CN101379382A - 发动机缸体的耐用性测试 - Google Patents

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Abstract

一种制备发动机缸体耐用性测试中使用的测试样品可选方法，发动机缸体包括筒形腔，所述筒形腔由中间壁彼此隔开，任一中间壁包括螺栓孔，该方法包括步骤：从发动机缸体的中间部的区域移开测试样品，因此测试样品包括螺栓。

Description

发动机缸体的耐用性测试
技术领域
本发明涉及一种制备在发动机缸体耐用性测试中使用的测试样品的方法，涉及一种制备在发动机缸体耐用性测试中使用的测试组件的方法，涉及一种执行发动机缸体的耐用性测试的方法，还涉及与由执行耐用性测试的方法产生的负载/寿命曲线相关的发动机缸体。
背景技术
已经出现多种测试和比较发动机中的发动机缸体的耐用性方法。一个例子是使用被称为发动机缸体的油压脉动测试(Hydro PulseTesting)的原理。其通过使用液压油对缸体加压实现。高压液压油以高达约15Hz的频率挤压缸体。油压脉动测试原理是使用仿制(dummy)内部元件将脉冲力施加到发动机缸体壁上。这种脉冲的力在运行条件下激发最大的力到发动机缸体上。不同负载的脉冲疲劳的测试次数为直到样品断裂或直到预定的脉冲循环次数已用尽。测试结果绘制成压力/寿命图。通过公知的数学方法，例如
Figure A200780004614D0005141926QIETU
表，其适合于作为测试结果的曲线。这样的压力/寿命曲线描述了在恒定的振幅条件下测试材料或元件的疲劳性能。然而，使用油压脉动测试方法存在一些问题。所需要的非常高的油压增加了设备在漏油情况下损坏的危险性。而且目前很难获得所需要的高油压，如果在燃烧持续期间生产发动机中增加汽缸压力的趋势在将来也被认为是很难。最大的测试频率相对低。所述方法非常耗时，要制作7个发动机缸体系列测试的可靠的压力/寿命曲线，大约需要4周。
JP11316174描述了发动机缸体轴承部件的测试方法和测试装置，其中发动机缸体轴承部件的耐用性测试通过固定一支撑部件来完成，该支撑部件支撑被设置在由激振板测试的轴承部件中的轴。即使这种方法解决了上述的高油压的问题，它仍存在一些缺点。
在油压脉动测试和JP11316174公开的方法中，两个螺栓孔周围的区域被同时施压。这意味着当它们的其中一个断裂，另一个对于测试耐用性也是无效的。至多每个缸体仅有三个测试结果。约20个测试结果的系列中，通常制作可靠的负载/寿命曲线需要7个发动机缸体。因此油压脉动测试的结果和JP11316174描述的情况存在发动机缸体燃料消耗高的问题。发动机缸体非常昂贵并且需要非常高的能耗，高能耗使得测试方法非常昂贵。
发明内容
因此本发明的了目的是提供一种测试发动机缸体的耐用性可选方法
根据本发明，所述目的通过用于制备发动机缸体耐用性测试中使用的测试样品的方法来实现，其中发动机缸体包括筒形腔，筒形腔彼此由中间壁隔开，每个中间壁包括螺栓孔、所述方法包括以下步骤：从发动机缸体的中间壁区域移开测试样品，使得测试样品包括螺栓孔。
根据本发明，所述目的还通过用于制备发动机缸体耐用性测试中使用的测试组件的方法来实现，该方法使用根据本发明测试样品制备方法制备的测试样品。该方法包括使得仿制组件和测试样品的螺栓孔配合而构成测试组件的步骤。
根据本发明，所述目的还通过使用根据本发明的测试组件制备方法制备的测试组件进行发动机缸体耐用性测试来实现，该方法还包括对测试组件进行脉冲疲劳测试。
根据本发明，所述目的还通过与根据本发明方法产生的负载/寿命曲线相关的发动机缸体来实现。
代替把仿制元件、测试元件等直接应用到未损坏的用于测试耐久性的发动机缸体，根据本发明将测试样品从用于耐久性测试的发动机缸体移开，提供一种测试发动机缸体耐用性的可选方法。
本发明的优点是发动机缸体中的每个螺栓孔区域对最后的负载/寿命曲线有贡献，可受到操作者选择的单个负载作用。
本发明的其它优点是提供一种低成本的测试，这是因为一些发动机缸体从产品中移开。
本发明的另一个优点是可以增加脉冲频率，其由于较短的处理时间(lead time)而提高了测试容量。
本发明的另一个优点是在局部负载的情况下测试方法较简单并且在明显区域应力控制更精确。
本发明的另一个优点是能够完成铸造参数以及其它参数的效率研究。
附图说明
图1是根据本发明要被测试的发动机缸体的整体示意图。
图2是在图1中线A-A处的截面图。
图3是本发明的方法中使用的测试样品的透视图。
图4是本发明方法中使用的仿制组件的透视图。
图5是本发明方法中使用的测试组件的透视图。
图6是本发明的方法中使用的、插入到特定牵拉装置中的仿制组件的透视图。
图7是本发明方法使用的轴向液压疲劳试验台的整体示意图。
图8是描述根据本发明制备测试样品的方法的流程图。
图9是描述根据本发明制备测试组件的方法的流程图。
图10是描述根据本发明执行耐用性测试的方法的流程图。
具体实施方式
代替把仿制元件、测试元件等直接应用到未损坏的用于测试耐久性的发动机缸体，根据本发明，测试样品从用于耐久性测试的发动机缸体移开。成品发动机缸体可以用于制作测试样品。图1是发动机缸体100从上面看的整体示意概略图。发动机缸体100可具有不同的形式，例如直列的或V—形机组。在该实施例中，发动机缸体100是直列发动机缸体，其具有六个筒形腔105，这六个筒形腔105由中间壁彼此隔开。发动机缸体100包括螺栓孔110。螺栓孔110可以是主轴承盖螺栓孔或其它形式螺栓孔，例如缸盖的螺栓孔，这些螺栓孔常被旋入。螺栓孔110用于接收螺栓(例如主轴承盖螺栓)，主轴承盖螺栓依次将曲柄轴保持就位。发动机缸体100设计成在测试条件下裂缝规则地出现在中间壁中的螺栓孔110的螺纹或底部半径处。因此，测试样品被移开使其包括螺栓孔110。通常并且在本实施例中，在每个中间壁中设有用于主轴承盖的螺栓孔110。因此，包括中间壁的区域115从发动机缸体100移开。上述操作通过用切削机器锯开完成。于是包括中间壁的移开区域115带有两个螺栓孔110。在具有六个汽缸的实施例中，图1中的由点划线构成的矩形115描述的五个包括中间壁的区域115可以被移开。
图2描述图1中沿着线A-A剖开的发动机缸体100的横截面，并且包括被移开的中间壁115。测试样品120从中间壁115的区域中被移开，该测试样品包括一个螺栓孔110。上述操作通过用切削机器锯开完成。如上所述以及从图2中可以看出，中间壁115包括两个螺栓孔110。因此，可以从一个移开的中间壁115移开两个测试样品，每个测试样品120从包括一个螺栓孔110的区域移开。在带有六个汽缸且五个中间壁115被移开的实施例中，十个测试样品可以从同一发动机缸体100移开。
图3描述了测试样品120的透视图。测试样品移开使得螺栓孔110在测试样品120的第一末端130具有开口，并且使螺栓孔110在测试样品120内部沿轴向延伸超过测试样品120长度的一半。在图3中螺栓孔110用点划线标记。测试样品120包括第二端132，第二端132的形状适于和轴向液压疲劳测试台185相配合(在图7中描述)。在测试期间为了使得裂纹从螺栓孔110处开始出现，测试样品120的中间部分125被车削或切削成圆形的横截面，构成测试样品120的圆柱部分，使得包含在测试样品120内的螺栓孔110与测试样品120的圆柱形中间部分125同轴，如图3所示。测试样品120的长度例如是150—300mm，优选月180mm长。测试样品的第二端132构成与轴向液压疲劳测试台相配合的固定区域。第二端132具有矩形的横截面和依据固定装置的类型而变化的长度，为了评价材料的静态性能例如抗拉强度、弹性模量等需要制造弹性测试样品。测试样品120的中间部分125即测试样品120的圆形截面的直径可以是例如28—36mm，优选32mm，并且可以是40—100mm长，优选60mm长。
如图4所描述的，本发明的测试方法使用仿制组件135。在本文献中，词“仿制”被定义为制备并且仅用于测试的替代元件，仿制元件迷惑发动机缸体100，使其认为是真的元件，例如迷惑发动机缸体100，使其认为仿制元件是真的主轴承盖。仿制组件包括仿制元件140和螺栓145。仿制元件140在该实施例中是圆柱形的主轴承盖。仿制元件140也可以是另一种类型的仿制元件，例如仿制气缸盖。仿制元件140包括第一端146和第二端147。仿制元件140在第一端146具有头部148，即，直径大于仿制元件140其它部分的直径的部件。这两个不同的直径(即头部148和仿制元件140其它部分的直径)之间的差异构成肩部150。肩部150用于钩住牵拉装置155(如图6所示)。仿制元件140在其轴向还包括一通孔160。通孔160在图4中以点划线标记。螺栓145可以是主轴承螺栓140或其它类型的螺栓例如汽缸盖螺栓，其在一端包括头部165，在另一端具有螺纹。头部165的直径大于仿制元件140的通孔的直径，而螺栓145其它部分的直径小于仿制元件135的通孔的直径。螺栓145穿过通孔160到达被螺栓145的头部165阻止的位置。组装的仿制元件140和螺栓145构成仿制组件135，其在图4中被示出。
参照图5，例如通过将从通孔160伸出的螺栓145旋入到测试样品120的螺纹螺栓孔110中，主轴承组件135与测试样品120中的螺栓孔110相配合。主轴承组件135和测试样品120配合构成测试组件166。螺栓145配合到螺栓孔110中，使得仿制元件140的第二端147压靠测试样品120的第一端130的表面。如果通过螺纹来完成配合，则通过所需的力矩旋入以模仿真实的预拉伸，通常从50牛顿米(Nm)加90度角位移到200牛顿米(Nm)加90度角位移。
然后，配合的主轴承组件135和测试样品120插入到特定的牵拉装置155中，如图6所示。牵拉装置155包括第一端167和第二端168。第一端167以适当的方式成形以便与轴向液压疲劳试验台相配合。牵拉装置155包括空腔170。空腔170在牵拉装置155的第二端168具有开口175，开口175的直径大于仿制元件140最小的直径，但可比仿制元件140的头部148窄。仿制元件140通过插入到牵拉元件155的空腔177中使头部148穿过开口175而位于空腔170内并被头部148的肩部150钩住，从而与牵拉元件155配合，由于头部148的直径太大而不能穿过牵拉装置155的开口175。开口175的直径也可大于头部148。在这种情况下，在开口175的内部和头部148的肩部155之间可以使用两个特定设计的固定垫圈以防止头部148穿过开口175。配合的主轴承组件135和测试样品120(即测试组件166)插入到牵拉装置155中。在配合的主轴承组件135和测试样品120插入到牵拉装置155中之前或之后，牵拉装置155可以安装到轴向液压疲劳试验台中。然而，如果在配合的主轴承135和测试样品120插入到牵拉装置155中之前安装，则更容易处理所述配合。
测试组件166被安装到轴向液压疲劳试验台185中，如图7所示。由牵拉装置155的第一端167构成的测试组件的一端被安装到轴向液压疲劳试验台185的第一安装装置190中。如果如上述在配合的主轴承组件135和测试样品120插入到牵拉装置155之前，牵拉装置155的第一端167被安装到轴向液压疲劳试验台中，则更容易处理上述配合。由测试样品120的第二端132构成的测试组件的另一端被安装到轴向液压疲劳试验台185的第二安装装置190中。测试样品120然后被施以R>0，例如0.01-0.5，优选0.1的脉冲疲劳负载，其中R是最小负载和最大负载之间的商(quotient)，负载在最小负载和最大负载之间变化，即脉动。为了完成耐用性测试并且形成发动机缸体的负载/寿命曲线，需要在不同负载下进行一系列测试，例如3—35个测试，优选20个测试。词“寿命”在本文献中被定义为测试样品的损坏时的循环次数。在一实施例中，使用灰铸铁制作发动机缸体，从50—80千牛(KN)中选择不同的负载作为最大的系列负载。使用的最小负载根据R—值确定。脉冲的频率从1Hz及其以上。由于测试时间尽可能保持的短，优选使用已经成功地测试过的50Hz的高频率。然而，约到100Hz的频率也可以使用。测试样品120可以循环到预定的循环次数，例如5*105-2*107次，优选2*106，然后测试样品被认为已损坏，即当测试样品120经过预定次数的循环后没有损坏时也停止测试。在可靠的测试系列中，预定次数的循环确定方式为，在预定次数的循环到达之前，大多数测试样品已经损坏。每个测试样品损坏时的负载水平和循环次数被记录下来作为测试样品的测试结果。测试结果然后绘制成负载/寿命曲线。负载/寿命曲线最终用于比较不同发动机缸体的耐用性能，例如不同材料和设计的发动机缸体。如上所述，测试样品可以从具有六个圆柱空腔的直列式发动机缸体中选择。这意味着20个测试的系列仅需要2个发动机缸体，其意味着发动机缸体消耗小。使用50Hz的频率和2*106的预定循环次数的20个测试的系列只需一周时间，是较短的时间。这能够更快地确定发动机缸体质量。
通过这种方式，发动机缸体可具有根据本发明的方法测试生成的负载/寿命曲线。不同的发动机缸体或不同形式的发动机缸体可以在产生各自不同的负载/寿命曲线的不同测试系列中测试。
下面参照图8详细描述根据本发明制备在发动机缸体的耐用性测试中使用的测试样品120的方法。本方法包括以下步骤：
801)测试样品120从发动机缸体的中间壁115的区域移开，使得测试样品120包括螺栓孔110。
802)测试样品120的第二端132的形状形成为适于与轴向液压疲劳试验台(185)相配合。
803)测试样品120的中间部分125被车削或切削成圆形截面，使得包含在测试样品120中的螺栓孔110与测试样品120的车削或切削的柱形部125同轴。
804)测试样品120的形状为长度150—300mm，优选180mm。
下面参照图9详细描述根据本发明制备在发动机缸体的耐用性测试中使用的测试组件166的方法。本方法使用通过以上所述方法步骤801—804制备的测试样品120，所述方法包括步骤：
901)通过将螺栓145穿过孔160到达被螺栓145的头部165止住的位置从而将仿制元件140和螺栓145组装在一起，组装的仿制元件140和螺栓145构成了仿制组件135。
902)仿制组件135与测试样品120的螺栓孔110配合构成了测试组件166。
根据本发明使用发动机缸体100完成耐用性测试的方法，现在参照图10将被简要描述。该方法使用根据以上的方法步骤901—902制作的测试组件，包括以下步骤：
1001)将牵拉装置155安装在轴向液压疲劳测试台185中。
1002)将测试组件166和牵拉装置配合。
1003)将测试组件166安装在轴向液压疲劳测试台185中。
1004)对测试组件166进行脉冲疲劳测试。
本发明不局限于上述的优选实施例。可以使用多种变形，改进和等效手段。因此，上述的实施例不应当认为是限定本发明的范围，它们由从属权利要求限定。

Claims (20)

1、一种制备在发动机缸体(100)的耐用性测试中使用的测试样品(120)的方法，发动机缸体(100)包括筒形腔(105)，所述筒形腔(105)彼此之间由中间壁(115)隔开，每个中间壁(115)包括螺栓孔(110)，该方法包括步骤(801)：从发动机缸体的中间壁(115)的区域移开测试样品(120)，使得测试样品(120)包括螺栓孔(110)。
2、如权利要求1所述的方法，其中测试样品(120)包括第一端(130)和第二端(132)，并且，所述测试样品被移开使得螺栓孔(110)在测试样品(120)的第一端(130)具有开口并且使得螺栓孔(110)在测试样品内沿着轴向延伸。
3、如权利要求1—2中任一所述的方法，其还包括步骤(802)：将测试样品(120)的第二端(132)定形成适于与轴向液压疲劳试验台(185)配合。
4、如权利要求1—3中任一所述的方法，其中该方法还包括步骤(803)：将测试样品(120)的中间部分(125)车削或切削成圆形截面，使得包含在测试样品(120)中的螺栓孔(110)与测试样品(120)的被车削或切削成的柱形部(125)同轴。
5、如权利要求4所述的方法，其中测试样品(120)被车削或切削成的圆形截面的直径为28—36mm，优选为32mm。
6、如权利要求1—5中任一所述的方法，其中该方法还包括步骤(804)：将测试样品(120)定形成长度为150—300mm，优选为180mm。
7、一种通过使用由权利要求1—6中任一方法制备的测试样品(120)来制备在发动机缸体(100)耐用性测试中使用的测试组件(166)的方法，包括步骤(902)：将仿制组件(135)与测试样品(120)的螺栓孔(110)相配合从而构成了测试组件(166)。
8、如权利要求7所述的方法，其中使用了仿制元件(140)和螺栓(145)，仿制元件(140)包括在其轴向上的通孔(160)，螺栓(145)在其一端具有头部(165)，该方法还包括步骤(901)：通过将螺栓(145)穿过通孔(160)到达被螺栓(145)的头部(165)止住的位置，从而使仿制元件(140)和螺栓(145)组装在一起，组装的仿制元件(140)和螺栓(145)构成了仿制组件(135)。
9、如权利要求7所述的方法，其中在步骤(902)中将仿制组件(135)和测试样品(120)的螺栓孔(110)配合通过下述方式进行，即，通过把从仿制元件(140)伸出的螺栓(145)配合到测试样品(120)的螺栓孔(110)中，使得仿制元件(140)的第二端(147)压靠测试样品(120)的第一端(130)的表面。
10、如权利要求9所述的方法，其中，螺栓(145)通过力矩范围为从50牛顿米(Nm)加90度角位移到200牛顿米(Nm)加90度角位移的旋紧力矩配合到测试样品(120)的螺栓孔(110)中。
11、一种使用权利要求7—10中任一方法制备的测试组件(166)执行发动机缸体(100)耐用性测试的方法，该方法包括步骤(1004)：对测试组件166进行脉冲疲劳测试。
12、如权利要求11所述的方法，其中使用了牵拉装置(155)，该方法还包括步骤(1001)：将牵拉装置(155)安装在轴向液压疲劳测试台(185)中。
13、如权利要求11—12中任一所述的方法，其中该方法还包括步骤(1002)：将测试组件(166)与牵拉装置(155)配合。
14、如权利要求11—13中任一所述的方法，其中方法还包括步骤(1003)：将测试组件(166)安装在轴向液压疲劳测试台(185)中。
15、如权利要求11—14中任一所述的方法，其中步骤(1004)中对测试组件(166)进行脉冲疲劳测试是通过R>0的脉冲疲劳负载进行。
16、如权利要求11—15中任一所述的方法，其中，步骤(1004)中对测试组件(166)进行脉冲疲劳测试是在脉冲频率为1—100Hz的条件下进行。
17、如权利要求11—16中任一所述的方法，其中，步骤(1004)中对测试组件(166)进行的脉冲疲劳测试在预定的循环次数后如果测试样品(120)仍未损坏就结束。
18、如权利要求17所述的方法，其中预定的循环次数为5*105—2*107，优选2*106。
19、如权利要求11—18中任一所述的方法，其中所述方法用于不同负载条件下一系列的测试样品，并且导致样品失效的负载水平和循环次数被绘制成负载/寿命曲线。
20、和通过执行权利要求11—19中任一所述的耐用性测试方法所产生的负载/寿命曲线相关的发动机缸体。
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