驗證性能與可靠性 淺談發動機臺架試驗

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發動機臺架試驗是發動機研制階段的重要環節。它不僅用于測試整個發動機及相關部件的可靠性，還用于驗證發動機的性能是否達到原設計指標。因此，發動機在成功量產前，大量的臺架試驗是必不可少的。

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根據臺架試驗的目的，臺架試驗可分為性能試驗和可靠性試驗。性能測試是評價發動機的動力性、經濟性等重要性能。可靠性試驗是通過施加各種載荷來測試發動機及相關部件的可靠性。

應該說，發動機臺架試驗可以為發動機及相關部件的測試、驗證和改進提供技術支持。

●臺架試驗對外部環境的要求

所謂臺架，其實就是用來驗證發動機性能和可靠性的整套設備。因為臺架試驗會產生很大的振動，足以破壞零件和房屋的結構強度，影響相應儀器儀表的正常工作。為了保證試驗工作的正常進行，需要對試驗臺基礎進行減振和隔振處理，同時避免試驗臺基礎與發動機共振，將試驗臺基礎的振動控制在一定范圍內。

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這個臺式實驗室周圍的墻壁和屋頂都覆蓋了吸聲降噪的特殊材料，主要是為了減少測試噪聲對測試人員造成的疲勞損傷。車頂的燈管也有相應的保護，可以防止振動和噪音造成的損壞。由此可見，臺架試驗產生的“副產品”破壞力極大。

●發動機臺架的組成

從上圖可以看出，臺架主要由測控系統、試驗對象及相關輔助系統組成。測控系統主要是測力計，通過測力計可以讀取發動機的功率輸出值，同時可以對發動機施加相應的載荷，包括交變應力和交變熱載荷，模擬發動機在實際工況下可能遇到的情況，從而測試其可靠性。

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整機臺架試驗過程中，發動機沒有加裝水箱散熱器、油箱等部件，需要輔助系統來更換這些部件，使發動機完成水循環、燃油系統供給等工作。

●臺架試驗的方式

——兩種連接方式

發動機與測控系統的連接有兩種方式:硬連接和軟連接。所謂硬連接，就是沒有變速器的發動機飛輪直接連接到測功機上。這種連接方式可以在臺架試驗中直接傳遞發動機的輸出功率，而不會造成變速器的機械損失，但不能模擬整車的使用環境。

軟連接是發動機與變速器裝配后，通過變速器輸出與測功機連接。這是一種模擬整車環境的便捷方式。這樣，動力通過變速器輸出，所以它的動力損失了，但它可以更準確地模擬整車環境。由于測功機是通過變速器連接的，所以發動機的輸出相對穩定，對測功機沒有強烈的振動損傷。

——臺架試驗的試驗參數

事實上，發動機臺架試驗最重要的是獲得發動機運行的相關數據，這也是試驗參數。獲取數據的方式是通過與安裝在發動機各個位置的傳感器進行數據對比分析，做出相應的判斷。

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與量產發動機上的傳感器相比，臺架試驗中的傳感器有很多，例如一個供油系統需要測試供油溫度、供油壓力、油軌壓力、油管壓力、噴油器針閥升程、油耗等。整個發動機有40、50或更多參數需要測試。測試的參數越多，越能了解發動機各部分的運行狀態，也有助于R&D人員了解產品，從而做出改進和優化。

除了傳統的傳感器，一些特殊的傳感器或儀器將用于臺架試驗。比如安裝在燃燒室中的攝像頭可以記錄發動機的噴油、點火和燃燒情況，從而幫助設計人員相應地改善進氣流量、噴油角度和活塞頂部的形狀，而這種攝像頭必須能夠承受燃燒室中高溫高壓的惡劣環境。下面的視頻用這個攝像頭展示了發動機燃燒室內部的實際工作情況。

更多精彩視頻，均在車載家庭視頻頻道。

在參觀過程中，技術人員告訴我，臺架試驗最重要的是測量設備的測試精度。雖然國內有一些企業在生產發動機臺架試驗設備，但在精度上還是很難與進口設備相比，當然經驗豐富的測試人員是不可或缺的。

隨著電子元器件和計算機技術的發展，發動機需要測試的參數種類和采樣頻率越來越多，這就要求在臺架試驗中加強數據采集、分析和處理的能力。如今，臺架試驗也在使用現代通信手段，如總線系統的應用。同時，臺架試驗正在向自動化和網絡化方向發展。

總結:

可以看出，發動機整機臺架試驗所需的設備和對外部環境的要求都比較高，很多現實中難以滿足的情況都可以通過臺架試驗進行模擬，大大擴展了發動機性能和可靠性驗證的范圍。我覺得臺架試驗可能就像一面鏡子，通過它可以不斷發現問題、優化問題、改進問題。