三缸发动机分解摩擦功试验研究

卫飞，徐琳卓，秦奋，郝佳胜，易世雄

三缸发动机分解摩擦功试验研究

卫飞，徐琳卓，秦奋，郝佳胜，易世雄

（宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司，浙江 宁波 315336）

论文主要研究三缸发动机分解摩擦功试验的测量方法，对三缸发动机分解摩擦功的测量流程以及测量结果的有效性进行分析对比，以此来达到分解摩擦功试验的试验目的，为三缸发动机的降摩擦节油设计提供有效方向；此次试验研究主要从电力测功机测量精度标定、零部件摩擦损失功测量方式及注意事项等方面进行研究分析并给出试验结果。

分解摩擦功；降摩擦；试验研究；电力测功机；测量精度标定；测量方式

引言

随着排放与油耗法规越来越严，降低油耗量已经成为各发动机主机厂发动机开发的重要工作[1]。降低发动机各零部件的摩擦损失功是目前发动机降低燃料消耗的主要手段之一，一般发动机在设计阶段就定义了其整机与零部件的摩擦损失功范围，所以，为了保证发动机整机与零部件的摩擦损失功和设计相符合，必须对设计样机进行分解摩擦功试验测试。

而发动机整机与零部件的摩擦损失功都比较小，所以对其测量精度要求较高，特别是一些附件摩擦损失功。为了准确地测出发动机整机与零部件的摩擦损失功，本文以三缸汽油发动机为试验对象，从发动机整机及零部件测试时的影响因素入手，分析研究影响整机与零部件摩擦损失功测量结果的变量，为得出精确的发动机整机与零部件的摩擦损失功结果提供试验测试方法与流程。

1 试验内容

1.1 试验方法

本次摩擦损失功测量试验使用电力测功机，采用倒拖法[2][3]对发动机整机及零部件的摩擦损失功进行测量。而在倒拖法中，对发动机零部件的摩擦损失功的测量方法又主要分为两种，加法与减法。

加法，即以发动机的传动零部件（曲轴）的基础上增减零部件进行摩擦损失功的测量。

减法，即以发动机整机为基础逐渐减少零部件进行摩擦损失功的测量。

两种方法的主要测试步骤及优缺点如表1所示，本次试验采用加法进行摩擦损失功测量。

表1 分解摩擦功测试步骤及优缺点

1.2 试验测量设备及工装

1.2.1测量设备

（1）电力测功机：测量发动机倒拖摩擦功使用的设备。

（2）扭矩法兰：因倒拖摩擦损失功的值较小，此次试验选用的扭矩法兰为量程（0-100）N·m，精度≤0.1%FS。

（3）燃烧分析仪及缸压传感器：用于测量泵气损失，在发动机整机测量时测得的倒拖功为整机摩擦损失功与泵气损失功之和[4][5]，所以需要使用燃烧分析仪与缸压传感器测得泵气损失功，从而得出整机的摩擦损失功。

（4）发动机外置机油控制装置：具备油温控制、泵油及油压可调功能。

1.2.2工装

整机与零部件摩擦损失功测量所需工装如表2所示。

1.3 电力测功机测量精度标定

1.3.1标定方法

电力测功机测量精度主要指两次测量同状态的零部件倒拖功的测量误差，标定方法为：

（1）测量倒拖功后，停机30s转动传动轴后重新测量；

（2）测量倒拖功后，停机12h后重新测量倒拖功；

（3）测量倒拖功后，发动机重新上下台架后测量倒拖功。

表2 曲轴摩擦损失功测量工装

1.3.2结果

通过多次测量，并保持对中精度相同，对测功机进行标定，最后得出测功机的测量误差最大值为0.05N·m。

1.4 主要零部件摩擦损失功测量与注意事项

1.4.1曲轴

（1）测量

曲轴摩擦损失功测量时，由于拆除了活塞连杆机构，从而改变了运转的动平衡，所以需要制作专门的平衡重安装曲轴的连杆颈上来保证曲轴的动平衡[6]。平衡重的质量、体积与形状需要通过分析计算确定进行制作，并在安装时注意安装角度的正确性以便保证试验的准确性。三缸发动机平衡重的重量计算公式如公式1所示。本次试验的平衡重的简易图如图1所示。

式中：M为平衡重质量；Mx为旋转质量；Mw为往复质量。

另外，使用缸盖封堵板代替缸盖，使用主油道进油工装直接对发动机主油道进行供油，从油底壳回油到外置机油控制装置。

图1 平衡重运行轨迹图

（2）注意事项

曲轴摩擦损失功测量时，需要注意以下方面：

1）油压，由于测量时油压需要与整机带机油泵时的油压一致，需在试验测量时保证安装平衡重位置的连杆颈油孔的卸油状态，保证油压能充分建立；

2）活塞冷却喷嘴位置，由于无活塞、无缸盖状态，为了防止机油喷出缸外，活塞冷却喷嘴可以加工成向下喷射状态。

1.4.2高压油泵、真空泵、水泵

（1）测量

高压油泵、真空泵、水泵的摩擦损失功测量是在配气正时机构基础上分别进行的，主要是为了防止由于此三个零部件工作状态不同而造成的测量误差。

（2）注意事项

高压油泵、真空泵、水泵摩擦损失功测量时需要注意以下事项：

1）VVT不上电，以此来保证VVT角度不同产生的误差；

2）高压油泵空载，不上电，供给低压油，以此来保证测量时因为轨压不同产生的误差，且供给低压油保证了高压油泵运转时不会差生高温造成损坏；

3）真空泵空载（堵塞进气口），以此来保证无泵气；

4）水泵测量时，直接拆除驱动皮带即可。

1.4.3机油泵

（1）测量

机油泵摩擦损失功测定时，安装除机油泵外所有零部件进行测量，为1状态下拆除机油泵相同，且保证油压与1状态相同，那么机油泵的摩擦损失功即为1状态下测得的倒拖功减去此状态下测得的倒拖功。

表3 各零部件的机械损失功占比（%）（90℃）

（2）注意事项

必须保证发动机所有零部件处于正常润滑状态。

2 试验结果与分析

发动机各零部件的机械损失功在机油温度为90℃时的占比结果如表3所示，通过表中数据可以看出曲柄连杆机构的摩擦损失功最高，占整机的40.97%-56.8%，随着转速的增加而增加。

通过加法得出的各零部件的摩擦损失功与整机测得的摩擦损失功差值占比如图2所示，最大为2500r/min时为6.57%，整车常用工况2000r/min时为2.17%。此数据说明采用加法得出的各零部件的摩擦损失功与整机的摩擦损失功的符合性良好。

图2 各零部件摩擦损失功之和与整机摩擦损失功的差值占比（%）

3 结论

（1）通过电力测功机标定，是的发动机整机及各零部件的摩擦损失功的测量准确度得到了保证，电力测功机的测量误差在0.05N·m之内。

（2）通过加法测量避免了多次重复使用燃烧分析仪与缸压传感器、同零部件多次测量带来的测量误差，使得各零部件的摩擦损失功与整机的摩擦损失功符合性良好，整车常用工况2000r/min时为2.17%。

[1] 刘磊,黄小兵.发动机摩擦功测试浅谈,内燃机.2016(3):53-55.

[2] 王忠,历宝录,马淋军,柴油机整机与零部件机械损失的评价指标及实验分析[J].中国机械工程,2006,17(2):2387-2390.

[3] Richardson D E,Review of power cylinder friction for diesel engines [J]. Journal of engineering for gas turbines and power, 2000, 122(4): 506-519.

[4] 倪计民.汽车内燃机原理[M].上海:同济大学出版社,1997.

[5] 周龙保.内燃机学[M].2版,北京:机械工业出版社,2006.

[6] 袁兆成,内燃机设计[M].北京:机械工业出版社,2008.

Experimental Study on Strip Down Friction of a Three-Cylinder Engine

Wei Fei, Xu Linzhuo, Qin Fen, Hao Jiasheng, Yi Shixiong

( Ningbo Geely Royal Engine Components Co., Ltd., Zhejiang Ningbo 315336 )

This paper mainly studies the measurement method of the strip down friction of the three cylinder engine, analyzes and compares the measurement process and the effectiveness of the measurement results of the strip down friction of the three cylinder engine, in order to achieve the test purpose of strip down friction, it provides an effective direction for the design of reducing friction and saving oil of three cylinder engine. This test research mainly from the electric dynamo -meter measurement accuracy calibration, parts friction loss of power measurement methods and precautions and other aspects of research and analysis and give the test results.

Strip down friction; Reducing friction; Experimental research; Electric dynamometer; Measurement accuracy calibration; Measurement method

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.03.037

U464.1

A

1671-7988(2021)03-122-03

U464.1

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1671-7988(2021)03-122-03

卫飞（1983-），男，博士研究生，工程师，发动机试验开发主任工程师，就职于宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司，从事发动机摩擦磨损及发动机耐久性试验方法开发方面的研究。