冷試技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線的應(yīng)用研究

彭加強(qiáng)，馬保仁

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

冷試技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線的應(yīng)用研究

彭加強(qiáng)，馬保仁

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

發(fā)動(dòng)機(jī)冷試技術(shù)作為一種新型的發(fā)動(dòng)機(jī)裝配質(zhì)量在線檢測(cè)技術(shù)，具有測(cè)試時(shí)間短、精度高、成本低、污染少等優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)被越來越多的汽車廠商引入到發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線上。以某發(fā)動(dòng)機(jī)工廠裝配線為例，闡述冷試基本概念、冷試主要測(cè)試項(xiàng)及測(cè)試過程中常見故障現(xiàn)象，并詳細(xì)對(duì)冷試中機(jī)油壓力檢測(cè)、扭矩檢測(cè)、正時(shí)檢測(cè)、點(diǎn)火檢測(cè)、振動(dòng)檢測(cè)、OCV檢測(cè)及排氣壓力檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。

發(fā)動(dòng)機(jī)；冷試；關(guān)鍵技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)動(dòng)機(jī)冷試技術(shù)日趨成熟。由于傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)熱試試驗(yàn)時(shí)間長、使用成本高、產(chǎn)生污染等不足，目前發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)技術(shù)日益朝著以冷試試驗(yàn)為主，冷試和熱試相結(jié)合的方向發(fā)展，這是當(dāng)今世界各國汽車發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)試驗(yàn)的一種新潮流和發(fā)展趨勢(shì)[1]。冷試與熱試結(jié)合應(yīng)用，既可以提高在線檢測(cè)的效率，又能通過優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)來嚴(yán)格控制發(fā)動(dòng)機(jī)裝配質(zhì)量。本文對(duì)冷試中油壓、扭矩、正時(shí)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，以期對(duì)冷試技術(shù)原理分析，使讀者更加清晰的認(rèn)識(shí)和理解發(fā)動(dòng)機(jī)冷試技術(shù)。

1 冷試概念

冷試是一種對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配質(zhì)量進(jìn)行綜合檢測(cè)的技術(shù)。在冷試開始時(shí)，完成必要裝配后（一般是裝配到發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪時(shí)）的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入測(cè)試站，由冷試臺(tái)架上的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置拖動(dòng)飛輪進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，由扭矩法蘭控制發(fā)動(dòng)機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，在不同檢測(cè)階段，通過安裝在冷試試驗(yàn)臺(tái)上的各種傳感器采集相關(guān)信號(hào)，測(cè)試軟件對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理后將測(cè)試值同標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)而判斷發(fā)動(dòng)機(jī)裝配質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)。因發(fā)動(dòng)機(jī)在試驗(yàn)中不加入燃油，不存在燃燒，試驗(yàn)結(jié)束后發(fā)動(dòng)機(jī)溫度不高，故簡稱為冷試[2]。發(fā)動(dòng)機(jī)冷試測(cè)試中通常包含以下幾個(gè)主要檢測(cè)項(xiàng)目：機(jī)油壓力檢測(cè)、扭矩檢測(cè)、正時(shí)檢測(cè)、點(diǎn)火檢測(cè)、振動(dòng)檢測(cè)、OCV檢測(cè)以及排氣壓力檢測(cè)。根據(jù)不同發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠商，冷試檢測(cè)項(xiàng)目也會(huì)有所差別。圖1為該工廠冷試臺(tái)架。

圖1 冷試臺(tái)架

2 冷試主要測(cè)試項(xiàng)

常見的冷試臺(tái)架一般會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油進(jìn)行壓力檢測(cè)、扭矩檢測(cè)、正時(shí)檢測(cè)、點(diǎn)火檢測(cè)、振動(dòng)檢測(cè)、OCV檢測(cè)及排氣壓力檢測(cè)，但因不同汽車廠商不同，具體測(cè)試項(xiàng)目也不盡相同，例如，一些工廠測(cè)試時(shí)是帶進(jìn)氣歧管進(jìn)行測(cè)試，而一些工廠是不帶進(jìn)氣歧管測(cè)試，圖2是該廠發(fā)動(dòng)機(jī)的主要測(cè)試項(xiàng)，詳細(xì)描述了測(cè)試過程中具體階段對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

圖2 測(cè)試項(xiàng)與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)比圖

3 發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵檢測(cè)技術(shù)

3.1 機(jī)油壓力檢測(cè)

機(jī)油壓力檢測(cè)在冷試中是很重要的一項(xiàng)測(cè)試，該檢測(cè)分三個(gè)階段檢測(cè)，分別是：中速800 rpm、高速1 500 rpm和低速200 rpm，發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)入檢測(cè)工位前注入適量機(jī)油，其機(jī)油壓力檢測(cè)是通過安裝在臺(tái)架上的壓力傳感器（公頭）與安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)主油道上的油壓接頭（母頭）對(duì)接來測(cè)量的，臺(tái)架上有兩個(gè)測(cè)試傳感器：高速和低速，用于檢測(cè)不同轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力值，由于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的油壓跟油溫有關(guān)，因此，在機(jī)油壓力檢測(cè)過程中，為了讓壓力傳感器所測(cè)得的油壓值如實(shí)反映發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工況下的真實(shí)值，必須使用機(jī)油溫度對(duì)機(jī)油壓力進(jìn)行修正。在冷試試驗(yàn)臺(tái)上，通過采用油溫傳感器檢測(cè)機(jī)油濾清器處的機(jī)油溫度，再結(jié)合測(cè)試軟件將所檢測(cè)到的油溫對(duì)油壓進(jìn)行補(bǔ)償。機(jī)油壓力檢測(cè)曲線，如圖3所示。圖中曲線顯示了發(fā)動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下的機(jī)油壓力值。故障曲線為漏裝主軸承蓋的情況下所引起的油壓值過低，如圖4所示，通過機(jī)油壓力檢測(cè)可以發(fā)現(xiàn)機(jī)油泵、機(jī)油濾清器是否有故障，油路是否堵塞，主軸瓦、連桿軸瓦漏裝以及間隙不當(dāng)?shù)热毕輀3]。

圖3 機(jī)油壓力曲線

圖4 機(jī)油壓力不合格曲線分布

3.2 扭矩檢測(cè)

扭矩檢測(cè)分三個(gè)階段檢測(cè)，分別是：啟動(dòng)扭矩檢測(cè)、持續(xù)階段監(jiān)控、低速扭矩檢測(cè)。

具體方法為：在冷試測(cè)試驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸上安裝一個(gè)扭矩法蘭來測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)扭矩[1]。由于電機(jī)的正拖及發(fā)動(dòng)機(jī)的反拖作用，引起應(yīng)變片的變化，從而采集到發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩?cái)?shù)值。在壓縮沖程中，活塞從BDC（下止點(diǎn)）向TDC（上止點(diǎn)）運(yùn)動(dòng)，氣體在汽缸內(nèi)被壓縮，扭矩曲線處于上升過程。當(dāng)?shù)竭_(dá)TDC（上止點(diǎn)）時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的氣體產(chǎn)生反作用力，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，扭矩曲線處于下降過程，如圖5所示。通過對(duì)扭矩曲線的最大值、最小值、平均值、最大最小振幅等指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，可以發(fā)現(xiàn)是否漏裝軸瓦、活塞是否有缺陷、活塞環(huán)是否缺失、運(yùn)動(dòng)副間是否有異物、進(jìn)排氣門是否泄漏等故障缺陷。

圖5 扭矩曲線

3.3 正時(shí)檢測(cè)

正時(shí)檢測(cè)主要是對(duì)曲軸及凸輪軸信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，其檢測(cè)方法是：通過霍爾傳感器采集曲軸及凸輪軸轉(zhuǎn)角信號(hào)，并將霍爾傳感器輸出的數(shù)字信號(hào)處理并轉(zhuǎn)化成冷試系統(tǒng)的電信號(hào)。冷試系統(tǒng)中，曲軸及凸輪軸信號(hào)的檢測(cè)是根據(jù)測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)本身的正時(shí)系統(tǒng)來進(jìn)行程序設(shè)定的，通過凸輪軸信號(hào)與曲軸信號(hào)相對(duì)應(yīng)，檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸傳感器的電壓脈沖。

由測(cè)試計(jì)算機(jī)對(duì)從發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸傳感器采集的信號(hào)進(jìn)行分析，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的正時(shí)系統(tǒng)存在故障時(shí)，其在計(jì)算機(jī)上顯示的信號(hào)圖示將會(huì)出現(xiàn)凸輪軸信號(hào)與曲軸信號(hào)錯(cuò)位。正時(shí)檢測(cè)主要是用來判定發(fā)動(dòng)機(jī)的正時(shí)系統(tǒng)是否存在故障，如裝配時(shí)，鏈條上正時(shí)標(biāo)記未與正時(shí)鏈輪標(biāo)記對(duì)齊，則會(huì)出現(xiàn)正時(shí)鏈條錯(cuò)齒等缺陷。在圖6所示正時(shí)檢測(cè)中，我們可以看到故障曲線與合格曲線發(fā)生了錯(cuò)位，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)是由于發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)鏈輪處鏈條逆時(shí)針錯(cuò)裝一齒所引起的。

3.4 點(diǎn)火檢測(cè)

在冷試點(diǎn)火測(cè)試中試驗(yàn)中，冷試臺(tái)架系統(tǒng)提供12 V的點(diǎn)火電壓以模擬發(fā)動(dòng)機(jī)的正常點(diǎn)火狀態(tài)。當(dāng)點(diǎn)火測(cè)試時(shí)，系統(tǒng)向點(diǎn)火線圈發(fā)送信號(hào)，點(diǎn)火線圈接收到點(diǎn)火信號(hào)以及系統(tǒng)供給的點(diǎn)火電壓后，將能量向火花塞傳遞，火花塞開始點(diǎn)火。冷試中的點(diǎn)火檢測(cè)正是利用了點(diǎn)火線圈中初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間的相互感應(yīng)這個(gè)特性來進(jìn)行檢測(cè)的，通過磁場(chǎng)傳感器來感應(yīng)點(diǎn)火過程中磁場(chǎng)的變化情況，并記錄感應(yīng)的波形[2]。

圖6 正時(shí)曲線_鏈條錯(cuò)齒

點(diǎn)火檢測(cè)波形圖，如圖7所示。其主要監(jiān)控點(diǎn)火過程點(diǎn)火持續(xù)時(shí)間、點(diǎn)火寬度、點(diǎn)火峰值等信息，通過對(duì)比測(cè)試值與參考值的變化來判斷發(fā)動(dòng)機(jī)是否正常點(diǎn)火。點(diǎn)火峰值反映的是火花塞要產(chǎn)生火花所要積蓄的能量的大小，而點(diǎn)火寬度反映的是火花持續(xù)的時(shí)間。通過分析所測(cè)波形的峰值、持續(xù)時(shí)間，可以對(duì)點(diǎn)火系統(tǒng)是否存在故障做出判定。通過點(diǎn)火檢測(cè)可以發(fā)現(xiàn)火花塞間隙不適當(dāng)、點(diǎn)火線圈中初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的匝數(shù)不對(duì)、點(diǎn)火線圈斷路等故障。

圖7 1缸點(diǎn)火百分比

3.5 振動(dòng)檢測(cè)

在振動(dòng)檢測(cè)過程中，主要是靠安裝在測(cè)試臺(tái)架上的3個(gè)振動(dòng)傳感器來感應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)情況，振動(dòng)傳感器分別安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)鏈側(cè)、發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋側(cè)、飛輪側(cè)，振動(dòng)傳感器將振幅傳給處理器，經(jīng)二階濾波及測(cè)試軟件處理后轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過對(duì)比實(shí)際值與參考值來判定發(fā)動(dòng)機(jī)是否合格，是否因裝配缺陷造成異常振動(dòng)，正常波形如圖8所示，圖9顯示了未安裝連桿軸瓦造成振動(dòng)值偏大的情況。

圖8 缸蓋側(cè)振動(dòng)曲線

圖9 正時(shí)鏈側(cè)振動(dòng)不合格曲線

3.6 OCV檢測(cè)

OCV檢測(cè)原理主要是臺(tái)架系統(tǒng)提供5 V電壓給發(fā)動(dòng)機(jī)OCV，在高速1 500 rpm條件下連續(xù)測(cè)試10個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)，通過檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)在10個(gè)循環(huán)內(nèi)相位角度是否能按要求改變，從而測(cè)試OCV是否正常工作。圖10為正常測(cè)試OCV曲線。一般故障現(xiàn)象為在規(guī)定的循環(huán)內(nèi)，OCV不能改變相應(yīng)的角度，從而判斷OCV工作不正常。

圖10 OCV曲線

3.7 排氣壓力檢測(cè)

排氣壓力檢測(cè)通過安裝在排氣口位置的壓力傳感器來檢測(cè)排氣壓力值，其檢測(cè)原理跟進(jìn)氣壓力檢測(cè)類似。進(jìn)排氣壓力測(cè)試時(shí)，冷試臺(tái)架系統(tǒng)發(fā)送TDC（上止點(diǎn)）命令給傳感器，傳感器開始在曲軸角度位置720℃內(nèi)開始采集一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)周期內(nèi)的進(jìn)排氣壓力值，同時(shí)結(jié)合TDC（上止點(diǎn)）信號(hào)，在數(shù)據(jù)采集卡上對(duì)所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，得出相應(yīng)的壓力值與曲軸位置對(duì)應(yīng)關(guān)系[3]。排氣壓力檢測(cè)中，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)中排氣口狀態(tài)的不同，也有多個(gè)傳感器和單個(gè)傳感器的測(cè)量方式之分。本文研究的是多個(gè)傳感器的情形，即每個(gè)排氣口安裝獨(dú)立的傳感器，采集到發(fā)動(dòng)機(jī)單缸的波形，如圖11所示。

通過排氣壓力檢測(cè)，對(duì)排氣壓力波形圖中的峰值、峰值對(duì)應(yīng)曲軸角度位置等明顯的特征值分析，可以檢測(cè)出氣門泄漏、活塞環(huán)漏裝、活塞環(huán)裝配不當(dāng)、正時(shí)不對(duì)等故障。

圖11 排氣壓力曲線

4 結(jié)束語

在冷試試驗(yàn)中，使用了大量高精度傳感器和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)收集處理軟件，測(cè)試精度高，結(jié)果準(zhǔn)確，易于分析，冷試技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配質(zhì)量在線檢測(cè)中充分體現(xiàn)出了它的優(yōu)越性。目前國內(nèi)熱試技術(shù)已比較成熟，已具備自主生產(chǎn)熱試試驗(yàn)設(shè)備的能力，但國內(nèi)冷試技術(shù)尚處于起步階段，國內(nèi)許多汽車廠商所用冷試臺(tái)架基本都從國外進(jìn)口。對(duì)冷試中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行的分析和研究，對(duì)國內(nèi)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工廠冷試測(cè)試有較大的幫助，同時(shí)也為冷試臺(tái)架的后續(xù)研發(fā)作了一個(gè)鋪墊。

[1]朱敏慧.攜手東菱振動(dòng)—ATW冷試技術(shù)落戶中國[J].汽車與配件，2008（21）：49.

[2]李鶴翔.長缸冷試技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)上的應(yīng)用[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)，2008（9）：1-67.

[3]余世福.汽油發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火正時(shí)及故障模式的仿真模擬研究[J].四川大學(xué)學(xué)報(bào)，2005（4）：100-103.

Engine Cold Test Technology Studies in Assembly Line

PENG Jia-qiang，MA Bao-ren

（SAICGMWuling Automobile Co.，Ltd，Liuzhou Guangxi545007,China）

The engine cold test as a new type of on-line detection technology for engine assembly quality,is characterized with advantages such as short test time,high accuracy，low cost,less pollution，etc，and therefore is introduced to the engine assembly line bymore andmore automobilemanufacturers.This paper taking an example of one engine plant.Itelaborates the conceptof the cold testand the theory ofdefectmapping,meanwhile key technologies in cold test,like oil pressure test,torque test,timing test,ignition test，OCV test,exhaust pressure testwill researched in detail.

engine；cold test；key technology

U464

B

1672-545X（2014）04-0118-04

2014-01-06

彭加強(qiáng)（1987—），男，重慶墊江人，工程師，工學(xué)學(xué)士，研究方向：發(fā)動(dòng)機(jī)擰緊與測(cè)試技術(shù)。