率满足实际需要。当发动机达到最大功率时,转向系统和行走系统同时工作可能导致发动机失速,此时,应降低车辆的行驶速度以保证转向系统正常工作。平板车运行功率分配是重型平板车液压系统与发动机功率匹配的基础。
2 发动机与液压系统功率匹配的基本原理
平板车的发动机-液压传动装置-负荷是一负荷敏感系统。从负载出发,先实现泵与负载的局部匹配,通过控制泵和马达的排量来实现泵与负载的匹配。而在泵与发动机的局部匹配中,按照泵与负载的匹配功率,确定发动机的最佳节能工作点,通过自动调节发动机油门大小,使柴油机工作在最佳节能工作点附近,从而实现发动机与液压系统的功率匹配。
2.1 泵与发动机的功率匹配
发动机的输出功率为
式中,Pe为发动机的输出功率,kW/h;Me为发动机的输出转矩,N·m;ne为发动机的输出转速,r/min。
由式(1)、式(3)、式(4),液压泵的输出功率为
式中,Pp为液压泵总的输出功率,kW/h。
由于泵与发动机通过弹性联轴器直接连接,有ne=np=nb=nf。由传动关系知,Pp与Pe又满足:
Pp=Pe (7)
当发动机期望工作在某一工作点时,其输出转矩为一常值,所以,泵与发动机的功率匹配有关系式:
式中,Mp为液压泵吸收的转矩,N·m。
2.2 柴油机最佳工作点的选取
根据对柴油机的负荷特性和燃油消耗特性分析可知,发动机工作在某一油门位置时,对应存在一个最大功率点。在不同的油门位置下,虽然都可以工作在最大功率点,但在有些最大功率点处发动机抗过载能力很差,容易导致发动机熄火。由发动机的万有特性知,等功率线与等燃油消耗率线相切时的工作点为最佳节能点。发动机在最佳节能点处工作时,完成相同的作业量,其油耗最小[4]。为了更好地适应外负载的变化,保证系统的高效率,保证发动机的最佳匹配动力性和经济性,一般根据外负荷的状况控制发动机转速的变化,通过调整泵的排量及发动机油门大小使其适应外负荷在该状况下的变化,从而使发动机在该转速下的功率得以充分发挥且燃油经济性最好。
发动机扭矩外特性与目标值负荷率的关系如图4所示。图4中,曲线A-B-C为发动机扭矩曲线,曲线F-D-E-C为外负载扭矩曲线,n0为发动机怠速,n1为液压泵的启动转速,n2为发动机最大扭矩时转速,n3为发动机额定转速。发动机在工作时,它所受的扭矩M为自变量,M的大小取决于外接负载的大小。在发动机正常工作时,外接负载低于该转速位置时的最大负载[5]。
根据实际工作需要,可以根据工况将发动机的工作点设置在最大功率点,也可以将工作点设置在最佳节能点。在实际需要大功率运转前提下,发动机工作功率点的设定应如图4中的F-D-E-C曲线,使得在每个工作点都留有一定的过载余量。当工作负荷较小时,应尽可能将发动机工作点设置在最佳节能点。这样,既满足了复合动力装置高效率、高动力性的要求,又使发动机有一定的动力储备,有利于提高加速性能,并且在遇到突发载荷而控制装置因惯性滞后调节时,可以防止发动机熄火[6]。
TMZ100型重型平板车采用卡特皮勒C7ACERT柴油发动机,图5所示为该发动机的外特性曲线。发动机飞轮转矩的增大会引起发动机转速的下降(掉速),当发动机转速下降至最大转矩点时,发动机输出转矩开始下降,此时发动机工作不稳定,转速急剧下降直至熄火。为了防止发动机熄火和充分利用发动机功率,只有及时减小液压泵的排量,降低发动机的负荷。从图5可以得出,只有当发动机工作在(1500,1900)r/min区段时才可兼顾发动机输出功率与转矩均在较大且比油耗最小状态。
2.3 负载与泵的匹配
对于驱动液压系统,马达通过减速机与轮胎连接,所以负载与泵的匹配实际上是马达与泵的匹配。从理论上讲,马达与泵并无特殊的匹配关系,但是,在平板运输车的液压驱动系统中,马达与泵有排量上的匹配关系。另外,当马达排量一定时,负载的大小直接决定液压系统的工作压力。因此,马达的排量控制对平板车操控性能的影响很大。TMZ100型重型平板车采用电比例变量马达,调节马达排量可以调节系统的工作压力以及整车的行驶速度。
对于辅助液压系统,负荷敏感系统可根据实际工作需要,调节工作泵的输出压力和流量,自动适应系统负载变化,从而保证了辅助工作系统的泵与负载的功率匹配。
3 平板车发动机与液压系统功率匹配的实现
通过压力传感器检测液压系统的负载信号,通过转速传感器检测发动机的工作状态,控制器根据检测到的信号分别控制发动机、变量液压泵和变量马达,构成电液比例功率匹配控制系统。在进行整车功率匹配时,首先应识别辅助工作系统的工作状态,将发动机调节到合适的功率点,以期满足液压系统的需要。当发动机功率不能同时满足行走系统和辅助工作系统需要时,应减小车速,保证辅助工作系统正常工作,防止发动机过载失速。功率匹配控制流程如图6所示。
一般平板运输车重载时速度设定为6km/h,空载时速度设定为12km/h。首先根据不同速度要求,将发动机转速、泵排量、马达排量设定为某个合理配置。平板运输车运行时,在满足系统驱动力和速度要求的情况下,还应尽量将马达和泵配置在高效区。实时检测泵A、B口压差、车速和发动机转速、油门开度等参数,然后按照一定的运行控制规律选择运行模式并计算希望调节的参数,根据负载的变化实时调整发动机转速、油门开度、泵排量和马达排量,使其按照希望的运行模式和调节参数运行。运行控制规律如下:
(1)若系统工作压力大于或小于某设定值,则应增大或减小马达排量,调节时尽量使泵、马达的排量值落入高效区。
(2)在低速至中速区域,选择泵按恒功率模式工作,马达排量锁定在最大排量附近;在中速至高速区域,选择马达按恒压变量方式工作,泵的排量锁定在最大排量附近。
(3)柴油发动机正常运转时,尽量将其转速控制在1500~1900r/min范围内,保证油耗较小并兼顾发动机输出功率与转矩。
(4)在行走过程中转向液压系统开始工作时,会造成发动机过载并失速,通过先减小液压马达排量再减小闭式液压泵排量来降低驱动液压系统消耗的功率,使发动机的转速恢复正常,这时发动机分出来的功率就供给辅助液压系统,保证发动机不会因为过载而熄火。
TMZ100A型平板车测试现场如图7所示。控制系统采用CAN总线控制,参与控制的发动机、泵、
马达等部分的运行参数均能从总线上直接读取并保存在控制器里,通过计算机与CAN控制器的通信能将控制器上的数据保存到计算机上进行离线分析。图8所示为TMZ100A型平板车不同速度下的系统效率曲线。图8表明,功率匹配系统的开发对于提高重型平板车整机运行效率有明显的作用。采用功率匹配控制的重型平板车基本上解决了发动机熄火的问题。
4 结论
针对TMZ100型重型平板车液压系统的特点和整车性能的要求,开发出了适用于该重型平板车的功率匹配系统。提出平板车液压系统与柴油发动机匹配时,要将液压系统正常工作的工况匹配在柴油发动机最大功率、低油耗区,并防止柴油机过载熄火;泵与负载匹配时,应将系统压力和泵、马达排量配置在其自身高效区。通过现场试验测试,TMZ100型平板车运行平稳,所设计的功率匹配系统各项指标均满足设计要求,实际运行表明,所设计的功率匹配系统及其控制规律对设计其他自行走全液压重型平板车及工程机械具有指导意义。
参考文献
[1]赵静一,李侃.重型平板车发展现状与趋势[J].东北大学学报,2008,29(S2):258-261.
[2]王智勇.900吨运梁车新型电液控制系统研究与工程实践[D].秦皇岛:燕山大学,2007.
[3]王智勇,赵静一,张齐生.负荷传感技术在重型平板车液压控制系统上的应用[J].中国工程机械学报,2005,3(4):435-438.
[4]彭天好,杨华勇,傅新.工程机械中泵与发动机匹配[J].工程机械,2001(8):37-40.
[5]赵静一,王智勇,覃艳明,等.TLC900型运梁车液压驱动系统与发动机功率匹配研究[J].中国机械工程,2007,18(7):878-881.
发动机功率 篇9
某排量为2. 0L的电控柴油发动机工程目标为110k W /4000,功率点排气温度为650℃。
该发动机在做500小时全速全负荷耐久试验运行到83小时发现在功率点转速时修正后功率为101k W,排气温度为582℃ ; 运行到110小时,功率进一步降低为91. 4k W,排气温度降低为534℃;运行到111小时,发动机无法点火。
功率低于工程目标,排温低,发动机无法点火,说明发动机出现了严重故障,现针对故障做针对性故障分析及问题排查。
2 故障分析
针对故障,建立故障原因分析鱼骨图。
2. 1 发动机掉功率
油气混合不充分燃烧不好及活塞与活塞环密封不良通常会导致发动机功率损失。因此发动机掉功率主要从油路、气路及机械故障三方面着手分析。
2. 2 发动机排温低
发动机排温低主要和喷油正时及排气门升程、EGR率相关。喷油提前角变小、燃烧提前,排温低; 排气门升程变小,排气不能及时、全部排出,缸内氧浓度变小,燃烧不充分,造成发动机排温低。同样EGR率变大缸内氧浓度降低,导致排温低。因此需要排查喷油正时、排气门升程、EGR阀及EGR真空调节器的功能是否正常。
2. 3 发动机不能点火
发动机不能点火通常从以下几个方面排查: 台架线束、ECU供电、喷油量、轨压建立、正时相位、低压燃油供给压力、低压回油压力,节气门。
3 问题排查
3. 1 油路排查
通过连接INCA发现发动机喷油量正常、轨压正常,低压供油压力为5. 2bar,满足4 - 6bar要求。低压回油压力为0. 5bar,满足0. 3 - 0. 8bar要求。
3. 2 气路排查
3. 2. 1 液压挺柱排查
该发动机气门驱动机构中使用液压挺柱形式,由于该液压挺柱刚刚切换供应商的缘故,缸盖主油道的液压挺柱进油孔相比较原供应商截面积较小,影响注入液压挺柱进油量,可能会引起液压挺柱高压缸内活塞泄油,气门升程减小,发动机功率及排气温度降低,因此作为重点排查方向。
打开发动机缸盖罩,通过手按压液压挺柱,发现液压挺柱并没有泄压。排除了液压挺柱泄油导致气门升程减小的可能。
但同时发现喷油器积碳严重,说明缸内空气量较少,混合器过浓,燃烧较差。
3. 2. 2 排气背压排查
排气背压较大会降低发动机功率。该发动机要求排气背压≤40k Pa,试验数据监测显示实际背压值为31k Pa,满足要求。排除了增压器、背压调节阀堵塞导致背压增大的可能。
3. 2. 3 EGR 阀及 EGR 真空调节器排查
EGR系统向缸内导入排气,如果EGR阀不受控制地全开,会降低缸内氧含量导致燃烧不充分、降低发动机功率。
该款柴油机通过ECU电控EGR真空调节器,进而控制EGR阀开启,因此需要排查的零部件有:真空泵、真空泵到EGR真空调节器管路、EGR阀、EGR阀真空调节器。
通过使用示波器等工具发现EGR阀、EGR真空调节器、连接管路均没有问题。
3. 2. 4 增压器及连接管路排查
中冷进气管、中冷出气管如果发生泄漏,会影响增压压力,增压压力不足会导致发动机功率损失。
通过目测发现中冷进、出气管路并没有发生泄漏。INCA显示增压器开度为闭环控制,在可控制范围之内。
3. 3 电气及试验室台架排查
该试验台架为AVL试验台架,为电涡流式台架,精度较准确,通过调试 程序,发现并没 有异常。
更换排气温度传感器及其通道,发现排气温度和原来一致,排除测量误差导致。
3. 4 机械排查
活塞环与缸套密封不严会导致发动机功率下降。如果活塞环与缸套密封不严,活塞漏气量数值会异常。该款发动机的曲轴箱窜气量工程目标为48L / min,试验台架检测,试测值为35L / min,符合要求。排除了活塞环机械失效可能。
3. 5 正时排查
发动机运行到111小时,无法点火。
连接INCA,查找发动机报错,发现如下报错DFC_ EpmC a SI1Ofs Err,此报错表示凸轮轴信号与曲轴信号偏差过大,即发动机正时出现异常。
在排查正时过程中发现曲轴正时皮带轮螺栓断裂,通过图片可以看出,螺栓断面不是很整齐,说明断裂是一个长期过程,在断裂过程中,正时逐渐发生偏移,功率逐渐下降,缸内排气不能及时排出,排温逐渐降低。当正时偏移量过大无法满足ECU起动条件时,发动机无法点火。
进一步拆解发动机,可以看到活塞上有排气门撞击的痕迹。
4 故障再现及原因分析
4. 1 故障再现
发动机在运行83小时时,发动机修正后功率为101k W,排气温度为582℃,此时曲轴正时皮带轮螺栓已经发生塑性变形,正时皮带和曲轴发生轻微的不同步导致正时相位轻微偏移。由于偏移程度小,并不影响发动机运转,但引起了排气门过早关闭,排气不畅,造成功率下降及排气温度偏低,缸内有积碳发生。
随着发动机的运行,正时皮带螺栓塑性变形严重,加剧了正时偏移。在发动机运行到110小时时,修正后功率进一步下降到91. 4k W,排气温度下降到534℃。此时曲轴正时皮带轮螺栓已经接近断裂的边缘。
发动机运行到111小时时,曲轴正时皮带轮发生断裂,活塞撞击气门,正时严重偏移无法满足ECU点火条件,发动机不能点火。
4. 2 原因分析
通过细致分析正时皮带轮螺栓断裂的原因,发现断裂是由于曲轴正时皮带轮螺栓孔内螺纹长度不够,正时皮带轮螺栓局部应力过大,在全速全负荷的苛刻工况下螺栓发生断裂。由于应力过于集中导致曲轴前端有裂纹产生。
同时,正时皮带轮螺栓断裂后,正时皮带轮与曲轴上的定位键由于不能承受传递力矩,发生断裂。
5 总结
在分析发动机失效时,不同的失效模式应该有针对性的分析,找出与失效模式相关的因素。运用INCA、示波器等标定电子手段,在不拆解发动机的前提下,找出问题的大方向。做出鱼骨图,顺着“骨刺”上的因素逐一排查,最终发现问题,解决问题。