發(fā)動(dòng)機(jī)冷試油壓溫度補(bǔ)償功能的應(yīng)用

周俊杰，聶燦明，凌以靜

（上汽通用五菱汽車股份有限公司制造部，廣西 柳州545007）

0 引言

冷試是發(fā)動(dòng)機(jī)在冷狀態(tài)下由外部電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行各項(xiàng)測(cè)試，由于在成本、環(huán)保、安全等方面的優(yōu)勢(shì)，冷試已取代熱試成為主流的發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線下線質(zhì)量檢測(cè)控制手段。

冷試通常包括正時(shí)測(cè)試、油壓測(cè)試、VVT或VVL測(cè)試、進(jìn)氣測(cè)試、排氣測(cè)試、NVH測(cè)試等內(nèi)容，油壓測(cè)試是冷試的核心測(cè)試項(xiàng)，通過(guò)監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)缸體主油道機(jī)油壓力值檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)的缺陷，其分為高速油壓測(cè)試和低速油壓測(cè)試。高速油壓測(cè)試在1 500 rpm左右進(jìn)行，低速油壓測(cè)試在150 rpm左右進(jìn)行。低速油壓測(cè)試中，油壓傳感器通過(guò)測(cè)試機(jī)構(gòu)與發(fā)動(dòng)機(jī)缸體主油道接通實(shí)現(xiàn)低速油壓的測(cè)量，獲得油壓測(cè)量值（Y）。低速油壓測(cè)試能夠探測(cè)的缺陷包括機(jī)油泵泄壓閥常開(kāi)、主軸瓦漏裝、曲軸主軸頸直徑偏小、主軸瓦偏薄、主軸瓦倒角過(guò)大、凸輪軸鋼珠漏裝等。

1 油溫補(bǔ)償法總體介紹

在冷試設(shè)備實(shí)際使用中，一般通過(guò)合格發(fā)動(dòng)機(jī)批量測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算出參數(shù)上下限值，并結(jié)合缺陷驗(yàn)證結(jié)果確定各參數(shù)限值（包括低速油壓測(cè)試），如圖1所示。由于低速油壓各參數(shù)受溫度變化影響大，油壓測(cè)量值分布較不集中，上下限值設(shè)置較寬，過(guò)程探測(cè)能力減弱。

圖1 參數(shù)上下限設(shè)置

為避免溫度對(duì)低速油壓測(cè)試的影響，可通過(guò)機(jī)油加熱和油溫補(bǔ)償兩種方式。機(jī)油加熱需要將機(jī)油控制在較高恒定溫度，效果明顯，但伴隨的問(wèn)題是能源消耗大，機(jī)油受熱揮發(fā)嚴(yán)重，車間員工抱怨，故不建議采用此方式。

油溫補(bǔ)償法引入一個(gè)新參數(shù)油壓補(bǔ)償值（Y補(bǔ)），該參數(shù)在油壓測(cè)量值（Y）基礎(chǔ)上進(jìn)行溫度補(bǔ)償，將油壓測(cè)量值補(bǔ)償至基礎(chǔ)油溫下對(duì)應(yīng)的油壓，即油壓補(bǔ)償值（Y補(bǔ)），該參數(shù)基本不受溫度影響，數(shù)據(jù)分布較集中，收嚴(yán)該參數(shù)限值，降低缺陷逃逸風(fēng)險(xiǎn)。

油溫補(bǔ)償法主要步驟：采集某機(jī)型的低速油壓測(cè)量值、油溫測(cè)試數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)擬合獲得其理論油壓-油溫關(guān)系方程，預(yù)先設(shè)置方程階數(shù)為5階，形式如y=ax5+bx4+cx3+dx2+ex+f，獲得5個(gè)常數(shù)系數(shù)項(xiàng)，并設(shè)置基礎(chǔ)油溫。根據(jù)理論油壓-油溫關(guān)系方程y（x）、實(shí)測(cè)油溫x、基礎(chǔ)油溫x0，基礎(chǔ)油溫下的理論油壓值Y0，對(duì)Y值進(jìn)行增補(bǔ)或削減得到油壓補(bǔ)償值（Y補(bǔ)），該參數(shù)能夠真實(shí)地反映發(fā)動(dòng)機(jī)的真實(shí)特性且波動(dòng)范圍較小，能夠有效提升低速油壓測(cè)試的缺陷探測(cè)能力。理論油壓-油溫關(guān)系方程根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際特性得出，不同產(chǎn)品有不同的關(guān)系方程。

1.1 數(shù)據(jù)采集

針對(duì)某款機(jī)型，采集油溫變化范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)的油壓值，冷試油溫變化范圍一般在16℃～40℃之間，該溫度范圍根據(jù)廠房溫度、機(jī)油溫度等因素確定，機(jī)油溫度通過(guò)管道由室外進(jìn)入裝配線，夏天機(jī)油溫度高于廠房溫度，冬天機(jī)油溫度低于廠房溫度。

進(jìn)行數(shù)據(jù)采集前需要準(zhǔn)備一臺(tái)已經(jīng)測(cè)試合格的發(fā)動(dòng)機(jī)，并確認(rèn)紅外溫度傳感器和油壓傳感器是否都在正常標(biāo)定周期內(nèi)。由于所需要的起始油溫較低，選擇冬季采集較合理，若在夏天進(jìn)行需對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)或者機(jī)油進(jìn)行降溫處理；數(shù)據(jù)采集需要逐步提升油溫，進(jìn)行升溫操作時(shí)要臨時(shí)中斷數(shù)據(jù)采集，升溫結(jié)束后恢復(fù)至150 r/min并繼續(xù)數(shù)據(jù)采集（升溫操作流程：當(dāng)采集的油溫?cái)?shù)據(jù)無(wú)法進(jìn)一步上升時(shí)，提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速至500 r/min運(yùn)行約5 min）。

打開(kāi)測(cè)試軟件的油壓傳感器油溫補(bǔ)償校準(zhǔn)模塊，采集數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置與低速油壓測(cè)試轉(zhuǎn)速一致，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后開(kāi)始記錄理論油壓值y和油溫x.整個(gè)數(shù)據(jù)采集過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)油溫從最低溫逐步上升至所需的最高溫度，中途發(fā)動(dòng)機(jī)油溫出現(xiàn)下降則需要重新采集數(shù)據(jù)。

1.2 理論油壓-油溫關(guān)系方程確定

進(jìn)行油壓溫度補(bǔ)償?shù)暮诵娜蝿?wù)就是確定理論油壓-油溫關(guān)系方程，對(duì)獲得的理論油壓和油溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行5階多項(xiàng)式方程擬合處理，確定理論油壓-油溫關(guān)系方程：y=ax5+bx4+cx3+dx2+ex+f，即獲得5個(gè)常數(shù)系數(shù)，x軸表示機(jī)油溫度，y軸表示理論油壓值。

1.3 油壓補(bǔ)償值計(jì)算公式

在低速油壓測(cè)試算法設(shè)置中輸入理論油壓-油溫關(guān)系方程，基礎(chǔ)油溫x0設(shè)為常溫25℃，此時(shí)對(duì)應(yīng)的理論油壓值為y0，油壓測(cè)量值Y，油溫補(bǔ)償值通過(guò)以下公式得到Y(jié)補(bǔ)=Y+（y0-yx）。

當(dāng)機(jī)油溫度x=25℃時(shí)，理論油壓值為yx=y0，油壓補(bǔ)償值Y補(bǔ)=Y+0；

當(dāng)機(jī)油溫度x＞25℃時(shí)，理論油壓值為yx＜y0，油壓補(bǔ)償值Y補(bǔ)=Y+（y0-yx）；

當(dāng)機(jī)油溫度x＜25℃時(shí)，理論油壓值為yx＞y0，油壓補(bǔ)償值Y補(bǔ)=Y-（yx-y0）。

2 問(wèn)題描述

溫度下降導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)低速油壓測(cè)量值升高，低速油壓測(cè)試值限值根據(jù)往年測(cè)量數(shù)據(jù)設(shè)置，兼容往年的溫度變化范圍。2018/1/26溫度降至歷史低點(diǎn)，B15系列發(fā)動(dòng)機(jī)低速油壓測(cè)量值整體上升，超過(guò)參數(shù)上限值，導(dǎo)致冷試批量誤判，如圖2所示。

圖2 低速油壓測(cè)量值散點(diǎn)圖

為避免批量誤判，可采取以下幾種方法：

①繼續(xù)擴(kuò)大低速油壓測(cè)試測(cè)試值限值范圍，兼容更寬的溫度波動(dòng)范圍，避免誤判；

②通過(guò)機(jī)油加熱避免；

③通過(guò)油溫補(bǔ)償方式將油壓實(shí)測(cè)值進(jìn)行修正得到油壓補(bǔ)償值。

三種方法的優(yōu)缺點(diǎn)分析：

方法①增加油壓測(cè)量值限值范圍，低速油壓測(cè)試缺陷探測(cè)能力降低，缺陷流出風(fēng)險(xiǎn)加大。

方法②穩(wěn)定有效，能夠使低速油壓測(cè)量值穩(wěn)定在一定較小范圍內(nèi)，但會(huì)增加能源消耗，帶來(lái)車間環(huán)境問(wèn)題等。

方法③通過(guò)油溫補(bǔ)償法，新增油壓補(bǔ)償值參數(shù)，該參數(shù)能夠穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。補(bǔ)償方程設(shè)置繁瑣，每種機(jī)型都要單獨(dú)配置。

因此計(jì)劃通過(guò)方法①+③解決誤判問(wèn)題，油壓測(cè)量值易受溫度變化影響，直接將該參數(shù)限值放寬，避免誤判。給油壓補(bǔ)償值設(shè)定較嚴(yán)格的限值，提高缺陷探測(cè)能力。

3 數(shù)據(jù)采集和方程擬合

準(zhǔn)備一臺(tái)B15系列發(fā)動(dòng)機(jī)，讓其在低速油壓測(cè)試轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)油溫度在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)逐漸升高，同時(shí)采集機(jī)油溫度和機(jī)油壓力數(shù)據(jù)，如圖3所示。

圖3 油溫-油壓數(shù)據(jù)

當(dāng)油溫?zé)o法上升時(shí)需要進(jìn)行升溫操作，該過(guò)程不采集數(shù)據(jù)，其目的是提高機(jī)油溫度，這也是采集的油壓-油溫?cái)?shù)據(jù)擬合曲線后分布不連續(xù)的原因。

將采集的數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel表格，選中所有數(shù)據(jù)插入散點(diǎn)圖，去除異常點(diǎn)，并在Excel中調(diào)出多項(xiàng)式界面擬合出5階多項(xiàng)式方程，即理論油壓-油溫關(guān)系方程，如圖4所示：y=-0.000 411 96x5+0.055 881 25x4-3.008 447 67x3+80.789 978 26x2-1.099 046 40x+6 363.550 521 13

4 效果驗(yàn)證

在B15系列機(jī)型的冷試測(cè)試計(jì)劃低速油壓測(cè)試算法設(shè)置中輸入油壓-油溫關(guān)系方程的5個(gè)系數(shù)（a=-0.000 411 96，b=0.055 881 25，c=-3.008 447 67，d=80.78997826，e=-1.09904640，f=6363.55052113），基礎(chǔ)油溫設(shè)定為x0=25℃，理論油壓值為y0=180 kPa。

當(dāng)機(jī)油溫度x=25℃時(shí)，油壓補(bǔ)償值Y補(bǔ)=Y；

當(dāng)機(jī)油溫度x＞25℃時(shí)，油壓補(bǔ)償值Y補(bǔ)=Y+（180-yx）；

當(dāng)機(jī)油溫度x＜25℃時(shí)，油壓補(bǔ)償值Y補(bǔ)=Y-（yx-180）。

設(shè)置完成后，低速油壓測(cè)試窗口中出現(xiàn)兩條波形，一條是油壓測(cè)量值Y的波形，另一條是油壓補(bǔ)償值Y補(bǔ)的波形。當(dāng)機(jī)油溫度高于25℃時(shí)，油壓測(cè)量值Y波形低于油壓補(bǔ)償值Y補(bǔ)波形，如下圖5所示。

圖4 理論油壓-油溫關(guān)系方程

圖5 油壓補(bǔ)償值波形和油壓原始值波形

油溫補(bǔ)償功能啟用后，收集一段時(shí)間內(nèi)同一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的測(cè)試數(shù)據(jù)，如圖6所示，隨著溫度的變化，油壓補(bǔ)償值的波動(dòng)范圍小，油壓測(cè)量值的波動(dòng)范圍大。

圖6 油溫補(bǔ)償效果驗(yàn)證圖

故放寬油壓測(cè)量值范圍解決誤判問(wèn)題，設(shè)置低速油壓補(bǔ)償值的范圍提升缺陷探測(cè)能力。通過(guò)批量數(shù)據(jù)計(jì)算后，低速油壓最大值限值由100～300 kPa調(diào)整為100～350 kPa，低速油壓補(bǔ)償值限定值，低速油壓最大值補(bǔ)償值限值設(shè)置為125～240 kPa.

例如某臺(tái)缺陷發(fā)動(dòng)機(jī)常溫下的低速油壓實(shí)測(cè)值為80 kPa，其在低溫環(huán)境下的測(cè)量值高于100 kPa，在合格范圍內(nèi)，但是油壓溫度補(bǔ)償算法會(huì)對(duì)測(cè)量值修正到常溫狀態(tài)下，即油壓補(bǔ)償值仍然不合格。所以說(shuō)油壓補(bǔ)償值的設(shè)置提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的缺陷探測(cè)能力。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了油壓溫度補(bǔ)償方法在冷試臺(tái)架的應(yīng)用，并有效解決了溫度變化造成的冷試誤判問(wèn)題，并提高過(guò)程監(jiān)控能力。溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄒ呀?jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的多個(gè)方面，機(jī)加工冷卻液、計(jì)量?jī)x器等，油壓溫度補(bǔ)償方程的確定過(guò)于繁雜，每種機(jī)型都需要有專門的算法，對(duì)多機(jī)型柔性生產(chǎn)的產(chǎn)線而言，設(shè)備維護(hù)人員的工作量是很大的問(wèn)題。