基于MC系列柴油机磨合工况的优化研究

梁颖杰 王强 柳田 张梦东 胡泽伦

摘要：柴油机在完成零部件装配后，需要进行整车热试，用于检验装配质量，包括是否存在漏水、漏液及漏气，甚至因装配质量不到位导致的拉缸、拉瓦等恶性故障，原则上充分的热试时间以及更全面的热试工况点位，有助于发现柴油机早期故障，避免出现售后零公里。同时有助于柴油机各运动副的早期磨合，如缸孔网纹、主轴瓦及连杆瓦副等，提升柴油机的B10寿命。反之，过长的时间会导致能源与人工工时的双重浪费，不利于精益生产，因此，如何合理的设计磨合点位及磨合时间，对于产品质量提升与节能降本的平衡起到关键作用。

关键词：柴油机；出厂磨合；机油

MC系列作为德国MAN系列的引进产品，一直秉承德国的工艺技术要求，在初期导入时，为确保国产化过程中的质量稳定，对柴油机的整车热试一直加严控制。

具体热试要求见表1，磨合时间45min，结合磨合工况及时间，拟考虑从热试故障发生时间、柴油机水温提升速率及机油磨削成分分析三个方面确定发动机优化点位及方案。

柴油机热试故障分析

统计2022年6月和7月2个月的MC系列发动机热试故障数据分析，累计4100台发动机数据，热试故障发生数68起，一次校验合格率98.34%，其中各个磨合点位故障发生比例见表2。

通过数据分析可知，柴油机热试故障集中在第一和第八磨合工况点位：第一磨合点位主要为柴油机起动运转工况，针对前工序的装配质量问题易集中暴露，主要故障表现为柴油机因传感线线束退针及虚接等接触不良引起的无法起动故障，以及因配套件尺寸不到位导致的间隙不符合工艺要求引起的异响问题；第八磨合点位主要为柴油机进入全速全负荷工况，发动机处于爆压（20MPa）和功率最大点位，柴油机各结合面容易出现漏液、漏油、漏气等三漏问题，结合柴油机故障发生点位分析，磨合時间优化点位优先考虑第二至七点位。

柴油机水温提升速率分析

柴油机的气缸、活塞、活塞环之间的磨损，受冷却水温的影响很大。在实践中发现，水温在80℃左右时磨损最小[1]，因此磨合时间优化后需保证柴油机在进入额定点前冷却液水温已达到80℃以上，以降低低温对运动副磨损的影响。

通过试验，记录了采用45min磨合规范的4台350马力（1马力≈0.735kW）、4台310马力、4台250马力共12台内燃机ECU内水温的报文信息数据的提升情况，如图1所示。

通过图表分析可得：

1）内燃机起动时水温基本稳定在35～45℃。

2）不同马力段的发动机磨合第三磨合点工况时（即10min），节温器已经打开，水温已经稳定在80℃以上，具备全速全负荷工况运行条件。

因此，内燃机磨合总时间不低于10min，即可避免因低温运行导致磨损加剧问题。

机油成分分析

为了避免内燃机发生早期破坏性的磨损，在投入正常运行之前，必须首先进行磨合，以扩大相互摩擦零件的接触面积，降低零件初期阶段的磨损量，使各运动件、摩擦副逐步建立起正常的工作状态，从而提高内燃机的工作可靠性，延长其使用寿命[2]。

因此开展磨合时间优化前后，需保证初期磨损状态基本一致，可通过分析磨合时间优化前后的机油磨削成分差异来体现。通过前期水温和故障的分析，初步拟定30min磨合规范为对第三～第七磨合点的磨合时间优化一半，具体优化后时间见表3。

分别抽取45min和30min磨合规范发动机机油各三台，机油采用嘉实多LongDrain 10W-40LS，送检成分分析。

通过对采用两种磨合规范下抽取的机油成分分析可知，磨合时间缩短，油样各组份无明显的差异点，尤其是关键的轴瓦内金属成分如Al、Pb、Sn等，即缩短磨合时间为30min，不会影响发动机的机油磨削成分太大的变化，早期磨损状态基本相近。

台架可靠性耐久试验验证

发动机台架试验是将发动机与测功设备及各种测试仪器组成一个测试系统，按照规定的方法和标准模拟发动机实际使用的各种工况[3]，同时良好的液体润滑是发动机稳定工作的基本条件。但在磨合阶段，缸套与环之间的润滑条件是比较恶劣的，造成这一恶劣润滑条件的原因为活塞环处的温度较高，环与缸壁间单位面积上的承受压力过大[4]。

为评估柴油机在磨合时间缩短后对可靠性的影响，拟开展100h全速全负荷台架试验，模拟恶劣的运行工况下缸孔与活塞运动副的磨损情况。试验抽取现场一台MC系列350马力机型，在完成30min出厂试验磨合后，开展100h全速全负荷耐久试验验证。试验用燃油采用GB252－2000《轻柴油》中规定的0号柴油，润滑油采用嘉实多LongDrain10W-40LS 黏度柴油机油，冷却液采用长春德联化工有限公司生产的BASF G48-24～35℃工作液，试验边界控制条件见表5。

同时组织试验后的拆检工作，重点关注缸孔网纹磨损异常情况，如图2所示。

对缸孔网纹采用100×电子显微扫描如图3所示，评估网纹状态良好。

结语

通过对柴油机磨合过程中的水温分析，避免其因低水温进入额定点工况导致的拉缸风险，同时根据机油油样的成分表现及可靠性试验情况，充分评估柴油机优化前后的差异部分，在后续开展的为期6个月500台套的小批量试装验证及售后跟踪中，未发生因磨合时间优化的发动机早期磨损故障，整体优化过程风险可控，为后续柴油机的磨合时间持续优化提供理论和实践基础。

参考文献：

[1] 杜丰昌.关于内燃机磨合规范的讨论[J].汽车技术，1987（6）：12-16.

[2] 杨贵恒.内燃机磨合研究[J].移动电源与车辆，1997（1）：15-18.

[3] 冯洪庆，马永.内燃机构造与原理[M]，北京：中国石油大学出版社，2016.

[4] 张少东，周全正.内燃机磨合阶段出现拉缸原因的综合分析[J].内燃机，1993（6）：29-33.