冷热冲击装置在发动机可靠性试验中的控制技术

冷热冲击装置在发动机可靠性试验中的控制

摘 要 本文介绍了发动机冷热冲击试验的工况过程，试验装置的组成、原理，并分析了试

验中各工况的程序控制过程。

关键词 发动机 试验 冷热冲击 装置

概述

为了迅速、正确地考验出发动机的可靠性，保证发动机质量，缩短发动机的开发周期，我厂根据GB/T19055-2003《汽车发动机可靠性试验方法》中冷热冲击试验项目要求应用了两台冷热冲击装置。它与我厂原有的发动机自动试验系统配套，通过对发动机的出水温度、转速、油门、负荷、点火回路、起动回路、温控阀等参数的控制，从而完成：额定工况，低怠速，停机，起动，高怠速各工况间的转换，实现了发动机冷热冲击试验的全部过程。

1 发动机冷热冲击试验技术条件和技术要求

根据GB/T19055-2003《汽车发动机可靠性试验方法》， 冷热冲击试验规范见图1及表1，表中工况1到工况2，工况2到工况3的转换在5s之内完成；工况3到工况4，工况4到工况1的转换在15s以内完成，均匀地改变转速和负荷。每循环历时6min。

nhir/minnpnptp15sni15sn=0时间t/s360s

图1 冷热冲击试验规范示意图（实线表示油门全开）

表1冷热冲击试验规范

工况序号 转速 负荷 冷却水出口温度 K 1（热） 2 3 4（冷） 最大净功率的转速np 怠速ni 0 最大净功率的转速np或高怠速nhi 油门全开 ０ ０ ０ 升至378±2°或385±2° 自然上升 自然上升 降至311 工况时间 s tp 15 15 360-tp-15-15 a 散热器盖在绝对压力150kpa放汽时，冷却水温升至378±2K，或按发动机制造厂的规定。 b 散热器盖在绝对压力190kpa放汽时，冷却水温升至385±2K，或按发动机制造厂的规定。 c tp系发动机自行加热至出水温度所需的时间，应在120s至210s之间。 2 冷热冲击装置原理图

系统组成包括：高温电磁阀，循环水泵，电动调节阀，气动三通切断阀，连接软管，冷却水管，水温传感器，板式换热器，电路控制箱，空气压缩机等，见图2

图2

3 冷热冲击试验各工况控制过程分析

3.1 工况1：转速为np，油门全开，即全速全负荷。测控仪n/p方式控制设定值转速为np，油门开度100%。装置内热循环管道内的水容量与发动机车用水箱及管道容量内水容量相当（约2L），热循环管道中无冷却调节控制。发动机的出水温度由原来的36℃逐步升高，当升至105℃时，温控仪输出开关信号（仪表设定），此时如果膨胀水箱的压力达到150kPa, 电接点压力表输出开关信号（指针设定），当两个信号同时到达时，打开放气电磁阀，释放过热水蒸汽。此时工况1结束，计算机算出工况1的运行时间tp值。

3.2 工况2：怠速ni，零负荷、测控仪n/p方式控制，设定值励磁电流为O，油门开度为O。装置水路与工况1一致，发动机的出水温度自然上升，运行时间为15秒，其中工况转换时间为5秒。

3.3 工况3：O速O负荷，测控仪P1/p方式控制，设定值P1励磁电流为O，油门开度为O。但要切断DC12V发动机点火电源，此时发动机为停机状态。运行时间为15秒，其中工况转换时间为5秒，此时发动机出水温可达到115℃。

3.4 工况4：转速为np，负荷为O，测控仪前2秒n/p方式控制，接通DC12V发动机点火电源，接通起动电机电源，发动机启动后，测控仪自动转换至M/n方式控制，设定值扭矩为O，转速为np，计算机发出控制指令控制装置内气动三通切断阀动作，发动机高温出水只能经过热交换器冷却后进入发动机的入水口，进入冷循环过程，温控仪控制热交换器的冷却水流量，快速降温。温控仪的控制温度设定为36℃，工况4的运行时间为360-tp-30秒，其中工况转换时间为15秒。

4 计算机控制功能：

4.1 进入冷热冲击测控程序后，输出“1”号水泵控制开关量，启动水泵工作；输出“2”号切换气动三通转换阀开关量，并保持。测控程序进入热循环，测控界面上的“热冲击计时”图标变为醒目颜色，“冷冲击计时”图标转为淡色。此为第一工况。

4.2 当计算机检测到发动机出水温度为105℃时，计算机算出第一工况所用时间tp，并由计算机自动转入第二工况。

4.3 当第二工况运行完毕后，计算机输出“3”号停车开关量，直到当计算机检测到发动机转速为0时，计算机才释放“3”号停车开关量，同时计算机才释放“1”号水泵控制开关量，加压水泵停止工作。当计算机输出“3”号停车开关量时间超过10秒后，还不能停车，计算机输出停车报警提示“停车故障”。 并停止进入下一道工况。并记录冷冲击试验和热冲

击试验时间、冷热冲击次数。（第一工况至第三工况为热冲击时间，第四工况为冷冲击时间），当发动机停车后，停车报警提示消失或“停车故障”图标变色。

4.4 当第三工况运行完毕后，计算机输出“4”号启动开关量，直到当计算机检测到发动机转速大于650r/min后，计算机才释放“4”号停车开关量，（输出“4”号启动开关量的时间每次不能超过5秒，当输出时间超过5秒后，“4”号启动开关量必须释放，释放时间为3秒，然后再次输出“4”号启动开关量，如此循环，直到发动机转速大于650r/min，当连续输出四次开关量后，还不能启动发动机，计算机输出启动报警提示“启动故障”。并可以人工控制暂停启动发动机。）当发动机顺利启动后，计算机才开始记录单次热冲击时间和冷热冲击累计时间，同时测控界面的“热冲击计时”图标转为淡色、“冷冲击计时”图标变为醒目颜色，同时计算机吸合“1”号水泵控制开关量，加压水泵开始工作。当检测到发动机转速超过额定转速的60%时，释放“2”号切换气动三通转换阀开关量，进入第四工况冷冲击试验。

4.5 当计算机检测到膨胀水箱的水箱压力超过250Kpa时，输出报警指示。 4.6 当计算机每运行一次冲击（冷或热）后，计算机均要记录。

4.7 当计算机中途退出冷热冲击实验时，不管前面工况是什么，退出时都要释放“2”、“3”、“4”号开关量

5 计算机程序编制

经反复调试，实时测控软件程序编制如下（LJ474Q）： 序 控制 号 特性 测发动机功转速机r/min n?m 油门位置% 100 0 0 2 0 过渡时间 s 调节时间 s 运转测记录 测油? 时间 油时刻s s 次数 循继电环器开次启 数 1 2 3 4 5

n/p n/p P1/p n/p m/n 0 0 6000 1000 1200 6000 15 5 5 1 15 15 5 5 1 15 200 15 15 2 60 1 0 0 0 0 记录 记录 记录 不记录 记录 20 0 13 0 0 1 1 1 1 1 0 0 3 4 2

以上程序为一个完整的循环，历时6min，当进行200小时冷热冲击实验时，将循环次数设定为2000次。冷热冲击试验台架能够根据预先编制的试验程序自动控制发动机运行，完成试验，各项性能参数均可实现实时监控。本试验台架使用通用计算机，测控软件运行在Windows2000操作系统下。

结束语

由于冷热冲击试验工况要涉及到测功机、油门的控制，如果另外设计控制设备将增加试验成本和复杂程度。因此本试验台架控制系统中不仅具有转速、油门等一般试验参数的控制、测量及条件控制设置，同时具有冷热冲击试验的程序控制和参数设置（也包括其他混合、交变负荷试验程序的设置）。除冷热冲击试验外，还可进行全速全负荷可靠性试验和交变负荷可靠性试验。当进行全速全负荷可靠性试验和交变负荷可靠性试验时，冷热冲击装置替代传统的水箱冷却系统，控制发动机水温保持在规定的范围内。