柴油机可靠性试验研究概述田立新刘家满（道依茨一汽（大连）柴油机有限公司）本文由《汽车工业研究》杂志主编范海涛分享摘要：阐述了可靠性的重要意义，简述了国内外可靠性研究的现状，详细介绍了当前柴油机台架可靠性试验的项目，其中重点介绍了交变负荷耐久试验及冷热冲击循环耐久试验以及经过实践检验的优化试验方法。

简单介绍了燃油系统穴蚀耐久试验、三高耐久试验、排放耐久试验等概况，提出了可靠性试验评价准则，展望了可靠性试验的发展方向。

关键词：柴油机可靠性试验热冷冲击交变负荷穴蚀试验1 前言国内柴油机新产品开发2000年之前还比较单一，可靠性方面的研究相对不够成熟，对于可靠性试验的标准方法以及评价准则还处于学习探索完善阶段。

随着德国FEV等机构提出可靠性理念，以及一些发动机合资企业的建立，尤其是随着新产品开发的增加以及国产化工作的需要，可靠性越来越被主机厂所重视，可靠性试验的标准日趋规范，一汽技术中心以及潍柴等研究机构和主机厂相继成立了机械开发专职部门，培养了一批机械开发工程师，致力于发动机可靠性的系统专业工作。

2 可靠性的重要意义柴油机可靠性试验是通过规定的工况进行耐久试验，来验证和评价产品的设计质量和制造质量，为优化设计及质量提高提供依据，最终使柴油机达到可靠性目标的开发过程。

柴机油可靠性试验通常分为台架可靠性试验、道路可靠性试验及用户可靠性试验，而台架可靠性试验验证是否科学充分则直接关系到产品的可靠性水平。

可靠性是产品竞争力的关键要素之一，影响柴油机产品竞争力的重要因素有动力性、经济性、可靠性、排放指标及成本价格等。

从整车用户角度而言，在关注动力性与经济性的同时，更加关注产品的可靠性，缺乏可靠性保证的产品即便动力性与经济性再好也没有竞争力可言，中国汽车工业高速发展的今天，可靠性水平已经成为产品竞争力的基本要素和关键要素。

3 可靠性试验的国内外现状可靠性的研究始于第二次世界大战，首先在电子领域开展起来，真正应用于发动机行业是在20世纪60年代。

美国约翰迪尔公司于1964 年底成立了可靠性研究部门，提出了发动机可靠性指标的目标值。

美国的卡特比勒公司、德国Deutz-MWM 公司、芬兰Wartsila 公司、瑞士Sulzer 公司、日本三菱重工、奥地利A VL 等著名的发动机厂家在发动机可靠性方面做了大量的工作[1]。

国内可靠性技术应用到发动机行业是在20世纪80年代，并于2003年颁布了《汽车发动机可靠性试验方法》的国家标准。

因为我国发动机可靠性研究起步较晚，可靠性研究工作开展得不够深入，国产发动机可靠性指标与国外先进水平还有较大差距。

但是随着与国外可靠性研究机构的技术交流，以及康明斯、道依茨等合资企业在中国的建立与发展，国外的一些可靠性技术及标准正逐步被参考借鉴，并结合国内发动机行业的特点，形成了适合国情的可靠性试验标准规范。

目前一汽技术中心已经有专业从事发动机可靠性研究的组织机构，经过近十年的理论学习与实践摸索，初步建立了可靠性试验标准体系，拥有相对完善的试验设备仪器，培养了可靠性研究的专业技术人才。

4 台架可靠性试验主要项目可靠性试验的主要目的是为了新产品在投产之前经过充分验证暴露问题并加以解决，最终提高产品可靠性水平。

从2003年发布的汽车发动机可靠性试验方法距今已近十年了，该标准中的一些试验规范至今仍在采用，说明有其合理性。

一些合资企业的建立带来了欧洲、日本、美国的一些关于发动机可靠性试验的标准，我国自主开发的发动机在结合国情的基础上，也学习借鉴了其中的部分试验方法，可靠性试验在最近十年进入了一个相对快速发展的时期。

主要的台架可靠性试验方法有全速全负荷耐久试验、三高耐久试验、交变负荷耐久试验、冷热冲击循环耐久试验、燃油系统穴蚀耐久试验、振动耐久试验、排放耐久试验、制动耐久试验等。

4.1 全速全负荷耐久试验全速全负荷耐久试验是行业内相对传统且普遍应用的可靠性试验方法，其目的在于考核柴油机重要的零部件如活塞、活塞环及气缸套等在热负荷条件下的耐磨损可靠性能，可初步得到柴油机功能及磨损方面的重要信息，是其它可靠性试验的基础试验。

试验规范详见表1，试验中应注意对冷却液温度、机油压力机油温度及进气温度等参数的控制。

GB/T19055-2003汽车发动机可靠性试验方法中规定的交变负荷试验规范如图1所示。

图1 交变负荷试验规范示意图油门全开，从最大净扭矩的转速（n M ）均匀地升至最大净功率的转速（n P ），历时1.5min ；在n P 稳定运行3.5min ；随后均匀降至n M 。

历时1.5min ，在n M 稳定运行3.5min 。

重复上述交变工况，运行累计25min 。

油门关闭，转速下降至怠速（n i ）运行到29.5min ；油门开大，无负荷，使转速均匀上升到105%额定转速或上升到发动机最高转速，历时0.25min ；随即均匀的关小油门，使转速降至n M ，历时0.25min 。

交变负荷耐久试验一个循环30min ，累计运行800个循环，运行时间400h 。

德国道依茨（DEUTZ ）在交变负荷试验的基础上提出了标准循环试验的概念，每个标准循环500小时分8种工况模拟整机的实际运行情况，其中含额定转速超负荷、高怠速、交变负荷、最大扭矩超负荷、低怠速、最低转速全负荷、摆动负荷、超速超负荷等工况。

不仅在试验工况对发动机的考核更加苛刻，而且运行时间上轻型柴油机累计运行两个标准循环共计1000小时，中重型柴油机累计运行三个标准循环共计1500小时。

标准循环耐久试验其目的在于验证零部件和系统的开发情况，考核零部件、系统及整机在动态循环工况下的可靠性，是零部件及整机获得认可的关键试验。

目前一汽技术中心以及国内的部分主机厂参考了标准循环的试验规范，经过实践检验不失为一种科学有效的可靠性验证方法。

4.3 冷热冲击循环耐久试验冷热冲击循环试验试验目前在行业内得到普遍应用，其试验目的就是使发动机经历剧烈的温度变化，并以此来验证气缸体、气缸盖、气缸垫、活塞、增压器、排气歧管等重要零部在热负荷变化时的可靠性，此标准只针对水冷发动机试验有效。

GB/T19055-2003汽车发动机可靠性试验方法中规定的热冷冲击试验规范如图2及表2所示。

图2 冷热冲击试验规范示意图GB/T19055-2003标准中冷热冲击试验每个循环为6min ，各类发动机试验运行时间200~500小时不等。

奥地利A VL 在常规冷热冲击试验基础上增加了发动机倒拖的试验工况，冷却液温度在28~105℃变化，每个循环8min ，在试验循环次数上提出了10000次热冲击的概念，累计运行时间为1333小时，该试验规范对于新开发机型的可靠性水平提出了更高的要求。

4.4燃油系统穴蚀试验柴油机燃油系统尤其是高压部分因压力变化产生气泡，随后在压力波动或燃油流动作用下0 360时间（s ）发动机转速（r /m i n ）n P n P n Pn in hit P15 15n Pn M105% n r发动机转速（r /m i n ）0 30时间（min ）n i0.250.253.53.5 1.51.5气泡破裂，气泡爆破产生的瞬时高压使金属表面脱落形成麻点称为燃油系统穴蚀。

燃油系统穴蚀试验主要是用于考核喷油器等重要零件对高油温及变工况的适应能力，评价发动机供油系统特别是高压供油系统的可靠性。

一汽技术中心根据博世公司的专项试验方法，细化了试验工况及试验时间，形成了自主创新的穴蚀试验规范。

穴蚀试验核心在于各工况的变化以及高燃油温度的参数控制，每个循环90min ，共计运行600小时。

试验工况示意图见图3。

图3 穴蚀试验工况示意图 4.5 三高耐久试验 柴油机“三高”试验即高油温、高水温、高爆发压力试验。

主要考核整机及零部件在最大爆发压力和环境温度比较恶劣情况下的可靠性。

三高试验是参考日产发动机试验方法，由一汽技术中心新提出的可靠性试验项目，轻型柴油机运行时间200小时，中重型柴油机运行时间300小时，其试验规范见表3。

4.6 其它可靠性试验可靠性试验除上述介绍的项目之外，还有振动耐久试验、排放耐久试验及制动耐久试验等项目。

振动耐久试验主要是为了考核整机外附件的振动可靠性，通常有两种方法进行试验。

一种是通过对曲轴平衡量调整及燃油单缸喷射单独控制改装一台完整的柴油机用于振动耐久试验，另一种是通过寻找整机共振点进行耐久试验。

该试验一般为选做试验，国内除特别必要之外一般不做该项试验。

排放耐久试验行业内俗称“目击试验”，一般按照《HJ 438-2008 车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排放控制系统耐久性技术要求》和《GB/T18352.3轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国III 、IV 阶段）》进行试验。

其目的对排放控制系统尤其是后处理系统进行验证考核。

排放耐久试验需向型式核准机构提交试验申请，获批准之后由型式核准机构监督试验过程，主要以劣化系数评价试验结果。

随着国内排放法规的日趋严格，排放耐久试验将会成为不可或缺的重要可靠性项目。

制动耐久试验是考核整机尤其是配气机构及喷油器在排气制动条件下的可靠性，试验一般参考美国Jacobs Vehicle Systems 公司发动机制动耐久试验方法。

A 、B 两台发动机首尾相连，交替拖动对方进行试验，每个试验循环1min 共计运行1000h 。

5 可靠性试验评价准则对于可靠性试验评价研究，方达淳[2]等依据积累的工作经验提出从十个方面进行可靠性评价，赵秀里[3]等提出了平均故障间隔时间（MTBF ）、无故障性综合评分值（Q ）等概念，并指出目前国外柴油机在正常工况下的平均寿命在8000h 以上，从国内柴油机的使用情况看，真正达到上述指标仍有相当大的距离。

从整机厂的实践角度出发，可靠性试验的评价准则主要由四个方面组成。

评价准则一：可靠性试验性能指标。

可靠性初始性能指标与试验过程中以及试验结束后的性能复试指标的变化应在一定限值之内，包括功率、扭矩、转速、燃油耗、漏气量、机油耗、烟度、排放指标等参数。

评价准则二：可靠性试验参数控制。

可靠性试验的参数的控制应该符合相关技术要求，试验参数不满足要求的可靠性试验不能予以通过。

其中重要的试验参数包括进气温度、排气温度、进气压力、排气背压、机油温度、机油压力、燃油温度等参数。

评价准则三：可靠性试验过程中故障发生的等级及频次。

可靠性试验通过的前提之一是不能发生一二类故障，三四类故障发生的频次也不应超过规定数量，不得有发动机异响以及“三漏”（漏油、漏水、漏气）等影响发动机安全运行的情况。

评价准则四：整机拆检评分。

零部件不允许有断裂、裂纹、变形、磨损严重等影响整机功能完整性的明显损伤，不得有重要零部件评分低于规定的合格分数，一般零部件评分低于合格分数的数量也应符合规定，重要参数测量值应在规定发动机转速高怠速额定点最大扭矩低速扭矩低怠速 一个循环90min （较高燃油温度）0 时间（min ）范围之内。