發(fā)動機快速熱試臺架研究

李迪

（上海汽車集團股份有限公司商用車技術(shù)中心，上海200438）

發(fā)動機快速熱試臺架研究

李迪

（上海汽車集團股份有限公司商用車技術(shù)中心，上海200438）

發(fā)動機熱磨合試驗系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，所有的組件都可以快速方便地替換和升級，能很好地滿足柔性化生產(chǎn)的需要，同時基于網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計的思想，熱試系統(tǒng)中的每臺臺架PLC和工控機均通過網(wǎng)絡(luò)彼此相連，從而可以實現(xiàn)整個熱試過程的自動數(shù)據(jù)采集和控制，提高了試驗穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率。

發(fā)動機熱磨合試驗臺架

1 引言

發(fā)動機熱磨合試驗是每一臺發(fā)動機在裝配后出廠前所必須進行的一道工序。通過發(fā)動機熱磨合可以對發(fā)動機的整體性能進行檢測分析，從而判斷發(fā)動機的質(zhì)量是否達到了要求。

目前，隨著市場競爭的激烈，越來越多的廠商開始采用發(fā)動機柔性生產(chǎn)線，實現(xiàn)不同型號的發(fā)動機在同一條生產(chǎn)線上的共線生產(chǎn)，這就對發(fā)動機熱磨合試驗臺提出了更高的要求。本文研制的發(fā)動機熱磨合試驗系統(tǒng)，軟硬件均采用模塊化設(shè)計，能夠很好地滿足發(fā)動機柔性生產(chǎn)的需要[1]。

2 工作原理

發(fā)動機在裝配線上裝配完畢后，運送到熱磨合試驗臺上進行熱磨合試驗。在連接水、油、電、氣接口后，點火起動發(fā)動機。在滿足生產(chǎn)節(jié)拍的前提下，按工藝要求完成發(fā)動機各轉(zhuǎn)速工況下的測試，并且對測試數(shù)據(jù)進行記錄和分析，以保證發(fā)動機達到相應(yīng)的質(zhì)量要求。發(fā)動機出廠測試的時間轉(zhuǎn)速控制曲線如圖1所示。

圖1 時間轉(zhuǎn)速控制曲線示意圖

來稿日期：2013-03-04

3 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 熱試臺架結(jié)構(gòu)

發(fā)動機快速熱試臺架結(jié)構(gòu)如圖2所示。該試驗臺架由臺架底座、進出件動力輥道、自動對接定位機構(gòu)、油水氣自動對接模塊、臺架升降機構(gòu)、排氣管自動對接模塊等組成。臺架底座用于支撐試車托盤和發(fā)動機，底座下安裝有減振器，減少了試車臺架振動對車間區(qū)域造成的影響。進出件積放輥道用于發(fā)動機進出件輸送。進件到位后，由臺架升降機構(gòu)將試車托盤和進出件動力積放輥道下降定位至臺架上并同時夾緊，再由自動對接定位機構(gòu)和油水氣自動對接模塊將發(fā)動機輔助系統(tǒng)管路與輔助系統(tǒng)柜的輔助系統(tǒng)管路進行自動對接。

圖2 發(fā)動機熱試臺架結(jié)構(gòu)圖

3.2 冷卻水循環(huán)系統(tǒng)

圖3 熱試臺架冷卻水循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

冷卻水系統(tǒng)采用熱試臺架上帶自動調(diào)溫小水箱的方式，見圖3。小水箱上裝有電加熱器，使得小水箱的水盡快升溫到要求的溫度，以縮短熱機的時間。當小水箱的水溫達到一定溫度時，通過車用散熱器對小水箱進行降溫，保證發(fā)動機進水溫度恒定在規(guī)定范圍內(nèi)（80～95℃）。冷卻水箱上設(shè)有放水閥、溢流管，冷卻水管道回流出口處裝有壓力開關(guān)。當壓力開關(guān)無動作時，設(shè)備不允許工作。冷卻水裝置與對接板的連接采用自動對接接頭連接?？紤]到發(fā)動機水溫會出現(xiàn)異常情況，因此在發(fā)動機冷卻水的進出口處裝有溫度傳感器，對溫度進行檢測。

3.3 燃油供給系統(tǒng)

熱試臺架的燃油供給系統(tǒng)采取集中供油方式，如圖4所示。臺架上設(shè)有小油箱，起到供油緩沖作用。工廠的燃油總管與臺架小油箱連接，小油箱上設(shè)有通氣孔。發(fā)動機停機后，能將燃油管路中的燃油抽回燃油箱。供油系統(tǒng)與發(fā)動機進出油管的連接采用快換接頭連接。在每個熱試臺架的進油口前端安裝有燃油溢流安全閥，保證閥后燃油壓力在工作范圍內(nèi)。

3.4 測控系統(tǒng)

該熱試臺架測控系統(tǒng)由6個臺架電氣單元和一個主控單元組成，每一臺熱試臺架都由一臺PLC對該臺架的熱試過程進行檢測和控制。主控單元由工控機組成，所有的試驗臺架都可以由主控單元進

行檢測和控制。各熱試臺架之間采用歐姆龍公司的Controller Link方式進行連接。主控系統(tǒng)則采用RS-232連接，實現(xiàn)對Controller Link網(wǎng)上的PLC進行監(jiān)控，見圖5。

圖4 熱試臺架燃油供給系統(tǒng)

熱試臺架電氣系統(tǒng)由節(jié)氣門控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)測量采集系統(tǒng)和人機操作界面、操作板等組成。

臺架PLC選用歐姆龍公司的CJ1M-CPU21型，結(jié)構(gòu)緊湊，性能穩(wěn)定，并且支持Controller Link通信模塊。

節(jié)氣門控制系統(tǒng)采用由功放驅(qū)動閉環(huán)控制回路組成的脈沖調(diào)制方式通過PLC進行。

數(shù)據(jù)測量采集系統(tǒng)由壓力采集子系統(tǒng)(機油壓力、燃油壓力、進氣真空度等)、溫度采集子系統(tǒng)（進水溫度、出水溫度、排氣溫度等）、轉(zhuǎn)速信號采集子系統(tǒng)組成。各采集子系統(tǒng)通過相應(yīng)的傳感器進行采集，均滿足精度要求。其結(jié)構(gòu)見圖6。

圖5 發(fā)動機熱試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖6 臺架PLC結(jié)構(gòu)圖

人機界面選用西門子公司的TP270系列。其顯示的內(nèi)容有機型、發(fā)動機機號、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、機油壓力、燃油壓力、冷卻循環(huán)水壓力、進氣真空度、進水溫度、出水溫度、排氣溫度、磨合時間等。同時還可根據(jù)試驗工況要求進行自動控制、自動數(shù)據(jù)測量、自動數(shù)據(jù)采集等。

工控機選用研華610系列，具有防磁、防靜電、抗震等特點，電源具有極高的抗干擾能力。

線纜型Controller Link單元選用歐姆龍公司的CJIW-CLK21-V1型，通過特殊的雙絞線電纜實現(xiàn)臺架PLC之間的同位連接，滿足PLC之間的數(shù)據(jù)交換和上位機對PLC測控的需要。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

工控機程序采用Visual Basic 6.0，根據(jù)面向?qū)ο蟮乃枷刖帉?，其主要分為?shù)據(jù)采集與發(fā)送、數(shù)據(jù)實時顯示與報警、數(shù)據(jù)存儲3個主要模塊[2]。

數(shù)據(jù)采集與發(fā)送模塊主要是利用串行口通過VB的MSComm控件，采用歐姆龍HOST Link通信方式實現(xiàn)與臺架PLC之間的數(shù)據(jù)交換[3]。其通信的順序是上位機先發(fā)出命令信息給PLC，PLC再返回響應(yīng)信息給上位機，每次通信發(fā)送/接受的一組數(shù)據(jù)稱為一“幀”。其發(fā)送幀格式如下：

@機號識別碼正文FCS終止符

其中，

@：幀開始標志；

機號：指定與上位機通信的PLC（在PLC的DM6653中設(shè)置）；

識別碼：該幀的通信命令碼（2個字節(jié)）；

正文：設(shè)置命令參數(shù)；

FCS：幀校驗碼（2個字符），它是從@開始到正文結(jié)束的所有字符的ASCⅡ碼按位異或運算的結(jié)果；

終止符：命令結(jié)束符，設(shè)置“*”和“回車”2個字符表示命令結(jié)束。

響應(yīng)幀的格式與發(fā)送幀相似，只是在識別碼后增加了結(jié)束碼，以顯示返回命令結(jié)束有無錯誤等狀態(tài)。

數(shù)據(jù)實時顯示與報警模塊主要實現(xiàn)各個參數(shù)的實時監(jiān)控和計算。對于超出正常波動范圍的數(shù)據(jù)立即報警，以提醒操作人員采取必要的措施，而且也可以根據(jù)實現(xiàn)對檢測數(shù)據(jù)的打印。其界面如圖7所示。

數(shù)據(jù)存儲模塊將每一個試驗臺架的檢測數(shù)據(jù)通過ADO（ActiveX Data Objects）技術(shù)存儲在Access數(shù)據(jù)庫中，并且可以根據(jù)要求生成相應(yīng)的Excel報表，從而為對發(fā)動機進行質(zhì)量監(jiān)控和追溯提供了數(shù)據(jù)。

圖7 發(fā)動機熱磨合試驗系統(tǒng)上位機顯示界面

5 結(jié)論

該系統(tǒng)現(xiàn)已經(jīng)過調(diào)試并且投入了生產(chǎn)。通過快速更換試車托盤上的定位夾具，該系統(tǒng)能夠?qū)?種機型的發(fā)動機進行熱磨合試驗，很好地滿足了柔性化生產(chǎn)的需要。而且使得整個熱磨合試驗的各個組件，無論軟件還是硬件，都采用模塊化設(shè)計，有效地降低了系統(tǒng)升級和維護成本。

1鄭力，陳懇，張伯鵬．制造系統(tǒng)[M]．北京：清華大學出版社，2001．

2趙思恩.Visual Basic數(shù)據(jù)庫編程技術(shù)與實例[M]．北京：人民郵電出版社，2004．

3歐姆龍（中國）有限公司．SYSMAC CJ1可編程控制器產(chǎn)品樣本．2005．

Design and Manufacture of Engine Hot Test System

Li Di
（SAIC MOTOR Corporation Limited Commercial Vehicle Technical Center,Shanghai 200438,China）

Engine hot test is a necessary step for engine quality control.The hot test system designed in this paper is on the basis of modularization.Each component can be easily changed and updated to satisfy the requirement of flexible production.All equipment including PLCs and industrial PC connect each other with network so that hot test process is controlled automatically and test stability and efficiency are improved.

engine,hot test,test bench

李迪（1980-），男，大學本科，主要研究方向為發(fā)動機裝配總線。

10.3969/j.issn.1671-0614.2013.02.008