柴油發(fā)動(dòng)機(jī)投放初期技術(shù)成熟度研究

蔣巖

（一汽解放汽車有限公司 質(zhì)保部，長春 130011）

主題詞：柴油發(fā)動(dòng)機(jī) 單體泵 產(chǎn)能提升 抖動(dòng)

1 前言

單體泵燃油噴射系統(tǒng)（FEUP）是國內(nèi)為數(shù)不多的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、自主開發(fā)的柴油機(jī)電控噴射系統(tǒng)，匹配自主電子控制系統(tǒng)和先進(jìn)的選擇性催化還原后處理裝置（SCR），滿足國四、國五排放法規(guī)要求，具有滿足國六排放的潛力，用于匹配重型商用車柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，主要車型包括自卸車、牽引車和載貨車。匹配FEUP柴油發(fā)動(dòng)機(jī)整車在市場競爭中具有明顯的成本競爭優(yōu)勢，通過不斷的持續(xù)改進(jìn)，獲得了市場和廣大用戶的認(rèn)可。

新產(chǎn)品在投產(chǎn)初期經(jīng)歷了技術(shù)成熟期。匹配FEUP柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的北方版重型卡車車型在投放初期，市場索賠反饋有30項(xiàng)問題，其中前4項(xiàng)問題占總的索賠金額的80%，為此，重點(diǎn)解決排名前4項(xiàng)問題，即無法起動(dòng)、動(dòng)力不足、抖動(dòng)與噪聲大和油泵漏油。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在冷起動(dòng)性能的影響因素包括起動(dòng)機(jī)、供油系統(tǒng)與電控單體泵標(biāo)定、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)與整車匹配的懸置系統(tǒng)等[1-3]。本文從電控供油系統(tǒng)標(biāo)定、單體泵供油一致性、制造工藝與裝配工藝等環(huán)境改進(jìn)，解決了FEUP柴油發(fā)動(dòng)機(jī)投產(chǎn)初期的質(zhì)量問題。

重型柴油車匹配FEUP發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)型主要包括6DL系列和6DM系列機(jī)型，其中匹配的6DM2系列發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率為312 kW@1 900 r/min，排量為11 L，缸徑為112 mm、沖程為145 mm，怠速轉(zhuǎn)速為650 r/min。

2 現(xiàn)場問題描述與原因分析

2.1 現(xiàn)場問題描述

現(xiàn)場用戶抱怨包括：一些用戶反映發(fā)動(dòng)機(jī)在冬季出現(xiàn)起動(dòng)困難，故障車聲音品質(zhì)差，發(fā)動(dòng)機(jī)突突，感覺缺缸，駕駛室抖動(dòng)，整車動(dòng)力不足，與機(jī)械泵車相比動(dòng)力較差。一些用戶反映發(fā)動(dòng)機(jī)在1 000～1 500 r/min、原地怠速和高怠速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)有突突聲。原地伴隨駕駛室抖動(dòng)，駕乘舒適性下降，而行車過程中無此現(xiàn)象。此外，發(fā)動(dòng)機(jī)單體泵普遍存在漏油的問題。

2.2 問題原因分析

結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際問題，采用魚骨圖法從制造、裝配工藝、供油系統(tǒng)等分析并明確了影響發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)、動(dòng)力不足、振動(dòng)噪聲和油泵漏油的影響因素，詳細(xì)見表1。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)故障分析魚骨圖

故障現(xiàn)象1：發(fā)動(dòng)機(jī)無法起動(dòng)。

問題：油路進(jìn)空氣，阻尼閥泄漏。

原因分析：輸油泵密封不嚴(yán)、溢流閥失效、單體泵阻尼閥泄漏。

故障現(xiàn)象2：整車動(dòng)力不足。

問題：油泵供油量不足。

原因：主要是FEUP制造精度低，噴油量小；檢測精度低，導(dǎo)致問題檢出率低；內(nèi)腔清潔度超差，造成油路堵塞。

故障現(xiàn)象3：發(fā)動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速1 500 r/min以下時(shí)發(fā)突、抖動(dòng)，聲音異常。

問題：噴油量波動(dòng)大會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)劇烈，從而產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。

原因：電控?cái)?shù)據(jù)在小油量區(qū)調(diào)速率較大，造成噴油量波動(dòng)，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)劇烈，產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。另外，F(xiàn)EUP制造精度低，噴油散差大，造成系統(tǒng)的循環(huán)供油量在發(fā)動(dòng)機(jī)小負(fù)荷區(qū)域內(nèi)變化大、不受控，導(dǎo)致燃燒不穩(wěn)、產(chǎn)生噪聲。

故障現(xiàn)象4：油泵漏油。

問題：系統(tǒng)不密封。

原因分析：密封件裝配調(diào)整不到位，存在扭曲現(xiàn)象；密封檢測設(shè)備參數(shù)設(shè)置不當(dāng)；總成檢測項(xiàng)目不足。

3 針對根原因改進(jìn)FEUP

根據(jù)原因分析，制定詳細(xì)的改進(jìn)計(jì)劃，見表1。改進(jìn)計(jì)劃包含了涉及FEUP制造過程的工藝、設(shè)備、檢驗(yàn)、設(shè)計(jì)、制造環(huán)節(jié)。

3.1 改進(jìn)措施1-刷寫新版電控?cái)?shù)據(jù)，解決振動(dòng)大的問題

根據(jù)用戶車（用戶主觀感受較好）的振動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定振動(dòng)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)NVH評價(jià)指標(biāo)：對于匹配FEUP系統(tǒng)的整車，因主觀感覺有類似缺缸性質(zhì)的振動(dòng)和聲音，經(jīng)判斷對主觀評價(jià)影響較大的是0.5階振動(dòng)，因此選擇主駕駛座椅導(dǎo)軌處0.5階振動(dòng)作為評價(jià)指標(biāo)（圖2）。主要針對0.5階進(jìn)行測試和分析，找出原因并制定相關(guān)措施。

表1 FEUP改進(jìn)工作計(jì)劃

圖2 座椅導(dǎo)軌處0.5階振動(dòng)振幅

對4S店內(nèi)存在振動(dòng)問題的待售車進(jìn)行振動(dòng)測試，共三種狀態(tài)（圖3）：

原車狀態(tài)：在1 200～1 500 r/min轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)主觀可感受到劇烈振動(dòng)，不可接受。

新版數(shù)據(jù)：主觀感受到明顯的振動(dòng)改善，客觀測量結(jié)果顯示，其振動(dòng)峰值衰減約50%，異常振動(dòng)轉(zhuǎn)速區(qū)間有明顯減小。通過更新小油量優(yōu)化后，基本解決此車的異常振動(dòng)問題。

換精調(diào)泵：基本能夠達(dá)到原車泵刷新版數(shù)據(jù)后的振動(dòng)水平，轉(zhuǎn)速區(qū)間較小油量數(shù)據(jù)狀態(tài)略有放大，其振動(dòng)峰值衰減約50%，振動(dòng)情況改善明顯。

改善結(jié)果：換精調(diào)泵后振動(dòng)情況的改善說明，制造過程油泵小油量生產(chǎn)一致性控制差，是導(dǎo)致振動(dòng)和噪聲大的根本原因。

圖3 3種狀態(tài)座椅導(dǎo)軌處0.5階振動(dòng)振幅比較

3.2 改進(jìn)措施2-嚴(yán)格控制FEUP噴油量均勻度，解決振動(dòng)噪聲大的問題

FEUP泵一致性的指標(biāo)是單體泵的均勻度，定義為6個(gè)單體泵噴油量最大與最小之差除以平均值的百分比?，F(xiàn)場抽查單體泵噴油量表明，小油量均勻度控制在約±30%左右，未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)（±15%）。隨機(jī)抽查21臺(tái)噴油泵（3點(diǎn)修正），油泵轉(zhuǎn)速為500 r/min時(shí)，小油量均勻度在-31.8%～45.5%之間；在油泵轉(zhuǎn)速為750 r/min時(shí)，小油量均勻度在-52.6%～63.6%之間，這兩個(gè)工況點(diǎn)噴油量均勻度均不合格。這一結(jié)論與市場反饋情況相符。

3.3 完善控制標(biāo)準(zhǔn)，提高單體泵生產(chǎn)質(zhì)量，控制噴油量均勻度

按現(xiàn)有3點(diǎn)修正油量調(diào)試規(guī)范調(diào)試油泵后，低速油量超出供油特性要求，不能滿足供油量公差要求。新增2點(diǎn)油量控制暨采用3點(diǎn)修正與2點(diǎn)小油量工況控制的方案，出廠試驗(yàn)按表2的油量控制標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

表2 FEUP油量生產(chǎn)控制標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)場驗(yàn)證：按此標(biāo)準(zhǔn)試生產(chǎn)FEUP泵，抽檢30臺(tái)FEUP泵進(jìn)行燃油泵專用試驗(yàn)臺(tái)架油量測試，符合標(biāo)準(zhǔn)要求（圖4）。油泵臺(tái)架測試油量包括3點(diǎn)修正+2點(diǎn)小油量控制，增加400 r/min、650 r/min兩個(gè)非考核工況，測試結(jié)果表明油泵的各缸均勻度都在±2.5 mL公差范圍內(nèi)。

為了驗(yàn)證改進(jìn)后的FEUP是否滿足要求，將上述生產(chǎn)線上抽取的符合均勻度要求的30臺(tái)FEUP泵，分別裝在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上，匹配調(diào)整后的發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元（ECU），進(jìn)行全工況（MAP）范圍的小油量工況均勻性測試，均滿足發(fā)動(dòng)機(jī)批量生產(chǎn)的技術(shù)指標(biāo)要求，沒有出現(xiàn)怠速抖動(dòng)等質(zhì)量問題。

圖4 FEUP-油量補(bǔ)償均勻度對比

根據(jù)上述FEUP泵的改進(jìn)，得出如下結(jié)論：

（1）5點(diǎn)控制方法能夠保證小油量范圍均勻度受控。

（2）增加2點(diǎn)小油量補(bǔ)償后，考核點(diǎn)及增加的2個(gè)非考核點(diǎn)均勻度都明顯改善。

（3）進(jìn)行全轉(zhuǎn)速范圍的小油量工況均勻性測試，采用5點(diǎn)油量補(bǔ)償后，小油量工況各缸均勻度在±15%以內(nèi)，均勻性良好，圖5是批量生產(chǎn)后抽查的結(jié)果。

圖5 噴油泵-油量補(bǔ)償均勻度對比

3.4 實(shí)施分組裝配及現(xiàn)場控制，提升FEUP組合泵噴油量均勻度

FEUP組合泵組裝問題1：在生產(chǎn)過程中，F(xiàn)EUP組合泵油量下線檢測采用普通校泵臺(tái)，對單個(gè)單體泵油量初選，進(jìn)行單體泵合格判定，然后隨機(jī)組合6個(gè)單體泵進(jìn)行裝配，沒有實(shí)施按油量分組篩選，而且測試臺(tái)位采取人工讀取量筒油量，誤差大，控制精度低。這樣組合裝配（6個(gè)單體泵合成一起）的單體泵總成6個(gè)單體泵的噴油量散差很大，無法滿足質(zhì)量要求。

整改對策：在現(xiàn)有測試臺(tái)對單體泵分選的基礎(chǔ)上增加油量大、中、小油量分組，實(shí)施分組總成裝配。采用進(jìn)口單體泵全自動(dòng)調(diào)校試驗(yàn)臺(tái)，解決油量測試誤差的問題，提高測試精度。

FEUP組合泵組裝問題2：在整合QR碼（追溯編號）打?。ㄎ挥谡{(diào)試合格后流水線末端）時(shí)需要人工抄寫組合泵總成編號，選擇打印油泵總成編號時(shí)，容易出現(xiàn)抄寫及選擇錯(cuò)誤。

整改對策：修改調(diào)試數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)軟件，人工更改為掃描錄入方式，系統(tǒng)自動(dòng)查找對應(yīng)QR碼，規(guī)避人工抄錯(cuò)或選錯(cuò)風(fēng)險(xiǎn)。

FEUP組合泵組裝問題3：生產(chǎn)現(xiàn)場現(xiàn)有清潔度檢測室為30萬級，不滿足國Ⅳ及以上產(chǎn)品的清潔度檢測要求的10萬級清潔度要求。

整改對策：按10萬級清潔度室建造，能夠?qū)崿F(xiàn)清潔度動(dòng)態(tài)和靜態(tài)取樣。

FEUP組合泵組裝問題4：油泵總成補(bǔ)償油量調(diào)試工序，人工讀取量筒讀數(shù)，存在一定的目測誤差，人工輸入存在輸錯(cuò)風(fēng)險(xiǎn)。

整改對策：由現(xiàn)在的人工讀取量筒油量更改為稱重法自動(dòng)記錄油量數(shù)據(jù)。

FEUP組合泵組裝問題5：電控單體泵的產(chǎn)品特性清單不完善，對核心外購件未充分識(shí)別影響油量一致性的特殊特性。

整改對策：對單體泵的所有的技術(shù)文件與工藝文件進(jìn)行了詳細(xì)的排查與核對，梳理設(shè)計(jì)與工藝的一致性、適宜性，重新識(shí)別電磁鐵、銜鐵、傳感器、阻尼閥彈簧等核心外購件的特殊特性并明確控制要求。

4 結(jié)束語

針對FEUP國四單體泵發(fā)動(dòng)機(jī)投產(chǎn)后的顧客抱怨質(zhì)量問題，通過調(diào)研確認(rèn)了發(fā)動(dòng)機(jī)無法起動(dòng)、動(dòng)力不足、抖動(dòng)與噪聲大和油泵漏油問題。通過采用魚骨圖法，提出了4項(xiàng)問題的根原因，即單體泵總成供油均勻性差、供油量不足、系統(tǒng)密封失效和溢流閥失效4大原因。

本文充分分析影響FEUP油量均勻性的因素，找出問題的共性，總結(jié)改進(jìn)方法和措施，對后續(xù)平臺(tái)的改進(jìn)起到借鑒作用。通過增加測試節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)，確定5點(diǎn)油量控制的方案，驗(yàn)證改善措施的有效性。驗(yàn)證5點(diǎn)油量修正補(bǔ)償對均勻度的改善效果明顯，此方案在國Ⅴ發(fā)動(dòng)機(jī)上實(shí)施可行?，F(xiàn)場查驗(yàn)生產(chǎn)過程中的影響因素，組織整改以利于對改進(jìn)結(jié)果的固化?？偨Y(jié)最佳解決方案并實(shí)施驗(yàn)證，推廣應(yīng)用到全系列FEUP發(fā)動(dòng)機(jī)。運(yùn)用同步工程小組的方法，設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)、質(zhì)保部門協(xié)同工作，全員全過程參與問題解決，解決了發(fā)動(dòng)機(jī)無法起動(dòng)、動(dòng)力不足、抖動(dòng)與噪聲大和油泵漏油問題，1MIS（1個(gè)月內(nèi)千車故障率）故障率下降到了0,3MIS（3個(gè)月內(nèi)千車故障率）故障率下降了35.6%，大大消除了顧客的抱怨，解決了產(chǎn)品索賠率居高不下的問題。