驗證性能與可靠性 淺談發動機臺架試驗
臺架試驗的目的/組成
[汽車之家 技術] 發動機臺架試驗是發動機研制階段中的重要一環，它不僅用來檢驗發動機整體以及相關零部件的可靠性，同時還用來驗證發動機的性能是否達到了最初的設計指標，所以一臺發動機在成功量產前離不開大量的臺架試驗。
此文借以展示的臺架試驗設備來自長安汽車發動機研發部門，雖然具體到每個廠商的臺架試驗室會略有不同，但是臺架試驗的目的、構成、試驗方法等都大同小異。
● 臺架試驗的目的
按照臺架試驗的目的，可將臺架試驗分為性能試驗和可靠性試驗。其中性能試驗是為了評定發動機的動力性、經濟性及其它重要性能；可靠性試驗是通過對發動機及相關零部件施加各種負荷以考驗其可靠性。
應該說，發動機臺架試驗可以為發動機及相關零部件提供測試、驗證以及改進的技術支持。
● 臺架試驗對外界環境的要求
所謂的臺架其實是一整套用于驗證發動機性能和可靠性的設備，由于在進行臺架試驗時會產生很大的振動，而這種振動足以破壞機件和房屋的結構強度，從而對相應的儀器儀表的正常工作造成影響。為了保證試驗工作的正常，就必須對試驗臺的基礎進行減振和隔振處理，同時要避免試驗臺的基礎與發動機產生共振現象，而且要將試驗臺基礎的振動控制在一定范圍內。
這個臺架試驗室的四周墻壁和屋頂都覆蓋了用于吸音降噪的特殊材料，這主要是為了減小試驗的噪音對試驗人員造成的疲勞傷害。而屋頂的燈管也進行了相應的保護，可以防止振動和噪音對其造成破壞�？梢姡_架試驗所產生的“副產品”具有極大的破壞力。
● 發動機臺架的組成
通過上圖可以看到，臺架主要由測量控制系統、試驗對象（發動機或者相關零部件）以及相關的輔助系統構成。測量控制系統主要就是測功機，通過它來讀取發動機的動力輸出數值，同時通過測量控制系統來對發動機施加相應的負荷，包括交變應力、交變熱負荷等來模擬發動機在實際狀況下可能遇到的情況，從而檢驗其可靠性。
在進行整機的臺架試驗時，發動機是沒有附帶水箱散熱器、油箱等部件的，所以就需要輔助系統來代替這些部件，使得發動機可以進行完整的水循環、燃料系統的供應等。
臺架試驗的方式
● 臺架試驗的方式
——兩種連接方式
在發動機與測量控制系統的連接上，存在著硬連接和軟連接兩種方式。所謂的硬連接是將未帶變速器的發動機的大飛輪直接連接到測功機上，這種連接方式在臺架試驗時可以直接傳達發動機的輸出功率，沒有變速器的機械損失，但是其無法模擬整車的使用環境。
而軟連接是將發動機與變速器裝配好后，再通過變速器輸出端與測功機相連。這是一種很方便地模擬整車環境的連接方式。這種方式是通過變速器來輸出動力，所以其功率有所損失，但它可以更準確地模擬整車環境。由于是通過變速器連接測功機，所以發動機的輸出比較穩定，且不會對測功機產生強烈的振動損傷。
——臺架試驗測試參數
其實發動機臺架試驗最為重要的是獲取發動機運行時的相關數據，這些數據也就是測試參數，而獲取的方式就是借助安裝在發動機各個位置上的傳感器，最終通過數據的對比和分析來做出相應的評判。
相比量產發動機上的傳感器，臺架試驗中的傳感器要多得多，比如一個供油系統就要測試供油溫度、供油壓力、油軌壓力、油管壓力、噴油器針閥的升程、燃油消耗量等等。整個發動機需要測試的參數在四、五十項甚至更多。測試的參數越多，越能詳細了解發動機各個部分運轉時的狀態，也可以更好地幫助研發人員了解產品，從而做出改進和優化。
除了常規的傳感器外，在臺架試驗中還會用到一些較為特殊的傳感器或者儀器，比如安裝在燃燒室內的攝像頭可以記錄發動機噴油、點火、燃燒的情況，從而幫助設計人員對進氣氣流、燃油噴射角度、活塞頂部的形狀等進行相應改進，而這種攝像頭必須能夠承受燃燒室內高溫高壓的惡劣環境。下面的視頻就是借助這種攝像頭展示了發動機燃燒室內部的實際工作情況�！ �
在參觀過程中，技術人員向我說到：臺架試驗中最重要的是測量設備的測試精度。雖然國內也有一些企業在生產發動機臺架試驗的設備，但是在精度上還難以和進口設備相媲美，當然還不能少了經驗豐富的試驗人員。
隨著電子元器件和計算機技術的發展，發動機所要測試的參數種類以及采樣的頻率越來越多，這也就需要加強臺架試驗中數據的采集、分析以及處理的能力。如今臺架試驗也在使用現代化的通訊方式，比如總線系統的應用，同時臺架試驗也在向著自動化和網絡化的方向發展。
總結：
可以看到，整個發動機臺架試驗所需要的設備以及對外部環境的要求是比較高的，而很多現實中難以遇到的情況都可以通過臺架試驗來進行模擬，這樣就極大地拓展了對發動機性能和可靠性驗證的范圍。我認為臺架試驗或許就像一面鏡子，透過它可以不斷地發現問題并加以優化和改進。（文/汽車之家 馮景毅）
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