台架发动机试验性能低原因分析

台架发动机试验性能低原因分析

谢爱国 郑克宽

长城汽车股份有限公司 河北省保定市 071000

摘要

发动机是使输入进来的燃料燃烧而发出动力的部件，是汽车的动力装置。在现代汽车上，广泛使用的是往复式汽油机和柴油机，一般都包含曲柄连杆机构、配气机构、供给系统、冷却系统、润滑系统、点火系统（只限于汽油机，柴油机一般是压燃的）和起动系统组成。目前，市场上应用的发动机一般都是四冲程发动机，包括进气、压缩、作功、排气四个冲程。在发动机设计开发时，主机厂针对不同的车型用途，匹配不同型号的发动机，以保证在整车上提供舒适、安全的驾车体验。

要保证发动机在整车上更加安全的运行，就必须在搭车前确保发动机的状态，一般都需要进行发动机标定试验、可靠性试验（耐久试验）、性能试验等。标定试验是指根据整车的各种性能（动力性、经济性、排放性等），调整、优化和确定的电控系统软件的运行参数、控制参数和各控制数学模型的整个过程。可靠性试验就是指在规定的条件下，在规定的时间内，完成规定能力的能力。发动机性能可分为动态性能和稳态性能，发动机的稳态性能对应发动机的稳定运行工况，可以理解为其性能指标、工作参数均不发生变化。而动态性能一般指发动机在过渡工况或是在不稳定工作过程中的特性，例如加速试验、起动试验等。

在进行发动机性能试验试验时，一般首先进行的是外特性试验（功率试验），目的验证发动机是否满足设计要求，比如规定转速区域内，功率和扭矩是否达标，发动机热效率是否达标等等。一般情况下，性能试验过程中出现的异常均是台架因素导致的，因为在进行性能试验前，标定试验基本上已经完成，ECU数据固化完成。因此这也在排查发动机性能低的具体原因是缩小了范围，有利于更快的解决问题。

关键字

汽车发动机、发动机试验、外特性工况、性能低

引言

发动机性能试验包含一般性能试验、性能匹配调整试验、研究性试验。一般性能试验的试验目的、试验方法、数据测量等，均需要满足国家标准GB/T 18297-2001《汽车发动机性能试验方法》。

一般性能试验只要包含十项性能，由于本文主要排查发动机性能低问题，除了功率试验外，暂不对各项性能试验进行详细讲解。

功率试验就是发动机油门全开时与动力、经济有关的速度特性试验。它是在发动机油门开度100%的位置时，在发动机工作转速范围内，发动机动力、经济性能指标随转速而变化的特性试验。以下主要从气路进行分析排查具体原因。

1. 气路分析

发动机在进行外特性工况进行试验时，绝大多数是因为实际进气量比需求的气量偏小，进气量少就会导致喷油量少，因此最终会导致发动机性能偏低。实际进气量低的原因可以由很多原因造成的，比如说空气滤清器滤芯脏污、进气歧管有轻微漏气、中冷后气体温度偏高等等，下面将会划分不同管路依次分析。

1.1空气滤清器至增压器压气机前管路

此管路是发动机进气需要首先经过的，可从以下三方面进行排查：

Ø 空气滤清器滤芯是否脏污，导致进气不畅

Ø 空气滤清器软管部位在高速高负荷时是否存在吸瘪

Ø 空气滤清器与压气机接口处是否存在漏气

1.2压气机至中冷器管路

此管路涉及的管路比较短，因此比较容易排查，主要包含以下四方面：

Ø 增压器压气机是否存在漏气（主要是增压器转速传感器孔）

Ø 中冷器前管路是否存在漏气

Ø 中冷前管路与压气机和中冷器连接处是否存在漏气

Ø 中冷器本体是否存在漏气

1.3中冷器至进气歧管管路

此部分管路涉及到的零部件较多，主要是发动机自身零部件，一般情况下不易出现异常，但是排查问题时仍不能放松，排查方面有如下三方面：

Ø 中冷后管路与中冷器、节气门体连接处是否存在漏气

Ø 节气门体在外特性区域是否全部打开

Ø 进气歧管稳压区是否存在轻微漏气

2.其他原因

其实当发动机在进行功率试验时性能不达标，主要还是气路的影响最大，其次就是发动机ECU数据的影响，一般来说发动机本体的原因可能性不大，因为都是新装配的发动机。笔者在分析性能低的具体原因时，除了气路的影响外，还有其它可能影响因素，具体如下：

Ø ECU（发动机控制器）数据状态是否匹配（需要与标定工程师进行核对）

Ø 试验室温度较高（进气温度高影响气体密度，最终影响气量多少，还影响爆震模块）

Ø 中冷器冷却效果差，导致中冷后温度高于正常值

Ø 蓄电池电压在外特性工况低于正常值（排查发电机发电能力是否不足）

Ø 试验室排气系统堵塞，导致背压过大

Ø 发动机存在爆震，导致点火角受影响，进而影响缸内燃烧

3.总结

发动机外特性工况性能低按照上述分析进行排查时，如果有异常，大多都是直观就能看出来问题所在，但是有时候是看不出来的，比如缸内燃烧情况、实际进气量、实际节气门开度等等。这就需要我们借助别的软件进行排查，我们常用的一般是INCA（ETAS软件），熟练应用INCA软件，可以为我们在排查问题时提供很大的帮助，它能够更详细的让我们看到发动机运转过程中的各种发动机参数，比如喷油量、点火提前角、VVT实际开度及目标开度等等。如果某个执行器的目标值与实际值不相等，那就很可能是该部位产生问题，试验中一般需要额外注意的是节气门实际开度与目标开度、增压器废气控制阀实际开度与目标开度、VVT实际开度与目标开度、EGR阀实际开度与目标开度以及目标点火提前角与实际点火角等信号是否正常。以下是使用INCA时需要注意的地方：

Ø 必须应用与ECU相同的控制程序

Ø 不要随意进行数据下载或上传等操作

Ø 调取环境变量时，需注意测量周期，避免由于变量过多导致无法加载

Ø 连接INCA时确保CAN线连接正确，否则将无法进行通讯

因此，在我们排查发动机问题时，不仅是性能低问题，只要是发动机运转过程中出现的问题都可以借助INCA去诊断排查。在智能化的社会里，笔者建议试验工程师应该具有更高的能力去处理发动机异常，而不是仅仅限于一些基本的排查能力，否则将会严重影响排查时间，影响项目正常开展。

学会分析发动机试验过程中出现的各种异常，是作为一个试验工程师必备的技能，拥有的技能不仅仅是试验技能，还需要有基本标定能力、ECU控制系统基本控制逻辑以及熟练使用排查问题软件等等，都是试验工程师必备的技能，只有这样，在出现问题时，我们才能更快更准的确定问题真因。

参考文献

【1】吕彩琴，汽车发动机电控技术，北京：国防工业出版社，2009.1。

【2】黄海燕（主编），汽车发动机试验学教程，北京：清华大学出版社，2009.1

【3】陈家瑞，汽车构造上册，北京：机械工业出版社，2009.2

【4】周龙宝（主编），内燃机学，北京：机械工业出版社，2013.3