发动机的座圈和导管的试验方法与流程

1.本公开属于发动机试验技术领域，特别涉及一种发动机的座圈和导管的试验方法。


背景技术：

2.座圈和导管是发动机的核心零部件。在发动机运行过程中，座圈和导管一旦失效，会造成发动机故障。因此，需要在发动机出厂前对座圈和导管进行试验。
3.相关技术中，可以将座圈和导管安装在发动机缸盖上，在将发动机组装完成后，控制发动机在额定工况下持续运行一定时长。在发动机停止运行后，根据座圈的磨损量确定所述座圈是否合格，以及根据导管的磨损量确定所述导管是否合格。
4.这种对座圈和导管的试验方式对座圈和导管的验证不够充分。在发动机开发过程中以及后续使用过程中，座圈和导管仍然可能出现磨损问题，影响发动机的运行。


技术实现要素：

5.本公开实施例提供了一种发动机的座圈和导管的试验方法，能够对发动机的座圈和导管进行充分的试验，以减少发动机开发过程以及使用过程中，出现座圈和导管的磨损问题。所述技术方案如下：
6.一方面，提供了一种发动机的座圈和导管的试验方法，所述方法包括：控制发动机持续运行多个周期，每个所述周期依次包括第一怠速工况、加速工况、稳定工况、减速工况和第二怠速工况，所述第一怠速工况和所述第二怠速工况下发动机转速为第一转速，所述稳定工况下发动机转速为第二转速，所述第二转速大于所述第一转速，所述加速工况下发动机转速从所述第一转速线性增大至所述第二转速，所述减速工况下发动机转速从所述第二转速线性减小至所述第一转速；在所述发动机停止运行后，根据所述座圈的磨损量确定所述座圈是否合格，以及根据所述导管的磨损量确定所述导管是否合格。
7.可选地，在每个所述周期中，所述第一怠速工况和所述第二怠速工况下所述发动机的冷却系统的冷却水流量为第一流量；所述稳定工况下所述冷却水流量为第二流量，所述第二流量大于所述第一流量；所述加速工况下所述冷却水流量从所述第一流量线性增大至所述第二流量；所述减速工况下所述冷却水流量从所述第二流量线性减小至所述第一流量。
8.可选地，在每个所述周期中，所述第一怠速工况下所述发动机的冷却系统的冷却水温度为第一温度；所述稳定工况结束时刻所述冷却水温度为第二温度，所述第二温度高于所述第一温度；所述加速工况和所述稳定工况下所述冷却水温度从所述第一温度线性升高至所述第二温度；所述减速工况和所述第二怠速工况下所述冷却水温度从所述第二温度线性下降至所述第一温度。
9.可选地，所述方法还包括：在发动机全负荷运行的情况下，获得第一对应关系、第二对应关系和第三对应关系，所述第一对应关系为发动机转速与座圈导管温度的对应关
系，所述第二对应关系为发动机转速与排气温度的对应关系，所述第三对应关系为发动机转速与冷却水流量的对应关系；根据所述第一对应关系、所述第二对应关系和所述第三对应关系，确定所述稳定工况下的发动机运行参数。
10.可选地，所述在发动机全负荷运行的情况下，获得第一对应关系，包括：在所述发动机全负荷运行的情况下，控制发动机按照转速点集合中的各个转速点运行，所述转速点集合包括多个转速点，所述多个转速点从小到大排列且任意相邻的两个转速点之间间隔设定转速；通过安装在所述发动机缸盖上的温度传感器测量所述转速点集合中各个转速点对应的座圈导管温度，得到温度集合，所述温度传感器安装在所述导管和所述座圈附近；根据所述转速点集合和所述温度集合，得到所述第一对应关系。
11.可选地，所述根据所述第一对应关系、所述第二对应关系和所述第三对应关系，确定所述稳定工况下的发动机运行参数，包括：
12.将满足以下条件的发动机转速确定为目标发动机转速：在所述第一对应关系中，所述目标发动机转速对应的座圈导管温度大于或者等于额定工况点的座圈导管温度；在所述第二对应关系中，所述目标发动机转速对应的排气温度大于或者等于额定工况点的排气温度；以及在所述第三对应关系中，所述目标发动机转速对应的冷却水流量小于额定工况点的冷却水流量；将所述目标发动机转速作为所述第二转速，并将所述第三对应关系中所述目标发动机转速对应的冷却水流量作为所述第二流量。
13.可选地，所述多个周期的总时长为400小时～600小时。
14.可选地，每个所述周期中，所述第一怠速工况的时长为10分钟～20分钟，所述加速工况的时长为10分钟～20分钟，所述稳定工况的时长为10分钟～20分钟，所述减速工况的时长为10分钟～20分钟，所述第二怠速工况的时长为10分钟～20分钟。
15.可选地，所述根据所述座圈的磨损量确定所述座圈是否合格，包括：当所述座圈的磨损量小于第一设定值时，确定所述座圈合格；或者，当所述座圈的磨损量大于或者等于第一设定值时，确定所述座圈不合格。
16.可选地，所述根据所述导管的磨损量确定所述导管是否合格，包括：当所述导管的磨损量小于第二设定值时，确定所述导管合格；或者，当所述导管的磨损量大于或者等于第二设定值时，确定所述导管不合格。
17.本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
18.在本公开实施例中，在发动机运行的每个周期中设置稳定工况，在该稳定工况下，发动机转速保持较大的第二转速不变，座圈持续承受气门传递来的热量，以对座圈进行充分验证。并且，在发动机运行的每个周期中设置加速工况和减速工况，在加速工况和减速工况下，发动机瞬态转速发生变化，气门的旋转速度也会发生变化，在侧向力作用下，气门对导管的摩擦力加大，以对导管进行充分验证。在发动机运行的每个周期中，还设置第一怠速工况和第二怠速工况以将每个周期串联起来，使得发动机能够持续运行多个周期。这样，在发动机运行多个周期后，可以根据座圈的磨损量和导管的磨损量确定座圈和导管是否合格。该方法能够对座圈和导管进行充分验证，避免在发动机开发或者使用过程中，出现座圈和导管磨损导致发动机故障的问题。
附图说明
19.为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是本公开实施例提供的一种发动机的座圈和导管的试验方法的流程图；
21.图2是本公开实施例提供的另一种发动机的座圈和导管的试验方法的流程图；
22.图3是本公开实施例提供的第一对应关系、第二对应关系和第三对应关系的示意图；
23.图4是本公开实施例提供的一个周期中各个发动机工况对应的发动机运行参数之间的关系示意图。
具体实施方式
24.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
25.为了便于理解本公开实施例，下面先对发动机的座圈和导管进行简单说明。
26.发动机的座圈和导管安装在发动机缸盖上，分别与气门配合形成运动摩擦副。发动机的座圈与气门配合形成密封面，以给发动机提供有效的压缩压力。发动机的导管套设在气门外，用于为气门导向，以及将气门杆上的热量传递给发动机缸盖。
27.在发动机运行过程中，气门的运动会使座圈和导管出现磨损。当座圈和导管的磨损量达到一定程度时，发动机将出现故障，无法正常运行。如果车辆行驶过程中，座圈或导管失效导致发动机故障，将会导致汽车出现安抛类故障。
28.在相关技术中，通常在发动机开发阶段，先根据发动机的性能参数、概念设计模型和cae(computer aided engineering，计算机辅助工程)分析的座圈和导管的工作温度，然后再根据工作温度选择合适的座圈导管材料，采用选择出的材料对座圈和导管进行制样以及装配。
29.图1是本公开实施例提供的一种发动机的座圈和导管的试验方法的流程图。参见图1，该方法包括：
30.在步骤101中，控制发动机持续运行多个周期，每个周期依次包括第一怠速工况、加速工况、稳定工况、减速工况和第二怠速工况。
31.其中，第一怠速工况和第二怠速工况下发动机转速为第一转速，稳定工况下发动机转速为第二转速，第二转速大于第一转速，加速工况下发动机转速从第一转速线性增大至第二转速，减速工况下发动机转速从第二转速线性减小至第一转速。
32.在步骤102中，在发动机停止运行后，根据座圈的磨损量确定座圈是否合格，以及根据导管的磨损量确定导管是否合格。
33.在本公开实施例中，在发动机运行的每个周期中设置稳定工况，在该稳定工况下，发动机转速保持较大的第二转速不变，座圈持续承受气门传递来的热量，以对座圈进行充分验证。并且，在发动机运行的每个周期中设置加速工况和减速工况，在加速工况和减速工况下，发动机瞬态转速发生变化，气门的旋转速度也会发生变化，在侧向力作用下，气门对
导管的摩擦力加大，以对导管进行充分验证。在发动机运行的每个周期中，还设置第一怠速工况和第二怠速工况以将每个周期串联起来，使得发动机能够持续运行多个周期。这样，在发动机运行多个周期后，可以根据座圈的磨损量和导管的磨损量确定座圈和导管是否合格。该方法能够对座圈和导管进行充分验证，避免在发动机开发或者使用过程中，出现座圈和导管磨损导致发动机故障的问题。
34.图2是本公开实施例提供的一种发动机的座圈和导管的试验方法的流程图。参见图2，该方法包括：
35.在步骤201中，在发动机全负荷运行的情况下，获得第一对应关系、第二对应关系和第三对应关系。
36.其中，第一对应关系为发动机转速与座圈导管温度的对应关系，第二对应关系为发动机转速与排气温度的对应关系，第三对应关系为发动机转速与冷却水流量的对应关系。
37.其中，排气温度(简称为排温)是指在增压器涡轮前测量的温度，也可以被称为涡前温度。座圈导管温度是指座圈和导管附近的温度。
38.发动机通常配置有冷却系统。该冷却系统用于保持发动机在适宜的温度范围内工作。该冷却系统包括散热器、水泵、节温器、冷却风扇、补偿水箱、发动机机体上的水道和气缸盖上的水套等。该冷却系统中，冷却介质是冷却液。出水量是指散热器进水口的冷却水流量(即冷却液流量)。
39.除了第一对应关系、第二对应关系和第三对应关系之外，在该步骤201中还可以获取第四对应关系，该第四对应关系为发动机转速与发动机出水温度的对应关系。这里，发动机出水温度是指整车散热器进水口的冷却水温度。
40.示例性地，该步骤201可以包括以下三步：
41.第一步、在发动机全负荷运行的情况下，控制发动机按照转速点集合中的各个转速点运行，转速点集合包括多个转速点，多个转速点从小到大排列且任意相邻的两个转速点之间间隔设定转速。例如，可以从发动机的怠速开始，每隔500rpm设置一个转速点。
42.第二步、测量发动机在每个转速点运行时对应的座圈导管温度、排气温度、出水流量和出水温度，得到座圈导管温度集合、排气温度集合、出水流量集合和出水温度集合。
43.第三步、根据转速点集合和座圈导管温度集合，得到第一对应关系；根据转速点集合和排气温度集合，得到第二对应关系；根据转速点集合和出水流量集合，得到第三对应关系；根据转速点集合和出水温度集合，得到第四对应关系。
44.在该第一步中，发动机全负荷运行，也可以称为发动机在外特性条件下运行。外特性条件是指：发动机节气门全开。
45.在该第二步中，通过安装在发动机缸盖上的温度传感器测量导管和座圈附近的缸盖温度，该缸盖温度即为座圈导管温度。在本公开实施例中，在缸盖上对应每个缸的位置均开设温度传感器安装孔，且温度传感器安装孔位于导管和座圈附近(例如，距离导管和座圈的距离不超过设定值的位置)，将温度传感器安装在安装孔中，然后将座圈和导管安装到具有温度传感器的缸盖上；对缸盖进行水套、油腔的试漏，试漏合格后将缸盖安装到发动机上。这样，可以对发动机运行过程中座圈导管处的温度进行直接测量，以便于准确地确定出稳定工况下的发动机运行参数。排气温度可以通过布置在增压器涡轮前的温度传感器测量
得到，出水流量可以通过布置在整车散热器进水口处的流量计测量得到。出水温度可以通过布置在整车散热器进水口处的温度计测量得到。
46.示例性地，在该第三步中，根据转速点集合和座圈导管温度集合，得到第一对应关系，可以通过对转速点集合中的转速点和座圈导管温度集合中的座圈导管温度进行线性拟合，从而得到第一对应关系。第二对应关系、第三对应关系和第四对应关系的确定方式与第一对应关系类似，在此省略详细描述。
47.在步骤202中，根据第一对应关系、第二对应关系和第三对应关系，确定稳定工况下的发动机运行参数。
48.示例性地，发动机运行参数至少包括发动机转速，还可以包括发动机输出扭矩或者功率等。在本公开实施例中，发动机在稳定工况下全负荷运行。
49.在一些示例中，该步骤202可以包括：第一步、将满足以下条件的发动机转速确定为目标发动机转速：在第一对应关系中，目标发动机转速对应的座圈导管温度大于或者等于额定工况点的座圈导管温度；在第二对应关系中，目标发动机转速对应的排气温度大于或者等于额定工况点的排气温度；以及在第三对应关系中，目标发动机转速对应的冷却水流量小于额定工况点的冷却水流量。第二步、将目标发动机转速作为稳定工况下的发动机转速(即下文中的第二转速)，并将第三对应关系中目标发动机转速对应的冷却水流量作为稳定工况下的冷却水流量(即下文中的第二流量)。
50.在另一些示例中，可以将发动机的额定工况点对应的发动机转速作为稳定工况下的发动机转速，将额定工况点对应的冷却水流量作为稳定工况下的冷却水流量。
51.其中，额定工况点可以是发动机的最大功率对应的转速点。通常情况下，在发动机开发过程中，认为发动机在额定工况点时，座圈和导管处的温度最高，而在发动机的实际运行过程中，由于发动机冷却系统和电控标定(电控标定用于控制发动机冷却系统的工作流程和发动机的点火喷油等动作)的加入，实际上座圈和导管温度最高时发动机转速并不一定是在额定工况点。例如，当座圈导管温度以及排气温度高，但是出水流量相对较低时，在急加速工况下，可能会产生更高的温度，因此，结合发动机的实际温度(座圈导管温度和排气温度)和出水流量，确定出目标发动机转速，并将目标发动机转速作为稳定工况下的发动机转速，可以加速座圈磨损，对座圈进行充分验证。
52.图3是本公开实施例提供的第一对应关系、第二对应关系和第三对应关系的示意图。其中曲线s1表示第一对应关系，曲线s2表示第二对应关系，曲线s3表示第四对应关系。在图3中，额定工况点下发动机转速为5500rmp，座圈导管温度850℃，排气温度为900℃。从图3可以看出，发动机转速为2500rmp时的座圈导管温度与发动机转速为5500rmp时的座圈导管温度相当，而发动机转速为2500rmp时的排气温度高于发动机转速为5500rmp时的排气温度；同时，发动机转速为2500rmp时的出水流量小于发动机转速为5500rmp时的出水流量。因此，发动机转速2500rmp即为目标发动机转速(即稳定工况下的发动机转速)，而发动机转速2500rmp时的出水流量300l/min为稳定工况下的出水流量。
53.在步骤203中，控制发动机持续运行多个周期，每个周期依次包括第一怠速工况、加速工况、稳定工况、减速工况和第二怠速工况。
54.在本公开实施例中，第一怠速工况和第二怠速工况下发动机转速为第一转速，稳定工况下发动机转速为第二转速，第二转速大于第一转速，加速工况下发动机转速从第一
转速线性增大至第二转速，减速工况下发动机转速从第二转速线性减小至第一转速。该第二转速即为前述目标发动机转速。
55.在每个周期中，第一怠速工况和第二怠速工况下发动机的冷却系统的冷却水流量为第一流量；稳定工况下冷却水流量为第二流量，第二流量大于第一流量；加速工况下冷却水流量从第一流量线性增大至第二流量；减速工况下冷却水流量从第二流量线性减小至第一流量。这里，该第二流量为前述第三对应关系中，目标发动机转速对应的冷却水流量。
56.在每个周期中，第一怠速工况下发动机的冷却系统的冷却水温度为第一温度；稳定工况结束时刻冷却水温度为第二温度，第二温度高于第一温度；加速工况和稳定工况下冷却水温度从第一温度线性升高至第二温度；减速工况和第二怠速工况下冷却水温度从第二温度线性下降至第一温度。这里，该第二温度为前述第四对应关系中，目标发动机转速对应的出水温度。
57.图4是本公开实施例提供的一个周期中各个发动机工况对应的发动机运行参数之间的关系示意图。如图4所示，在第一怠速工况下，发动机转速为n1，扭矩为t，出水温度为t1，出水流量为q1；在稳定工况下，发动机转速为n2(n2＞n1)，扭矩为t2，出水流量为q2(q2＞q1)；在第二怠速工况下，发动机转速为n1，扭矩为t，出水流量为q1；在加速工况下，发动机转速从n1线性增大至n2，出水流量从q1线性增大至q2，并且，在加速工况和稳定工况下，出水温度从t1线性增大至t2；在减速工况下，发动机转速从n2线性减小至n1，出水流量从q2线性减小至q1，并且，在减速工况和第二怠速工况下，出水温度从t2线性减小至t1。
58.需要说明的是，为了便于描绘，图4中每个工况对应的时长基本相等且设置得较短，而实际应用中，每个工况对应的时长可以根据实际需要设置。
59.通过该步骤203即可完成对发动机的座圈和导管的耐久性试验。
60.在本公开实施例中，发动机持续运行的多个周期的总时长为400小时～600小时。例如，500小时。通过选择合适的发动机工况构成每个周期，使得座圈磨损和导管磨损均能够加速，从而在较短的时间内，可以对座圈和导管的耐久性进行充分验证。
61.示例性地，每个周期中，第一怠速工况的时长为1分钟～3分钟，加速工况的时长为1分钟～3分钟，稳定工况的时长为10分钟～30分钟，减速工况的时长为1分钟～3分钟，第二怠速工况的时长为1分钟～3分钟。例如，每个周期中，第一怠速工况的时长为1分钟，加速工况的时长为1分钟，稳定工况的时长为20分钟，减速工况的时长为1分钟，第二怠速工况的时长为1分钟。这样，即可以对座圈和导管进行充分验证，又能够提高检测效率。
62.在步骤204中，在发动机停止运行后，测量座圈的磨损量和导管的磨损量。
63.在本公开实施例中，磨损量是指与密封面垂直方向的轮廓下沉量。
64.在发动机停止运行后，对发动机进行拆解，然后对座圈的磨损量和导管的磨损量进行测量。本公开实施例对测量座圈的磨损量和导管的磨损量的方式不做限制，可以采用相关技术中的任一种测量方式。
65.可选地，在对发动机进行拆解之前，可以对发动机的各个缸的燃烧一致性、缸压等进行测量，并且对发动机的怠速稳定性进行测量。燃烧一致性、缸压以及怠速稳定性用于对座圈和导管是否失效进行辅助判断。
66.示例性地，当发动机不满足以下条件中的一种或多种时，表示座圈和导管已失效：
67.条件1：发动机的各个缸的燃烧一致性不合格。这里，燃烧一致性是指发动机的各
个缸的燃烧速度是否一致。当任意两个缸之间的燃烧速度之间的差值大于速度差值设定值时，表示燃烧一致性不合格。当任意两个缸之间的燃烧速度之间的差值均小于设定值时，发动机的各个缸的燃烧速度可以采用燃烧分析仪测量。
68.条件2：发动机的各个缸的缸压极差不合格。这里，缸压极差是指缸压极大值和缸压极小值之间的差值，当缸压极差小于极差设定值时，表示缸压极差合格，当缸压极差大于或等于极差设定值时，表示缸压极差不合格。示例性地，极差设定值可以为1bar。发动机的各个缸的缸压也可以通过燃烧分析仪测量。
69.条件3：发动机的稳定性不合格。这里，怠速稳定性是指怠速工况下发动机的转速波动，当该转速波动小于或者等于阈值(例如50rpm)时，表示怠速稳定性合格，当转速波动大于阈值时，表示怠速稳定性不合格。
70.当根据上述条件判断座圈和导管已失效时，可以拆机进一步确定座圈和导管的磨损量。
71.在步骤205中，根据座圈的磨损量确定座圈是否合格，以及根据导管的磨损量确定导管是否合格。
72.当座圈的磨损量小于第一设定值时，表示座圈合格；当座圈的磨损量大于或者等于第一设定值时，表示座圈不合格。第一设定值可以根据实际需求设置，例如可以为50μm。
73.当导管的磨损量小于第二设定值时，表示导管合格；当导管的磨损量大于或者等于第二设定值时，表示导管不合格。第二设定值可以根据实际需求设置，例如可以为50μm。
74.第一设定值和第二设定值可以相同，也可以不同。
75.当座圈或者导管不合格时，需要对不合格的零件的设计方案进行更换，例如，更换零件材料等等。而当座圈或者导管合格时，表示该座圈和导管材料与发动机具有良好的匹配性。
76.在本公开实施例中，在发动机运行的每个周期中设置稳定工况，在该稳定工况下，发动机转速保持较大的第二转速不变，座圈持续承受气门传递来的热量，以对座圈进行充分验证。并且，在发动机运行的每个周期中设置加速工况和减速工况，在加速工况和减速工况下，发动机瞬态转速发生变化，气门的旋转速度也会发生变化，在侧向力作用下，气门对导管的摩擦力加大，以对导管进行充分验证。在发动机运行的每个周期中，还设置第一怠速工况和第二怠速工况以将每个周期串联起来，使得发动机能够持续运行多个周期。这样，在发动机运行多个周期后，可以根据座圈的磨损量和导管的磨损量确定座圈和导管是否合格。该方法能够对座圈和导管进行充分验证，避免在发动机开发或者使用过程中，出现座圈和导管磨损导致发动机故障的问题。
77.并且，通过选择合适的发动机转速、出水温度和出水流量来作为稳定工况，可以加速座圈和导管的磨损，从而缩短试验时间，提高试验效率。
78.以上所述仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。