《装备制造技术》2010年第4期
发动机台架试验浅析
廖明明，林伟键
（柳州五菱柳机动力有限公司，广西柳州545005）
摘要：简述了发动机台架试验在生产过程中的所起到的作用，以及采用不同连接方式的试验台架在试验过程中的区别，对拉缸及水泵汽蚀的故障做了分析，并提出了相应的解决办法。关键词：发动机；试验；故障；解决中图分类号：U467.5+22
文献标识码：B
文章编号：1672-545X（2010）04-0167-03
随着汽车产业的飞速发展，各类型汽车对发动机各项指标的要求越来越高。而在发动机的研发及验证过程中，发动机的台架试验是检测发动机性能指标及可靠性的重要环节，尤其是对在台架试验过程中出现的各类故障的分析和处理。
速器的机械损失，但同时也有无法模拟整车环境的缺点；这种连接几乎适用于所有机型的台架试验，适用性广（见图1）。
1发动机台架试验的目的
作为一个以生产发动机为主要产业的企业，发动机试验
飞轮通过连接轴
直接与测功机连接
室提供企业在各种产品的各个阶段的测试、验证以及改进的技术支持。
（1）企业新产品的开发过程中发动机雏形出来后，需要对样机进行详细而准确的台架试验，来验证整机的性能及可靠性是否达到设计要求，同时考核各个零部件的可靠性，并通过这个过程，来对发动机进行改进。而发动机的改进，大多是在试验时的故障处理过程来完成的。
（2）成型的发动机产品的考核。无论多么成熟的发动机，都必须通过不断改进来适应汽车的需求，因此对成熟的发动机产品进行技术考核来改进各个细节，使其更加完善，完全是必要的。
（3）发动机重要零部件的考核。发动机的主要零部件决定了发动机的性能，对发动机零部件的考核与整机的考核同样重要。对试验所要考核的零部件进行相关的试验，然后拆检分析，是提高零部件质量的重要手段。
2.2
软连接
将试验发动机装配好变速器后，再通过变速器输出端连“软连接”，是应用方便的接联接轴，然后与测功机相连，称为一种模拟整车环境的连接方式。这种方式是通过变速器来输出动力，所以其功率有所损失，但它能更加准确地模拟整车环首先是由于是通过变速器连接测功机，境。这种方式的优点，
发动机的输出比较稳定，不会对测功机产生强烈的震动损伤，于是连接过程中也可以减去缓冲胶这个部分，从而降低了成本；其次，由于采用了软性连接且输出稳定，在发动机安装过程中，对发动机与测功机中心的偏心量要求会降低，这对安装过程起到了很大的简化作用；还有就是带变速器的整机状态发动机，在安装到台架上时，可直接采用车用悬挂来支撑，无须像“硬连接”方式那样设计试验用的悬挂系统，这样也极大的节省了设计成本。但是由于前后驱的发动机变速器输出端“软连接”一般只适用于后有很大区别，单测功机的试验台架，驱式发动机（见图2）。
由于发动机输出驱动方式的区别，发动机变速箱结构也有所不同，这样就形成了两种不同的试验方式。这两种方式的区别，主要是连接方式上的有所不同。2.1
硬连接
这种方式是应用得比较多的一种，在试验台架上将未带变速器的发动机的飞轮通过连接盘、连接法兰、连接轴及缓冲胶与测功机直接连接起来，然后再进行常规试验。这种连接的好处在于：试验时能直接传达发动机的输出功率，没有通过变
收稿日期：2010-01-19作者简介：廖明明(1984—)，男，湖北潜江人，工程师，主要从事发动机的台架试验工作。
图2
软连接
发动机通过变速器与连
接轴后再连接测功机
图1硬连接
2台架试验的方式
167
EquipmentManufactringTechnologyNo.4，2010
3台架试验常见问题分析
发动机台架试验过程中涉及的方面很多，试验过程中也
会产生很多问题。下面是就一些具体的事例，对试验过程中发生的常见且危害较大的故障，做出分析和提出解决方法。3.1
拉缸故障
发动机活塞运动相当于人体的消化系统，是发动机动力的源泉。良好的活塞运动，
能使发动机产生强劲的动力，带动车辆正常行驶。发动机拉缸，属严重故障，也是常见的故障。具体表现为气缸壁表面出现刮伤、拉伤等沟槽状痕迹，严重时活塞与气缸壁粘连，活塞卡滞，导致发动机产生一系列不良现象，甚至不能工作。在LJ376QC高速柴油机样机的开发试验过程中，曾出现了几起拉缸故障。3.1.1发动机自动熄火
在进行600h台架交变负荷可靠性试验过程中，发动机自动熄火；转动曲轴皮带轮，在约80°的转动范围内有异响声。
经拆机检查，发现一缸连杆中部扭曲，连杆小头破裂，一缸缸孔有条状刮伤痕迹。
对二缸活塞销进行磨损测量（如图3），径向尺寸D1、D2、D3符合技术要求。
荨64.3
荩
▲
荨
▲
▲
▲
荩
D
D1
D2
D3
茛茛
10
茛
茛
荨
荨荩30
荨
50
荩
荩
图3对二缸活塞销进行磨损测量
对连杆小头衬套孔进行磨损测量（如图4），连杆小头衬套孔直径D3在Z-Z向变形严重超差。
x
y
z
L
y
x
D1
5
D3茛
荨
荩
荨荩荨
荨D2荩荩5
图4对连杆小头衬套孔进行磨损测量
原因分析为铰削连杆小头衬套孔时，铰刀倾斜面造成连杆小头衬套孔偏斜，活塞销中心线与连杆小头中心线不平，造成柴油机运转时活塞向缸孔一边倾斜，导致柴油机发生拉缸故障。
3.1.2机油压力表读数很小
在进行1000h全速全负荷耐久试验过程中，发现机油压力表读数很小（0.05MPa），停机对发动机进行检查，油标尺指示刻度中间，转动曲轴有阻滞现象。
拆机检查发现全部连杆瓦内无机油，部分瓦有烧黄、烧
168
焦、槽状拉毛痕迹，二缸缸孔上部有较深条纹伤痕，油底壳内
有大量浓稠机油沉淀物。
原因分析为台架试验没有使用空气滤清器，高速运转中柴油机排放烟度较大，使机油在柴油机不断工作过程中，被从空气中吸入的尘土及发动机燃烧排污和自身磨损产物污染，并在高温作用下逐渐恶化，变为润滑作用很差的油污沉淀物，从而柴油机得不到润滑，造成拉缸故障。3.1.3排温及水温偏高，出水时断时续
进行LJ376QC外特性试验，
转速4000r/min时，排温偏高（680℃），水温偏高（97℃），水箱出水时断时续，有明显气泡，出水气堵现象严重，排气管排出高浓度白烟，发动机功率快速下降，然后自动熄火。
经拆机检查，发现进气管内有水；气缸盖垫片与机体、缸盖多处粘连，缸垫出水孔周围有浸泡水痕，连接两缸孔中间处有窜气迹象；活塞顶部局部有灰白色点、块痕迹，为水气燃烧所致；二缸缸孔有约6mm宽、2mm深的长条刮痕。
经测量，气缸盖平面度为0.16mm，技术要求为0.04mm，磨损严重；二缸缸孔圆柱度为0.09mm，技术要求为0.008mm，明显超标；气缸盖垫片原板采用石棉金属复合板，热膨胀性能较差，抗腐蚀性较差；气缸盖垫片通水孔相对机体、气缸盖出水口偏小，阻碍了冷却水的流通，形成气阻。
故障原因分析为：柴油机排温过高，同时冷却水流动受
阻，水温较高，造成柴油机工作温度过高，二缸缸孔受热不均匀，局部过热，导致其机械性能如强度、韧性等下降，产生变形。而机油因温度高粘度下降，润滑性较差，造成运动异常磨损，易产生拉缸故障；柴油机工作温度过高，气缸盖平面产生变形，而气缸盖垫片工作性能较差，造成柴油机“窜气”、“冲床”现象，水进入缸孔，稀释缸壁机油油膜，易产生拉缸，或水中带着杂质进入缸孔，形成磨料附着在缸壁上，导致缸壁产生平行于气缸轴线的拉痕。3.1.4采取的多种应对措施
针对LJ376QC柴油机在研制过程中出现的各种拉缸故障，我们从柴油机关键零件的选用、装配过程以及操作使用过程等方面采取对措施：
（1）气缸盖垫片原板使用石棉金属复合板，减少产生“冲床”现象的发生；
（2）采用滤清效率较高的空气滤清器及机油滤清器；（3）应保证装机环境的清洁度，并严格按工艺规程进行装配操作；
（4）柴油机必须按规定进行磨合，磨合后应更换机油；（5）注意更换空气滤清器、机油滤清器；
（6）注意加冷却水及标准机油，观察水温、油温，如温度过高，应停机检查；
（7）严禁柴油机冷起动后不经暧机马上加大负荷运转，或长时间超速超负荷运转。3.2
水泵汽蚀现象
在发动机可靠性试验过程中，由于某些原因，使水泵的内部局部压力降低到水的饱和蒸汽压力时，水就会产生汽化现象，而形成气泡混合在水流中。在流动过程中离析出来的大量
《装备制造技术》2010年第4期
气泡，随着水流进入水泵的高压区，这时大量的气泡受到周围高压水的压挤而迅速溃灭，气泡又重新凝结成水，这种现象称为水泵的汽蚀现象。
在产生汽蚀的过程中，因为水流中包含的大量气泡在溃灭过程中，破坏水流正常流动的规律，使流道内过流的断面改变，流向也不正常，因而叶轮与水流之间能量交换的稳定性遭到了明显破坏。能量损失增加，引起水泵的流量减少，扬程迅速下降，效率明显降低，严重时可发生断流状态。
当气泡受高压水流挤压，冲向气泡中心时，由于很强的冲使部件的表击碰撞，产生剧烈的水锤。由于水锤的打击作用，面形成塑性的变形和硬化，产生金属疲劳现象。材料性质变经常作用而形成麻点，进而形成裂隙，直脆，产生剥蚀和裂纹。到水泵的叶轮或泵壳被蚀坏，甚至形成断裂现象（见图5）。
湘仪台架
扬程（H，m）
[**************]0
20
40
60
80
[1**********]0
180200
n=3000（水泵转速）
n=4500n=4000n=3500
n=4822
流量Q（L/min）
整车散热器台架
南峰台架
图6汽蚀现象对水泵性能的影响
水泵的叶
片存在不正常的凹坑
水泵叶片严重断裂
从图上可以看出，整车散热器模式对防止水泵汽蚀应该有很好的作用，因此可以在台架冷却水系统上安装水箱盖，控但这样同时也存在一定的缺陷，制水压排气来改善汽蚀现象。
发动机冷却系统胶管、水堵等长期处于高压状态，对发动机及工人存在着安全隐患。
图5汽蚀现象产生剥蚀和裂纹
在进行发动机耐久试验过程中，公司的湘仪试验台架容易发生水泵汽蚀现象。现对公司试验室湘仪台架、南峰台架、及带整车散热器台架等冷却水系统，进行对比分析试验（见图6）。
湘仪台架上的冷却水系统连通大气，第一次排气采用人工排气，冷却水循环正常后，比例调节阀自动控制冷却水流量，水温保持在设定的温度下。
南峰台架冷却水系统也是连通大气，第一次排气采用浮子式排气，当水上升到一定量时停止排气。
加装了整车散热器系统的台架加水口盖弹簧开启压力(0.75～1.01)×105Pa，当水温升高时，散热器水压升高≥0.75×105Pa（相对压力），弹簧开启气、水流入贮水箱，当散热器气压小于大气压时，贮水箱水流回散热器。
4结束语
发动机台架试验，是一个比较复杂的过程，试验的成功与
否，在于能不能得到所需要的准确数据，而准确的试验数据，主要取决于高精度的试验设备和经验丰富试验人员，两者缺一不可。
参考文献：
[1]司利增.汽车发动机及其诊断维修[M].北京：电子工业出版社，2006.
[2]朱仙鼎.中国内燃机工程师手册[M].上海：上海科学技术出版社，2000.
机械工业出版社，2006.[3]周龙保.内燃机学[M].北京：
AnalysisofEngineTesting
LIAOMing-ming，LINWei-jian
(LiuzhouWulingLiujiPowerCo.,Ltd.,LiuzhouGuangxi545005，Chian)
Abstract:Brieflydescribedtheenginetestingsystemintheengineproductionprocesstheroleplayedby,aswellasdifferentwaystoconnectthetestbenchatthebenchduringthedifference.Byanalyzedthecausesofscratchandpumpcavitations’failure,andthenputforwardasolution.
Keywords:engine;testing;malfunction;solution
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《装备制造技术》2010年第4期
发动机台架试验浅析
廖明明，林伟键
（柳州五菱柳机动力有限公司，广西柳州545005）
摘要：简述了发动机台架试验在生产过程中的所起到的作用，以及采用不同连接方式的试验台架在试验过程中的区别，对拉缸及水泵汽蚀的故障做了分析，并提出了相应的解决办法。关键词：发动机；试验；故障；解决中图分类号：U467.5+22
文献标识码：B
文章编号：1672-545X（2010）04-0167-03
随着汽车产业的飞速发展，各类型汽车对发动机各项指标的要求越来越高。而在发动机的研发及验证过程中，发动机的台架试验是检测发动机性能指标及可靠性的重要环节，尤其是对在台架试验过程中出现的各类故障的分析和处理。
速器的机械损失，但同时也有无法模拟整车环境的缺点；这种连接几乎适用于所有机型的台架试验，适用性广（见图1）。
1发动机台架试验的目的
作为一个以生产发动机为主要产业的企业，发动机试验
飞轮通过连接轴
直接与测功机连接
室提供企业在各种产品的各个阶段的测试、验证以及改进的技术支持。
（1）企业新产品的开发过程中发动机雏形出来后，需要对样机进行详细而准确的台架试验，来验证整机的性能及可靠性是否达到设计要求，同时考核各个零部件的可靠性，并通过这个过程，来对发动机进行改进。而发动机的改进，大多是在试验时的故障处理过程来完成的。
（2）成型的发动机产品的考核。无论多么成熟的发动机，都必须通过不断改进来适应汽车的需求，因此对成熟的发动机产品进行技术考核来改进各个细节，使其更加完善，完全是必要的。
（3）发动机重要零部件的考核。发动机的主要零部件决定了发动机的性能，对发动机零部件的考核与整机的考核同样重要。对试验所要考核的零部件进行相关的试验，然后拆检分析，是提高零部件质量的重要手段。
2.2
软连接
将试验发动机装配好变速器后，再通过变速器输出端连“软连接”，是应用方便的接联接轴，然后与测功机相连，称为一种模拟整车环境的连接方式。这种方式是通过变速器来输出动力，所以其功率有所损失，但它能更加准确地模拟整车环首先是由于是通过变速器连接测功机，境。这种方式的优点，
发动机的输出比较稳定，不会对测功机产生强烈的震动损伤，于是连接过程中也可以减去缓冲胶这个部分，从而降低了成本；其次，由于采用了软性连接且输出稳定，在发动机安装过程中，对发动机与测功机中心的偏心量要求会降低，这对安装过程起到了很大的简化作用；还有就是带变速器的整机状态发动机，在安装到台架上时，可直接采用车用悬挂来支撑，无须像“硬连接”方式那样设计试验用的悬挂系统，这样也极大的节省了设计成本。但是由于前后驱的发动机变速器输出端“软连接”一般只适用于后有很大区别，单测功机的试验台架，驱式发动机（见图2）。
由于发动机输出驱动方式的区别，发动机变速箱结构也有所不同，这样就形成了两种不同的试验方式。这两种方式的区别，主要是连接方式上的有所不同。2.1
硬连接
这种方式是应用得比较多的一种，在试验台架上将未带变速器的发动机的飞轮通过连接盘、连接法兰、连接轴及缓冲胶与测功机直接连接起来，然后再进行常规试验。这种连接的好处在于：试验时能直接传达发动机的输出功率，没有通过变
收稿日期：2010-01-19作者简介：廖明明(1984—)，男，湖北潜江人，工程师，主要从事发动机的台架试验工作。
图2
软连接
发动机通过变速器与连
接轴后再连接测功机
图1硬连接
2台架试验的方式
167
EquipmentManufactringTechnologyNo.4，2010
3台架试验常见问题分析
发动机台架试验过程中涉及的方面很多，试验过程中也
会产生很多问题。下面是就一些具体的事例，对试验过程中发生的常见且危害较大的故障，做出分析和提出解决方法。3.1
拉缸故障
发动机活塞运动相当于人体的消化系统，是发动机动力的源泉。良好的活塞运动，
能使发动机产生强劲的动力，带动车辆正常行驶。发动机拉缸，属严重故障，也是常见的故障。具体表现为气缸壁表面出现刮伤、拉伤等沟槽状痕迹，严重时活塞与气缸壁粘连，活塞卡滞，导致发动机产生一系列不良现象，甚至不能工作。在LJ376QC高速柴油机样机的开发试验过程中，曾出现了几起拉缸故障。3.1.1发动机自动熄火
在进行600h台架交变负荷可靠性试验过程中，发动机自动熄火；转动曲轴皮带轮，在约80°的转动范围内有异响声。
经拆机检查，发现一缸连杆中部扭曲，连杆小头破裂，一缸缸孔有条状刮伤痕迹。
对二缸活塞销进行磨损测量（如图3），径向尺寸D1、D2、D3符合技术要求。
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图3对二缸活塞销进行磨损测量
对连杆小头衬套孔进行磨损测量（如图4），连杆小头衬套孔直径D3在Z-Z向变形严重超差。
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图4对连杆小头衬套孔进行磨损测量
原因分析为铰削连杆小头衬套孔时，铰刀倾斜面造成连杆小头衬套孔偏斜，活塞销中心线与连杆小头中心线不平，造成柴油机运转时活塞向缸孔一边倾斜，导致柴油机发生拉缸故障。
3.1.2机油压力表读数很小
在进行1000h全速全负荷耐久试验过程中，发现机油压力表读数很小（0.05MPa），停机对发动机进行检查，油标尺指示刻度中间，转动曲轴有阻滞现象。
拆机检查发现全部连杆瓦内无机油，部分瓦有烧黄、烧
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焦、槽状拉毛痕迹，二缸缸孔上部有较深条纹伤痕，油底壳内
有大量浓稠机油沉淀物。
原因分析为台架试验没有使用空气滤清器，高速运转中柴油机排放烟度较大，使机油在柴油机不断工作过程中，被从空气中吸入的尘土及发动机燃烧排污和自身磨损产物污染，并在高温作用下逐渐恶化，变为润滑作用很差的油污沉淀物，从而柴油机得不到润滑，造成拉缸故障。3.1.3排温及水温偏高，出水时断时续
进行LJ376QC外特性试验，
转速4000r/min时，排温偏高（680℃），水温偏高（97℃），水箱出水时断时续，有明显气泡，出水气堵现象严重，排气管排出高浓度白烟，发动机功率快速下降，然后自动熄火。
经拆机检查，发现进气管内有水；气缸盖垫片与机体、缸盖多处粘连，缸垫出水孔周围有浸泡水痕，连接两缸孔中间处有窜气迹象；活塞顶部局部有灰白色点、块痕迹，为水气燃烧所致；二缸缸孔有约6mm宽、2mm深的长条刮痕。
经测量，气缸盖平面度为0.16mm，技术要求为0.04mm，磨损严重；二缸缸孔圆柱度为0.09mm，技术要求为0.008mm，明显超标；气缸盖垫片原板采用石棉金属复合板，热膨胀性能较差，抗腐蚀性较差；气缸盖垫片通水孔相对机体、气缸盖出水口偏小，阻碍了冷却水的流通，形成气阻。
故障原因分析为：柴油机排温过高，同时冷却水流动受
阻，水温较高，造成柴油机工作温度过高，二缸缸孔受热不均匀，局部过热，导致其机械性能如强度、韧性等下降，产生变形。而机油因温度高粘度下降，润滑性较差，造成运动异常磨损，易产生拉缸故障；柴油机工作温度过高，气缸盖平面产生变形，而气缸盖垫片工作性能较差，造成柴油机“窜气”、“冲床”现象，水进入缸孔，稀释缸壁机油油膜，易产生拉缸，或水中带着杂质进入缸孔，形成磨料附着在缸壁上，导致缸壁产生平行于气缸轴线的拉痕。3.1.4采取的多种应对措施
针对LJ376QC柴油机在研制过程中出现的各种拉缸故障，我们从柴油机关键零件的选用、装配过程以及操作使用过程等方面采取对措施：
（1）气缸盖垫片原板使用石棉金属复合板，减少产生“冲床”现象的发生；
（2）采用滤清效率较高的空气滤清器及机油滤清器；（3）应保证装机环境的清洁度，并严格按工艺规程进行装配操作；
（4）柴油机必须按规定进行磨合，磨合后应更换机油；（5）注意更换空气滤清器、机油滤清器；
（6）注意加冷却水及标准机油，观察水温、油温，如温度过高，应停机检查；
（7）严禁柴油机冷起动后不经暧机马上加大负荷运转，或长时间超速超负荷运转。3.2
水泵汽蚀现象
在发动机可靠性试验过程中，由于某些原因，使水泵的内部局部压力降低到水的饱和蒸汽压力时，水就会产生汽化现象，而形成气泡混合在水流中。在流动过程中离析出来的大量
《装备制造技术》2010年第4期
气泡，随着水流进入水泵的高压区，这时大量的气泡受到周围高压水的压挤而迅速溃灭，气泡又重新凝结成水，这种现象称为水泵的汽蚀现象。
在产生汽蚀的过程中，因为水流中包含的大量气泡在溃灭过程中，破坏水流正常流动的规律，使流道内过流的断面改变，流向也不正常，因而叶轮与水流之间能量交换的稳定性遭到了明显破坏。能量损失增加，引起水泵的流量减少，扬程迅速下降，效率明显降低，严重时可发生断流状态。
当气泡受高压水流挤压，冲向气泡中心时，由于很强的冲使部件的表击碰撞，产生剧烈的水锤。由于水锤的打击作用，面形成塑性的变形和硬化，产生金属疲劳现象。材料性质变经常作用而形成麻点，进而形成裂隙，直脆，产生剥蚀和裂纹。到水泵的叶轮或泵壳被蚀坏，甚至形成断裂现象（见图5）。
湘仪台架
扬程（H，m）
[**************]0
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n=3000（水泵转速）
n=4500n=4000n=3500
n=4822
流量Q（L/min）
整车散热器台架
南峰台架
图6汽蚀现象对水泵性能的影响
水泵的叶
片存在不正常的凹坑
水泵叶片严重断裂
从图上可以看出，整车散热器模式对防止水泵汽蚀应该有很好的作用，因此可以在台架冷却水系统上安装水箱盖，控但这样同时也存在一定的缺陷，制水压排气来改善汽蚀现象。
发动机冷却系统胶管、水堵等长期处于高压状态，对发动机及工人存在着安全隐患。
图5汽蚀现象产生剥蚀和裂纹
在进行发动机耐久试验过程中，公司的湘仪试验台架容易发生水泵汽蚀现象。现对公司试验室湘仪台架、南峰台架、及带整车散热器台架等冷却水系统，进行对比分析试验（见图6）。
湘仪台架上的冷却水系统连通大气，第一次排气采用人工排气，冷却水循环正常后，比例调节阀自动控制冷却水流量，水温保持在设定的温度下。
南峰台架冷却水系统也是连通大气，第一次排气采用浮子式排气，当水上升到一定量时停止排气。
加装了整车散热器系统的台架加水口盖弹簧开启压力(0.75～1.01)×105Pa，当水温升高时，散热器水压升高≥0.75×105Pa（相对压力），弹簧开启气、水流入贮水箱，当散热器气压小于大气压时，贮水箱水流回散热器。
4结束语
发动机台架试验，是一个比较复杂的过程，试验的成功与
否，在于能不能得到所需要的准确数据，而准确的试验数据，主要取决于高精度的试验设备和经验丰富试验人员，两者缺一不可。
参考文献：
[1]司利增.汽车发动机及其诊断维修[M].北京：电子工业出版社，2006.
[2]朱仙鼎.中国内燃机工程师手册[M].上海：上海科学技术出版社，2000.
机械工业出版社，2006.[3]周龙保.内燃机学[M].北京：
AnalysisofEngineTesting
LIAOMing-ming，LINWei-jian
(LiuzhouWulingLiujiPowerCo.,Ltd.,LiuzhouGuangxi545005，Chian)
Abstract:Brieflydescribedtheenginetestingsystemintheengineproductionprocesstheroleplayedby,aswellasdifferentwaystoconnectthetestbenchatthebenchduringthedifference.Byanalyzedthecausesofscratchandpumpcavitations’failure,andthenputforwardasolution.
Keywords:engine;testing;malfunction;solution
169