為世界汽車第一產銷大國,2014年中國的各類內燃機產銷量達8200萬臺之巨,完完全全又是內燃機產銷的全球第一大國。但與國際先進水平相比,中國仍然不能算是內燃機強國,為什么呢?其中最大的差距即內燃機的可靠性。這是濰柴動力股份有限公司副總裁佟德輝,5月26日于北京舉辦的第四屆內燃機可靠性技術國際研討會上所做的表述。研討會由中國汽車工業協會車用發動機分會主辦,內燃機可靠性國際技術創新聯盟等單位協辦,共有十多位專家分別從不同角度和議題,圍繞日益嚴格的排放與油耗法規及其給內燃機帶來的挑戰性,就內燃機整機與關鍵零部件可靠性、內燃機與整車匹配可靠性技術的應用以及內燃機摩擦、磨損等多個方面展開技術探討和交流。
來自一汽技術中心發動機部機械開發室主任蔣文虎認為,發動機的可靠性是指發動機在規定的使用、保養條件下和規定的時間內按規定運行的能力,一般用故障率進行評價。發動機的耐久性是發動機在正常使用、保養條件下正常運行到極限狀態之前的能力,是發動機可靠性的特殊表達形式,一般用B10壽命進行評價。B10壽命則是指發動機運行過程中,有10%的發動機出現嚴重故障時的運行里程或時間。
蔣文虎表示,明確發動機可靠性與耐久性的定義與評價指標,是發動機可靠性開發的前提。具體到一汽而言,在發動機產品開發的策劃階段,要詳細定義出發動機的失效曲線,即在策劃階段就已經可預知發動機的可靠性水平。例如,在一汽基于失效模型所進行的零部件可靠性目標分解模型中,對失效原因進行分析判斷,如結構性設計原因、供應商技術與質量控制水平、材料不當或工藝不滿足設計要求以及潛在失效分析等多個方面。蔣文虎認為,市場真實的失效率曲線是評價發動機開發及質量保證體系的標準,同時也是下一代產品開發的輸入,而全生命周期發動機可靠耐久性開發、發動機的改進、升級、換代是不斷修改失效曲線的過程。
同樣是談到可靠性問題,來自清華大學汽車安全與節能國家重點實驗室的帥石金教授表示,柴油發動機的使用壽命根據其所匹配車輛類型的不同而不同。通常來講,柴油車的載質量越大,對其壽命的要求則越高;歐洲第六階段排放法規,對柴油機壽命的要求比第四、第五階段要求則加嚴40%~60%;而在美國,2004年后的排放法規中,輕型、中型柴油機里程沒有加嚴,但使用年限增加了2年,重型柴油機里程則加嚴了50%;中國的柴油機壽命要求則參照歐洲體系。
作為柴油發動機的核心——電控共軌燃油系統,其磨損診斷與發動機可靠性有著密切的關聯。來自濰柴動力發動機技術研究院的副院長張展騰博士介紹,在對噴油器所做的基于轉速震蕩的噴油器噴孔磨損控制分析軟件中,當噴油器由于顆粒磨損造成噴孔變大時,相應的軟件可以識別噴孔的磨損量,并對實際噴油量進行修正以保護發動機,并可根據噴孔磨損的程度進行相應的提示(如報警、限制扭矩等)。通過從設定噴油量到噴油量預估、噴油器磨損量分析、修正MAP自學習、修正因子、外特性油量修正,直至發動機保護的策略架構,可形成噴孔磨損后的應對方案。例如,當噴孔磨損程度較小時,可通過限制發動機外特性噴油量在合理范圍內,防止發動機的損壞;而當噴孔磨損程度較大時,發動機的排放及性能惡化較嚴重,此時通過限制噴油量已不能有效改善時,則進行OBD(車載診斷系統)亮燈或進行限制扭矩的措施,并提示更換新的噴油器。
在談到柴油噴射系統產品的驗證工作時,來自博世汽車柴油噴射系統有限公司工程測試部的錢立彬介紹,通過可靠性工程,可以進行可靠性需求分析、仿真計算、健壯性驗證、耐久性驗證、客戶驗證和產品可靠性跟蹤等一系列工作。例如,在產品健壯性評估過程中,通過基于載荷分析的健壯性試驗,可以驗證柴油噴射系統部件對油品潤滑性的健壯性、對油品顆粒污染的健壯性以及對極端運行條件的健壯性。最終,通過零部件試驗、系統耐久性試驗、整車試驗等客戶驗證過程,形成高質量和高可靠性的產品。
來自AVL公司的項目經理IlonaWeber女士則認為,對一個系統的開發,需要關于該系統使用慣例的深入知識,系統的關注點在各種不同車輛類型中典型的使用情況,車輛的使用慣例決定著動力系統的使用情況,而不同的參數會影響到車輛的使用情況。在AVL的開發過程中,對于發動機及其零部件而言,一個負荷分布情況分析應當給出特定部件的特定負荷細節。通過負荷曲線分析,可以盡早地獲得相關部件的負荷信息,并且在項目早期即獲取較好的負荷評估及系統使用情況評估,以保證開發的進展和布局的精確性。
帥石金教授介紹,對重型柴油機后處理系統耐久性所做的大量試驗和研究中,分別對柴油機后處理系統中的DOC(柴油機氧化催化器)、SCR(選擇性催化還原裝置)、DPF(柴油機顆粒捕集器)等主要部件進行了包括熱老化、硫中毒、HC中毒、高溫失活、沉積物與灰分的累積等一系列試驗與研究,并提出DOC的耐久性能直接影響到下游的DPF和SCR性能,DOC需根據DPF再生策略、后處理系統布置方案等進行有針對性的設計;而SCR耐久性影響因素很多,應特別注意SCR催化劑材料的選擇及沉積物的控制;對于DPF,再生控制對其耐久性非常重要,精確可靠的DPF再生控制能有效提高DPF的耐久性能。
與內燃機可靠性的議題相一致,中國內燃機工業協會常務副會長兼秘書長邢敏,在談到我國內燃機工業“十三五”節能減排與綠色發展思路時指出,面臨國際先進商用柴油機約160萬公里B10水平的挑戰,我國正在研究大于100萬公里的可靠性方案,并將從可持續發展的高度審視產品的整個生命周期,強調在產品開發階段按照全生命周期的觀點進行系統性的分析與評價。