温温度场试验

AVL程序编号F04N0040版本号6版本日期10/2002零部件的最高温度试验上汽集团奇瑞汽车有限公司

奇瑞汽车工程研究院1.0目的本方法适合于所有类型发动机。做可靠性和性能试验时，对于部分零部件的温度要求是很严格的，作为标准的机械开发试验的一部分，本试验的目的就是研究零部件在特定条件下的表面温度。主要部件如下：-缸盖燃烧室-缸筒-活塞-气门（特别是排气门）由于测量体系或技术要求的不同，在试验的过程中，应该对不同的部件采取不同的测量方法。试验仅限于主要用水冷或油冷的零件，而不是用在主要依靠辐射和空气对流（自然或强制）冷却的排气管等，以及受汽车的空气动力学等影响，只有在安装的条件下才能进行实际测量的零件。2.0试验准备2.1发动机说明用来热测量的发动机在试验前应已完成磨合程序并进行了50至100小时所有负荷工况的运行。在发动机下台架之前，应该做一条全负荷特性曲线。2.2缸盖—燃烧室缸盖上不同位置的金属温度可以通过使用阻抗型温度传感器（PtlOO,NTC）、热电偶或热塞（已知硬度变化特性的钢质螺纹）来测量，图1、图2给出了缸盖上温度传感器的推荐位置,具体位置还要根据各个零部件的详细结构来确定。2.2.1热塞附录A描述了热塞的安装及加工的方法。AVL标准热塞见图9,主要是热塞不应突出所测零部件表面,热塞的长度应根据所安装的位置来确定。对于四阀机的燃烧室来说,推荐热塞应该沿着纵向和横向安装,要求距离中心近乎3倍半径的距离。具体安装位置根据阀座、火花塞凸台、喷油器、火花塞的设计要求来确定。在热塞螺纹和其他临近的钻孔、平行表面、气阀座接触面或者母体金属里面相似障碍物之间最少应该有3mm金属厚度的距离。假如热塞的硬度合格而且被安进部件末端的温度能够测量,为了达到部件表面的温度，加一个温度梯度值来平衡安装的深度的倍数。热塞的温度梯度主要取决于发动机的具体参数，特别是测量位置、零件材料、发动机的功率。下面是缸盖的基本指标：铸铁（在火力岸下方0—4mm）8—16°C/mm铝 （在火力岸下方0—4mm）3—10C/mm一般推荐实际温度梯度值是来自那种特定发动机的有限元分析的结果。热电偶/热塞传感器热电偶或热塞传感器应安装到临界的位置来测量温度，在4阀机的燃烧室里，热电偶或热塞传感器标准安装位置是在排气阀的鼻梁上。传感器应根据其测量温度范围或所处的环境来选择。为了能接收到准确的信号，传感器的操作应在供应商的指导下完成。测量燃烧室周围的一些点是很困难的，可能还需要安装一些管道或套筒来密封冷却液或油道。管道还需要涂一些密封胶（“LOCTITE”或相似的或适当等级的）或者安装形圈，同时管道的热膨胀系数应该与载体一致（例如钢镶在铸铁里、铝镶在铝里）。表面应按照密封胶的说明书来准备（表面光洁度、粗糙度、底漆等）。泄漏是最常见也是最浪费时间的事情。传感器必须正确安装。可以假想在燃烧室表面附近区域的温度梯度，这样，传感器距离表面越近，则由梯度造成的误差就越小。由于需要进行比较，一般则推荐传感器距燃烧室有1mm距离。使用热电偶最主要是为了准确地测量有大温度梯度区域的温度，这就要保证传感器头部与载体有良好的接触。一般推荐使用具有导热性能好的胶。热塞的优点是在很多情况下能够测量温度，因此喷油时间、空燃比、冷却液温度等一些变化的影响能得到评估。活塞记录最大温度通常有两种方法。这两种方法都利用了硬度松弛原理。第一种方法是直接测量活塞，第二种方法是在活塞上安装热塞。2.3.1载体金属的硬度硬度值可由活塞供应商提供，供应商十分清楚金属特性或者制造工艺过程，同时能够在使用一段时间后把活塞的残余硬度与在试运转期间部件的最大温度等同起来。试验准备和试验细节严格地与活塞供应商的指导说明相一致。2.3.2热塞在活塞上的热电偶应该按照附录A来安装。对于汽油机和柴油机热电偶在活塞上的标准位置如图4、5所示。主要的影响点是槽边、槽的中心、上表面的四周和第一、第二环之间的环岸部分（这些件可能距环槽至少要有3mm的距离）。缸筒缸套的温度将影响到缸筒的变形、机油消耗量、活塞环的磨损和排放性能。缸套的温度由热塞或热电偶来决定。值得注意的较低的缸套温度通常接近于或低于热塞的最小使用极限温度。因此推荐对于不是湿缸套的发动机要使用热电偶测量的方法。.2.4.1热塞参照图6。插入缸套的热塞末端距离运动的表面应有1.0mm的间隙。对于一个四缸机来说，至少有两个缸套如图6所示进行仪器的安装。如果能够得到充分比较，剩余缸套仪器的安装数量可以相对减少。安装方法如图6所示。如果发动机安装干式缸套或者是金属承载孔，则机体必需加工出冷却水套。这些都应该用好的密封胶来保证，但必须是很容易移动的，便于最后取出热塞，图7显示了正确的安装位置。热电偶热电偶的安装更容易些，或者也可以监测如预热过程缸套的瞬时温度。图6所示为常用的安装位置为了获得精确的测量温度，热电偶与金属表面应接触良好，若接触不良则表现为温度较低。必须保证在冷却液或油道处热电偶密封良好。气门应该让供应商提供带有温度计的气门。要清楚这些金属材料的属性，如硬度松弛性。温度可以控制的环境下部件被暴露于高温环境下的。对于大的气门，也要尽可能在它的头部中心处安装热塞。其他气门头部的温度型线应由制造商提供的数据来确定。温度计式气门的运转条件必须严格地按照制造商的指导说明执行。3.0仪器&设备3.1热塞热塞的准备、嵌入、取出的方法在附录A里有介绍。试验中主要需要考虑的是适当的记录和处理。一般提倡准备一个铝式记录板，在上面钻些孔且攻螺纹以便安装热塞。这些孔应该按照排来排列同时做上永久性的数字标记，这些标记应该与安装在部件上的热塞的参考位置相一致。热电偶试验时信号处理和数据采集的设备是必备的。在做一个温度塞试验时，对于基本部件温度决定性信号数据采集点通常要足够多、或每分钟采集一次。对于预热时性能的检查，建议通常每秒钟进行采集是合理的。4.0试验方法4.1一般性应该采用最新的发动机试验标准（不是安全的台架标准）热电偶试验假如使用的热电偶与热塞或测量温度的部件相连，那么适当的厂商的试验周期必须被用。然而假如在试验期间随时需要试验数据，那么此试验有能够随时采集数据的能力。假如发动机上安装了热电偶，那么发动机应该按照下列标准环境进行试验。速度：负荷：冷却液温度：机油温度：额定转速额定功率最大连续的冷却液温度对于用水/机油做冷却剂的发动机，油泵的温度不应受影响对于用空气/机油做冷却剂的发动机，最大的持续温度应该被控制。另外发动机应该能够在极端的条件下进行试验，包括预热和过渡条件。4.3热塞试验循环热塞是由AVL与Australian FoundryInstitute联手开发的产品，由AVL提供。试验步骤如图3。热塞的量程是在160°C—270°C之间。4.4测温式部件对于用来进行载体金属硬度松弛试验的气门和活塞来说，它们与完全磨合好的匹配件间的运转应该严格地按照供应商的指导说明来做。一般尽可能或推荐把热塞和测温式气门连接起来（运行时间2小时，图3）。4.5拆机试验后拆解发动机，例行检查，从部件上拆下热塞并装进数字式记录板内。之后完好的热塞交给供应商以便对其进行分析。5.0试验结果的处理试验报告应包括如下项目：—按零件编号进行部件列表—能用的部件的测量－装配测量－画确定热塞位置和参照数的图或图表－画表示由热塞或热偶决定部件温度的图、图表、曲线－适当的提出得到的燃烧室和缸筒的温度和一些在计算中用到的被假定的或经验的温度梯度、热流量值等－试验循环过程的发动机性能曲线附录：A准备：安装电热塞安装电热塞的螺纹孔深度要比电热塞长一些。平面有一个4.2mm深的孔，突表面4.5mm深的孔即可。首先钻一个直径是2.4mm，深度是4.2mm的孔（从上看）。一个止口套筒应该适应扭曲的钻孔。因此，套筒突出钻孔的准确距离是4.2mm。这样，所有的孔都应该是这个深度。用直径为2.5mm的钻头钻孔。为了确保可重复加工，应在钻头上安装一个止口套筒。孔的底表面必须是平的。要想得到一个通畅的孔最好使用一套攻丝螺纹设备。要想清扫孔的底部，需用直径为2.5mm的钻头再次钻入0.03mm-0.05mm.攻丝需用一套特殊的攻丝设备，而它的前侧面完全是平的（看下图）。标准的丝锥（左图）和一套特殊的加工工具才能攻丝（右图）热塞螺纹和底端面应该涂一些MOLYKOTE（或非卡死复合物）这样便于安装和拆卸，也确保好的导热性能。热塞的螺纹需要有一个方座扳手，扳手有1mm。在最后装配之前，一般推荐旋出旋进两次热塞，以便去除螺纹孔的毛刺。主要的是热塞的整个上表面与孔的上表面有好的接触。当旋进热塞时，记住它的材料是脆的，因此，凹方面很容易被破坏。同时也应保证热塞与距孔边0.5mm距离灯心冲压标记的安全性。取除热塞：首先通过小心刮削或用金刚砂布除掉中心冲压标记，然后用方套筒扳手取出热塞。安装程序是很重要的，它必须能够显示每一个测量点的逐个热塞板和活塞的数码。如板1，A1，A2，B1等，在取除它之后，能够确保在正确的位置旋热塞进正确的板。在看板上记下运行的时间（lh或2h,以便分析）图一燃烧室传感器测量位置T（表面）却测量）+少邂度槨度图二：柴油机燃烧室温度测量位置（热塞）图三：热塞试验循环（2小时）在试验循环过程中工程师应确定发动机暖机过程温度没有超过160度冷却液温度按4.2所示12D%C-%pdmds12D%C-%pdmdsrp用口」0 102D30俎50 60 70 80 90 100110120130140150T<me[min]StepTime[min]LoadSpeed1210%idle2920%45%3440%45%4120100%100%5440%45%6g20%45%7210%idle发动机早期开发阶段为避免发动机损坏试验时间可减为一个小时热塞操作参照附录A.=JJlkIL.=JJlkIL图六：湿缸套温度测量位置B口C4口4a□FullPart厂 &~B迪45deg.or4怨9Cdeg.图六：湿缸套温度测量位置B口C4口4a□FullPart厂 &~B迪45deg.or4怨9Cdeg.LinerFlange(ifappropriate)TopFiingReversal(TDGiE-0肌ional(T&mp「&li崗ytob&引砒degC)1£mm7EMPL