内燃机可靠性指标将在“十三五”规划中得到强化

作为世界汽车第一产销大国,2014年中国的各类内燃机产销量达8200万台之巨,完完全全又是内燃机产销的全球第一大国。但与国际先进水平相比,中国仍 然不能算是内燃机强国,为什么呢?其中最大的差距即内燃机的可靠性。这是潍柴动力股份有限公司副总裁佟德辉,5月26日于北京举办的第四届内燃机可靠性技 术国际研讨会上所做的表述。研讨会由中国汽车工业协会车用发动机分会主办,内燃机可靠性国际技术创新联盟等单位协办,共有十多位专家分别从不同角度和议 题,围绕日益严格的排放与油耗法规及其给内燃机带来的挑战性,就内燃机整机与关键零部件可靠性、内燃机与整车匹配可靠性技术的应用以及内燃机摩擦、磨损等 多个方面展开技术探讨和交流。

来自一汽技术中心发动机部机械开发室主任蒋文虎认为,发动机的可靠性是指发动机在规定的使用、保养条件下和规定的时间内按规定运行的能力,一般用故障率进 行评价。发动机的耐久性是发动机在正常使用、保养条件下正常运行到极限状态之前的能力,是发动机可靠性的特殊表达形式,一般用B10寿命进行评价。B10 寿命则是指发动机运行过程中,有10%的发动机出现严重故障时的运行里程或时间。

蒋文虎表示,明确发动机可靠性与耐久性的定义与评价指标,是发动机可靠性开发的前提。具体到一汽而言,在发动机产品开发的策划阶段,要详细定义出发动机的 失效曲线,即在策划阶段就已经可预知发动机的可靠性水平。例如,在一汽基于失效模型所进行的零部件可靠性目标分解模型中,对失效原因进行分析判断,如结构 性设计原因、供应商技术与质量控制水平、材料不当或工艺不满足设计要求以及潜在失效分析等多个方面。蒋文虎认为,市场真实的失效率曲线是评价发动机开发及 质量保证体系的标准,同时也是下一代产品开发的输入,而全生命周期发动机可靠耐久性开发、发动机的改进、升级、换代是不断修改失效曲线的过程。

同样是谈到可靠性问题,来自清华大学汽车安全与节能国家重点实验室的帅石金教授表示,柴油发动机的使用寿命根据其所匹配车辆类型的不同而不同。通常来讲, 柴油车的载质量越大,对其寿命的要求则越高;欧洲第六阶段排放法规,对柴油机寿命的要求比第四、第五阶段要求则加严40%~60%;而在美国,2004年 后的排放法规中,轻型、中型柴油机里程没有加严,但使用年限增加了2年,重型柴油机里程则加严了50%;中国的柴油机寿命要求则参照欧洲体系。

作为柴油发动机的核心——电控共轨燃油系统,其磨损诊断与发动机可靠性有着密切的关联。来自潍柴动力发动机技术研究院的副院长张展腾博士介绍,在对喷油器 所做的基于转速震荡的喷油器喷孔磨损控制分析软件中,当喷油器由于颗粒磨损造成喷孔变大时,相应的软件可以识别喷孔的磨损量,并对实际喷油量进行修正以保 护发动机,并可根据喷孔磨损的程度进行相应的提示(如报警、限制扭矩等)。通过从设定喷油量到喷油量预估、喷油器磨损量分析、修正MAP自学习、修正因 子、外特性油量修正,直至发动机保护的策略架构,可形成喷孔磨损后的应对方案。例如,当喷孔磨损程度较小时,可通过限制发动机外特性喷油量在合理范围内, 防止发动机的损坏;而当喷孔磨损程度较大时,发动机的排放及性能恶化较严重,此时通过限制喷油量已不能有效改善时,则进行OBD(车载诊断系统)亮灯或进 行限制扭矩的措施,并提示更换新的喷油器。

在谈到柴油喷射系统产品的验证工作时,来自博世汽车柴油喷射系统有限公司工程测试部的钱立彬介绍,通过可靠性工程,可以进行可靠性需求分析、仿真计算、健 壮性验证、耐久性验证、客户验证和产品可靠性跟踪等一系列工作。例如,在产品健壮性评估过程中,通过基于载荷分析的健壮性试验,可以验证柴油喷射系统部件 对油品润滑性的健壮性、对油品颗粒污染的健壮性以及对极端运行条件的健壮性。最终,通过零部件试验、系统耐久性试验、整车试验等客户验证过程,形成高质量 和高可靠性的产品。

来自AVL公司的项目经理IlonaWeber女士则认为,对一个系统的开发,需要关于该系统使用惯例的深入知识,系统的关注点在各种不同车辆类型中典型 的使用情况,车辆的使用惯例决定着动力系统的使用情况,而不同的参数会影响到车辆的使用情况。在AVL的开发过程中,对于发动机及其零部件而言,一个负荷 分布情况分析应当给出特定部件的特定负荷细节。通过负荷曲线分析,可以尽早地获得相关部件的负荷信息,并且在项目早期即获取较好的负荷评估及系统使用情况 评估,以保证开发的进展和布局的精确性。

帅石金教授介绍,对重型柴油机后处理系统耐久性所做的大量试验和研究中,分别对柴油机后处理系统中的DOC(柴油机氧化催化器)、SCR(选择性催化还原 装置)、DPF(柴油机颗粒捕集器)等主要部件进行了包括热老化、硫中毒、HC中毒、高温失活、沉积物与灰分的累积等一系列试验与研究,并提出DOC的耐 久性能直接影响到下游的DPF和SCR性能,DOC需根据DPF再生策略、后处理系统布置方案等进行有针对性的设计;而SCR耐久性影响因素很多,应特别 注意SCR催化剂材料的选择及沉积物的控制;对于DPF,再生控制对其耐久性非常重要,精确可靠的DPF再生控制能有效提高DPF的耐久性能。

与内燃机可靠性的议题相一致,中国内燃机工业协会常务副会长兼秘书长邢敏,在谈到我国内燃机工业“十三五”节能减排与绿色发展思路时指出,面临国际先进商 用柴油机约160万公里B10水平的挑战,我国正在研究大于100万公里的可靠性方案,并将从可持续发展的高度审视产品的整个生命周期,强调在产品开发阶 段按照全生命周期的观点进行系统性的分析与评价。