SC9DF排氣制動性能試驗(yàn)報告V.doc

密級SC9DF排氣制動性能試驗(yàn)報告報告編號：SSB- 合同編號：上海柴油機(jī)股份有限公司技術(shù)中心二八年十二月十一日試驗(yàn)分類排氣制動工作命令研發(fā)08-215試驗(yàn)編號試驗(yàn)部門研發(fā)中心型 號 SC9DF375Q3機(jī) 號 試驗(yàn)地點(diǎn)A4試車房試驗(yàn)日期12.28-12.02上海柴油機(jī)股份有限公司報告編號名 稱SC9DF排氣制動性能試驗(yàn)報告技 術(shù) 職 稱簽 字日 期報 告 分 發(fā)負(fù)責(zé)試驗(yàn)1.114資料室參加人員2.技術(shù)測量室3.114開發(fā)室編 寫4.試驗(yàn)負(fù)責(zé)單位校 對5.分管主任審 核認(rèn)可會簽審 定批 準(zhǔn) 摘 要 目的： 測量SC9DF發(fā)動機(jī)泄氣制動器系統(tǒng)不同工況下的制動功率、背壓、排溫等數(shù)據(jù)，評估制動性能表現(xiàn)。 結(jié)果： 1. 測量各制動工況下的氣門升程、缸內(nèi)壓力，分析制動工況對氣門運(yùn)動規(guī)律，尤其是浮閥的影響，為評估排氣制動對氣門的影響提供依據(jù)。1. 標(biāo)定轉(zhuǎn)速下的制動功率達(dá)到設(shè)計(jì)要求，1600rpm制動功率由于背壓限制，未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。制動功率曲線和JACOBS試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)較為一致。但是設(shè)計(jì)目標(biāo)制動功率的達(dá)到是以超過設(shè)計(jì)限制背壓的方式達(dá)到的，引起了氣門浮動。2. 非泄氣制動排氣門在全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)均有浮閥現(xiàn)象發(fā)生，且隨轉(zhuǎn)速升高氣門浮動最大升程增大。但浮閥不會導(dǎo)致排氣門和活塞相撞。措施：1安排9DF制動耐久試驗(yàn)，考核制動系統(tǒng)及發(fā)動機(jī)（主要是配氣機(jī)構(gòu)）制動工況下的可靠性。1 前言SC9DF發(fā)動機(jī)2 泄氣制動系統(tǒng)工作原理排氣門常開高背壓進(jìn)油口執(zhí)行活塞泄氣制動器蝶閥泄氣制動系統(tǒng)工作時，缸內(nèi)制動器(Bleeder Brake)使排氣門保持一個微小的開度，同時增壓器后的蝶閥(Exhaust Brake, EB)關(guān)閉使排氣管內(nèi)建立高背壓，從而使活塞泵氣做功，排氣門對壓縮氣體進(jìn)行節(jié)流，消耗曲軸的能量，實(shí)現(xiàn)制動。具體制動兩極制動力3 試驗(yàn)對象及主要測試設(shè)備3.1 發(fā)動機(jī)型號: SC9DF375Q3型增壓中冷四氣門柴油機(jī)，裝配缸內(nèi)泄氣制動器及蝶閥 氣缸數(shù)缸徑行程: 6114144(mm)型式: 四沖程、直噴式、空空中冷排量：8.9L3.2 測量設(shè)備試驗(yàn)室 序號 儀器名稱 型號 生產(chǎn)廠商 A41電力測功機(jī)APA4Z4/E/2801AVL2油耗儀AVL735AVL3信號采集儀WAVEBOOK516EHUNGARY4激光測距儀optoNCDT1607GERMANY5轉(zhuǎn)角編碼器ROTARY ENCODERNIDEC NEMICON CORP.4 試驗(yàn)條件與方法4.1試驗(yàn)日期：2008年11月28日2008年12月2日4.2試驗(yàn)地點(diǎn)：上柴試驗(yàn)試制A4試驗(yàn)室4.3試驗(yàn)現(xiàn)場環(huán)境狀況：室溫：t=10-15，大氣壓力：P0=102.5104kPa相對濕度： 由于該冷起動室無濕度計(jì)，所以無法測量濕度值。4.4試驗(yàn)方法本試驗(yàn)測量內(nèi)容有兩部分，一部分測量表征發(fā)動機(jī)制動系統(tǒng)制動能力的制動功率、扭矩以及相應(yīng)的排氣門出口壓力，排氣總壓力、溫度及蝶閥前背壓、溫度；另一部分測量反映非制動排氣門正時與運(yùn)動規(guī)律，尤其是受排氣制動影響導(dǎo)致的浮動升程。試驗(yàn)通過倒拖法測定發(fā)動機(jī)制動系統(tǒng)的制動功率，并同時測量各壓力、溫度以及氣門升程、轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)。本次試驗(yàn)測量了第三缸缸內(nèi)壓力及該缸非制動排氣門氣門升程。缸內(nèi)壓力測量利用仿噴油器外形的墊塊替代噴油器，以供缸壓傳感器引出壓力量。氣門升程測量采用激光測距儀，根據(jù)測距儀安裝要求，通過支架安裝在搖臂軸座上，測量落點(diǎn)在氣門彈簧座上平面。為了增加反射激光的效果，彈簧座上平面涂上油漆。由于罩殼內(nèi)油氣較重，為了減少油氣對激光束的干擾，用鉛絲堵住該缸排氣搖臂的出油孔，并將高壓氣管固定在測量的彈簧上座附近，利用高壓氣流使油氣不易積聚。由于缸內(nèi)壓力傳感器和臺架傳感器分屬兩個測量系統(tǒng)，本次試驗(yàn)未能把激光測距的轉(zhuǎn)角信號轉(zhuǎn)化為臺架系統(tǒng)的轉(zhuǎn)角信號，因此排氣管背壓、渦前背壓及蝶閥前背壓均記錄的是峰值壓力，未能記錄發(fā)動機(jī)一個循環(huán)的瞬態(tài)壓力數(shù)據(jù)。試驗(yàn)規(guī)范如下：1） 發(fā)動機(jī)正常暖車，油溫達(dá)95，水溫達(dá)80后停車；2） 改裝：換裝假噴油器，安裝缸內(nèi)壓力傳感器；3） 開始測試：從2600rpm起每200rpm降低轉(zhuǎn)速，每個轉(zhuǎn)速點(diǎn)均需完成下列四個狀態(tài)的測試：發(fā)動機(jī)倒拖不制動；僅蝶閥制動；制動器+蝶閥制動；僅制動器制動； 工況及測量量見下：工作狀態(tài)工作轉(zhuǎn)速/rpm（依次進(jìn)行轉(zhuǎn)速切換）記錄要求260024002200200018001600140012001000發(fā)動機(jī)倒拖不制動測量內(nèi)容轉(zhuǎn)速連續(xù)記錄30s僅蝶閥制動制動功率及扭矩,制動器+蝶閥制動1、3、4、5、6缸排氣管出口壓力，蝶閥前壓力及溫度，1-3缸渦前總排壓及總排溫僅制動器制動缸內(nèi)壓力，氣門升程，凸輪軸轉(zhuǎn)角信號由于試驗(yàn)過程熱車后需拆裝噴油器及接塊，且測試過程中發(fā)動機(jī)不工作，測量結(jié)果一定程度上會受發(fā)動機(jī)變冷的影響。5 試驗(yàn)內(nèi)容與結(jié)果5.1 制動功率及背壓、溫度圖表中，紫色線條代表全制動工況，即缸內(nèi)制動器和蝶閥均工作（Bleeder+EB brake），藍(lán)色線條代表僅蝶閥制動工況(EB Brake)，黃色線條代表僅缸內(nèi)制動器制動工況(Bleeder brake)，綠色線條代表制動器和蝶閥均不工作，發(fā)動機(jī)倒拖(no braking)。圖1圖2表1轉(zhuǎn)速/rpm制動功率/kW制動扭矩/NmEBBleeder +EBBleederFrictionEBBleeder +EBBleederFriction2600184.4 234.6 110.1 82.0 674.2 862.4 403.3 301.1 2400160.1 197.8 98.0 68.4 635.8 788.3 390.2 271.3 2200137.0 159.0 84.8 52.0 594.4 693.0 368.2 226.0 2000114.9 124.9 68.6 41.4 548.4 596.8 327.5 197.9 180092.1 109.9 57.1 32.5 488.6 584.0 303.2 172.5 160073.9 92.5 51.5 26.1 441.9 553.2 307.5 155.9 140059.6 73.7 34.7 20.6 405.4 502.4 236.9 140.8 120048.2 56.7 29.4 16.1 383.5 451.1 233.6 127.7 從測試結(jié)果看，制動功率及扭矩隨轉(zhuǎn)速增高而增大，且制動功率隨轉(zhuǎn)速升高上升趨勢增大。標(biāo)定轉(zhuǎn)速2200rpm制動功率達(dá)159kW，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。對比三種制動方式可知，相同轉(zhuǎn)速下制動功率：全制動僅蝶閥制動僅制動器制動。5.2 制動背壓圖3表2轉(zhuǎn)速第三缸排氣管口壓力(表壓)/kPa蝶閥前排壓(表壓)/kPa1-3缸總排壓(表壓)/kParpmEB brakeBleeder +EB brakeBleeder brakeFrictionEB brakeBleeder +EB brakeBleeder brakeFrictionEB brakeBleeder +EB brakeBleeder brakeFriction2600413.1 375.2 76.7 53.8 408.9 375.8 4.5 3.3 388.5 348.5 71.2 48.0 2400400.4 357.9 65.3 48.6 397.3 358.1 3.5 2.9 378.4 329.4 59.2 43.4 2200396.1 356.6 60.8 41.9 394.3 358.3 3.4 2.5 359.4 322.7 55.1 36.4 2000381.3 341.4 52.3 39.3 376.8 341.7 2.7 2.4 357.9 312.4 46.9 35.3 1800366.9 319.7 43.0 33.5 361.2 316.9 2.4 2.0 346.0 295.0 37.9 30.6 1600356.5 296.3 40.0 27.8 350.4 292.5 2.2 1.7 340.0 277.9 35.4 25.3 1400344.8 253.6 29.5 24.0 336.7 249.0 1.7 1.4 328.4 238.5 24.6 21.1 1200336.3 214.7 23.9 18.2 326.8 212.3 1.5 1.1 320.3 202.1 19.5 15.3 根據(jù)開發(fā)要求，發(fā)動機(jī)制動系統(tǒng)背壓設(shè)計(jì)要求為3.2bar（圖中白色虛線）2200rpm，背壓過高會引起非制動排氣門浮動，可能對非制動排氣門的可靠性和耐久性產(chǎn)生影響。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)看，全制動狀態(tài)下， 1800rpm時蝶閥前背壓已經(jīng)達(dá)到317kPa，而2200rpm時背壓達(dá)到358kPa，超過設(shè)計(jì)限制約0.4bar；后續(xù)的氣門升程測試證實(shí)了高背壓已經(jīng)導(dǎo)致非制動排氣門有較大浮動。SC9DF排氣門彈簧的設(shè)計(jì)背壓為3.2bar，即在預(yù)緊狀態(tài)下，排氣管內(nèi)作用在排氣門背面的壓力和缸內(nèi)作用在排氣門上的壓力最大允許壓差為3.2bar，否則背壓將克服彈簧預(yù)緊力，引起氣門浮動。最理想的試驗(yàn)方法應(yīng)同時測量非制動排氣門兩側(cè)瞬態(tài)壓差，即瞬態(tài)缸內(nèi)壓力和排氣管口壓力之差，本次試驗(yàn)由于條件限制，未能測量排氣管口瞬態(tài)壓力對應(yīng)轉(zhuǎn)角相位的壓力變化，而記錄的僅是穩(wěn)態(tài)壓力，因此無法結(jié)合缸內(nèi)壓力曲線的變化量化分析非制動排氣門兩側(cè)瞬態(tài)壓差對氣門浮動時刻和大小的影響。僅蝶閥制動時的蝶閥前背壓和排氣管總背壓均高于全制動即有一個排氣門打開時的背壓，因此造成的氣門浮動會更大，這在后續(xù)的氣門升程測試中也得到了證實(shí)。僅有缸內(nèi)制動器工作時的背壓較之非制動倒拖略高，對非制動排氣門不會產(chǎn)生影響。根據(jù)JVS的試驗(yàn)結(jié)果，在相同轉(zhuǎn)速下，一缸和六缸非制動排氣門會有不同的最大浮動量。而考慮排氣管內(nèi)始終充滿高背壓廢氣，而氣缸壓力在活塞下行兩個沖程中不斷降低，可以認(rèn)為各缸非制動排氣門的浮動大小主要受排氣管口處背壓影響，因此本次試驗(yàn)同時監(jiān)測了除第二缸外的其它各缸排氣管口壓力（第二缸因傳感器數(shù)量不夠未測）。全制動狀態(tài)及僅蝶閥制動狀態(tài)下各缸排氣管口壓力見圖4。圖4轉(zhuǎn)速第一缸排氣管口壓力(表壓)/kPa第三缸排氣管口壓力(表壓)/kPa第四缸排氣管口壓力(表壓)/kPa第五缸排氣管口壓力(表壓)/kPa第六缸排氣管口壓力(表壓)/kParpmEB brakeBleeder +EB brakeEB brakeBleeder +EB brakeEB brakeBleeder +EB brakeEB brakeBleeder +EB brakeEB brakeBleeder +EB brake2600406.7 367.7 413.1 375.2 428.7 390.4 414.0 379.4 414.3 379.2 2400398.2 353.9 400.4 357.9 415.2 372.9 403.3 363.9 406.0 365.5 2200394.2 356.1 396.1 356.6 405.8 371.0 398.6 363.7 399.6 365.5 2000380.4 341.5 381.3 341.4 390.0 355.8 385.2 352.1 384.4 352.5 1800367.7 321.6 366.9 319.7 374.4 330.8 372.6 328.0 371.4 327.4 1600359.7 299.3 356.5 296.3 361.9 304.5 360.6 301.7 359.8 301.9 1400348.2 256.5 344.8 253.6 349.9 261.1 347.1 256.7 348.4 259.0 1200340.1 218.8 336.3 214.7 340.7 220.8 337.1 217.4 339.1 219.1 由測量結(jié)果看，隨轉(zhuǎn)速的升高，各缸排氣管口壓力也相差越大，2600rpm時一四缸約相差0.3bar。此證明了存在各缸非制動排氣門浮動不同的可能性。5.3 排溫轉(zhuǎn)速1-3缸總排溫/蝶閥前總排溫/rpmEB brakeBleeder +EB brakeBleeder brakeFrictionEB brakeBleeder +EB brakeBleeder brakeFriction2600205.9 443.9 273.4 115.0 186.6 398.9 234.5 93.0 2400205.0 380.5 218.7 108.0 186.9 337.8 179.1 93.0 2200209.9 272.6 236.2 74.0 184.3 229.3 206.0 58.0 2000198.0 326.2 255.1 115.0 178.4 279.5 213.4 105.0 1800217.7 309.2 214.7 115.0 195.6 273.6 186.8 106.0 1600251.3 330.6 282.5 101.0 236.8 301.7 274.6 99.0 1400272.3 323.9 173.1 134.0 261.8 302.5 193.4 142.0 1200265.9 285.4 167.6 107.0 262.4 271.4 182.7 113.0 從測試結(jié)果看，各制動狀態(tài)下的渦輪前排溫和蝶閥前排溫均原低于發(fā)動機(jī)允許的極限排溫700。但是考慮實(shí)際用戶使用中可能存在長下坡需長時間開起制動系統(tǒng)，在長時間較高排溫下氣門和噴油器的可靠性是否會受影響還有待驗(yàn)研究，需安排耐久試驗(yàn)驗(yàn)證。5.4 氣門升程及缸內(nèi)壓力本次試驗(yàn)測量的是第三缸非制動排氣門升程及缸內(nèi)壓力。氣門升程及缸內(nèi)壓力如下四幅圖所示。由于油氣、振動對激光測距儀的測量會產(chǎn)生影響，氣門升程的測量出現(xiàn)最大升程隨轉(zhuǎn)速而變化的現(xiàn)象，即桃峰高度不統(tǒng)一，因此桃峰附近的升程測量僅做參考；但是在較低升程范圍內(nèi)，測量是可靠的，因此測得的氣門浮動數(shù)據(jù)是可信的。圖中白色虛線代表理論最大升程凸輪軸轉(zhuǎn)角，藍(lán)色虛線代表臨缸排氣門開起處凸輪軸轉(zhuǎn)角位置，黃色虛線代表進(jìn)氣門開啟處凸輪轉(zhuǎn)角位置。缸內(nèi)壓力測量值為表壓。排氣門最大升程進(jìn)氣門開起臨缸排氣氣門浮動排氣門最大升程進(jìn)氣門開起臨缸排氣氣門浮動轉(zhuǎn)速/rpm26002400220020001800160014001200Bleeder+EB brake浮動/mm3.02.51.51.51.00.40.20.1EB brake3.42.82.61.91.30.90.50.45.4.1 氣門浮動及相位由測量結(jié)果可知，全制動及僅蝶閥制動工況下，非制動排氣門發(fā)生浮動，隨轉(zhuǎn)速升高浮動加大，且即使在1200rpm的低轉(zhuǎn)速下，浮動仍然存在；相同轉(zhuǎn)速下，僅蝶閥制動工況氣門浮動更嚴(yán)重。非制動工況及僅蝶閥制動工況無氣門浮動。9DF排氣管為兩段式，1-3缸共用一根排氣管，4-6缸共用一根排氣管，考慮發(fā)動機(jī)排氣型式為1-5-3-6-2-4，及各缸排氣凸輪對應(yīng)轉(zhuǎn)角，各缸排氣相差凸輪相位角如下：發(fā)動機(jī)發(fā)火順序/凸輪轉(zhuǎn)角缸數(shù)153624第一缸上止點(diǎn)時最大升程相位1261862463066(+360)66(+360)排氣延后角（1缸為基準(zhǔn)）060120180240300P合=P背壓-P缸P背壓P缸即一缸排氣后，三缸延后120凸輪軸轉(zhuǎn)角排氣，二缸延后240凸輪轉(zhuǎn)角排氣，如此循環(huán)。由全制動及僅蝶閥制動的數(shù)據(jù)圖表可知，氣門浮動基本在最大升程后120凸輪轉(zhuǎn)角左右開始，然后推后20凸輪轉(zhuǎn)角左右達(dá)到最大。在240凸輪轉(zhuǎn)角位置氣缸內(nèi)壓力已經(jīng)出現(xiàn)負(fù)壓，而蝶閥的關(guān)閉使排氣管路形成封閉環(huán)境，各缸受其它缸排氣脈沖影響，在非制動排氣門背面形成高背壓的合力，使得其發(fā)生浮動。 從氣門升程看，蝶閥關(guān)閉后反跳十分嚴(yán)重，但是由于本次試驗(yàn)為安裝加速度傳感器，無法測量非制動排氣門的反跳落座速度。后續(xù)應(yīng)安排耐久試驗(yàn)測試排氣制動工況下發(fā)動機(jī)尤其是配氣機(jī)構(gòu)的可靠性。5.4.2 缸內(nèi)壓力由缸內(nèi)壓力曲線圖可知，在大約凸輪轉(zhuǎn)角150（排氣上止點(diǎn)前30凸輪轉(zhuǎn)角），全制動及僅蝶閥制動工況下的缸內(nèi)壓力曲線有一段凸起，而僅缸內(nèi)制動器制動或非制動倒拖工況下無此現(xiàn)象。該轉(zhuǎn)角是進(jìn)氣門開起的位置，說明受高背壓的影響，有部分排氣在進(jìn)氣沖程倒灌入氣缸。僅蝶閥制動工況下缸內(nèi)壓力峰值隨轉(zhuǎn)速的變化非常明顯，而全制動或僅制動器制動時的缸內(nèi)壓力峰值對轉(zhuǎn)速的變化要5.5 示功圖6 試驗(yàn)結(jié)論