探究冷試壓力測試曲線與制造缺陷的對應關系

劉立波 高超浪

摘 要 隨著對汽車發(fā)動機制造質量、整機性能要求的日趨提高，利用冷試技術準確檢測與快速診斷發(fā)動機故障的研究，越來越被國內外汽車行業(yè)所重視。發(fā)動機冷試技術是發(fā)動機無燃燒過程的情況下，反映發(fā)動機整機裝配性能快節(jié)拍、高質量、低成本的檢測方法，可以實現(xiàn)對發(fā)動機在線100%測量，主要目的在于通過檢測數(shù)據(jù)分析判斷發(fā)動機是否存在制造過程質量缺陷。

關鍵詞 冷試;圖像分析;制作缺陷

1冷試簡介

冷試是裝配線上針對發(fā)動機性能測試的非常重要的測試臺架，采用電機驅動發(fā)動機，模擬發(fā)動機實際運行過程，并通過一系列的測試項目來對發(fā)動機性能進行檢測，由于不使用汽油作為動力，故不產(chǎn)生熱量，所以稱之為冷試。冷試具有測試時間短、測試精確及環(huán)保等優(yōu)點，是目前發(fā)動機生產(chǎn)企業(yè)對發(fā)動機測試所使用的最主要的檢測手段。為了使發(fā)動機冷測試系統(tǒng)在生產(chǎn)中的達到最大化的缺陷探測能力，可以通過設置冷試mapping缺陷進行驗證，并結合生產(chǎn)數(shù)據(jù)對冷試限定值逐步優(yōu)化。冷試技術是一種質量監(jiān)控及檢測的手段，利用加裝在設備上的傳感器來收集各種測試數(shù)據(jù)，測試臺軟件通過專門的測試算法對采集數(shù)據(jù)進行處理，并將處理結果與設定的限定值比較，從而決定該發(fā)動機裝配或零部件質量是否存在缺陷。主要是通過冷試機上加裝的各傳感器信號來監(jiān)控和測量發(fā)動機運轉的各項參數(shù)，傳感器主要使用壓力傳感器、溫度傳感器、加速度傳感器、噪聲傳感器、流量傳感器等。測出的數(shù)據(jù)同標準模板進行數(shù)據(jù)對比和分析，從而進行故障診斷[1]。

冷試系統(tǒng)一般由機械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成的，通過外部驅動帶動發(fā)動機運轉，然后通過一些傳感器收集信號，并采用不同的數(shù)據(jù)分析處理軟件進行數(shù)據(jù)的分析處理，測試發(fā)動機不同工況下的參數(shù)，同時結合測試項上下限的設定以及故障影像來判定發(fā)動機是否合格并分析故障原因。

2排氣測試曲線分析

排氣測試是冷試中一個非常重要的測試項目，它是通過加裝在冷試設備上的壓力傳感器來獲得排氣壓力信號，并測量排氣壓力的變化以檢查氣門泄漏和確認進氣執(zhí)行機構等故障。根據(jù)發(fā)動機的安裝狀態(tài)的不同，也有多個傳感器和單個傳感器的測量方式。我們所使用的冷試設備是在每個排氣口上都加裝有排氣壓力傳感器，在采集測試曲線的時候，對每一氣缸采集全程720°內的壓力曲線，這樣一方面可以考核該氣缸整個工作循環(huán)中的工作情況，另一方面通過該傳感器能夠間接檢測出相鄰氣缸的工作狀況，同時結合進氣測試曲線對應分析，對問題的分析解決提供參考。

一般的進排氣壓力測試曲線如下圖所示。

圖中的起始點為該缸活塞上止點位置，此時壓縮過程完畢開始進行做功沖程，在做功沖程末尾排氣門提前開啟，排氣壓力開始降低，直到活塞到達下止點，排氣壓力達到最小值，接著活塞在排氣沖程中上行，氣體開始通過排氣口排出燃燒室，排氣壓力開始上升，當活塞即將到達上止點時由于進氣門的提前開啟，排氣壓力開始下降，直到排氣門關閉后，排氣壓力不再發(fā)生變化。

在測試過程當中我們對排氣壓力的最小值、最大值、平均值、進排氣門的開啟關閉角度等進行監(jiān)控，從而可判斷出氣門開啟關閉的性能，再通過氣門開啟時刻的情況，關聯(lián)檢測相關進排氣機構的性能，如凸輪軸的加工情況、正時鏈輪及鏈條的裝配情況，包括氣門彈簧、挺柱缺失問題等[2]。

結合發(fā)動機的工作原理可知：圖中D、A段如果壓力值明顯增加很可能就是排氣門部位在關閉的情況下發(fā)生泄漏。E點的位置可以顯示出排氣門的開啟角度，當然不同類型的發(fā)動機設計的氣門開啟角度也是不同的。B點位置是排氣壓力的最大值位置，同時也可以顯示出進氣門的開啟角度，但在實際測試過程中并不能直接檢測到氣門的開啟角度，都是通過排氣壓力的變化來探測的。通過E、B點的角度我們可以檢測氣門間隙或者正時系統(tǒng)等是否完好。

3實例分析

3.1 實例1

圖2圖3均為冷試設備測試形成的排氣壓力測試曲線，白、紅、綠、藍四條曲線分別為1、2、3、4缸的排氣測試曲線，通過圖2曲線我們可以明顯的發(fā)現(xiàn)綠色（3缸）測試曲線與其他3條曲線有著明顯的區(qū)別，結合圖1來分析：在整個做功、排氣、進氣、壓縮過程中，排氣壓力明顯的降低，對比四個缸曲線發(fā)現(xiàn)排氣門開啟關閉位置為發(fā)現(xiàn)明顯異常，所以排除氣門間隙對壓力低的影響，因此我們基本可以判定在此過程當中該缸發(fā)生了泄漏。從圖3、圖4可以看出，正常發(fā)動機4個缸的排氣壓力值相差較小，曲線基本重合，而圖4異常曲線的發(fā)動機，其排氣壓力曲線與其他缸的曲線距離相差很遠。對發(fā)動機排氣門吹氣后換站重測依然不合格。于是在拆機檢查過程當中檢查了相關部位，并測量了氣門間隙，最后發(fā)現(xiàn)3缸活塞第一道氣環(huán)處有雜質導致卡死在該缸，這樣導致了活塞環(huán)封閉不嚴導致泄漏，不合格圖像與缺陷對應，找到了問題的根本原因。

3.2 實例2

圖5測試曲線為冷試測試過程排氣壓力不合格曲線，其測試結果顯示2缸（紅色曲線）的排氣門開啟位置測試值偏低不合格，從曲線圖上可以發(fā)現(xiàn)紅色曲線氣門開啟階段壓力下降的點比其他三個缸明顯提前，根據(jù)對排氣壓力曲線的分析，做功沖程階段影響排氣壓力下降位置的原因為氣門開啟，氣門開啟點主要由氣門間隙大小及凸輪軸尺寸決定。圖6是將不合格發(fā)動機排氣2缸曲線（黃色）與正常合格發(fā)動機2缸曲線進行疊加，圖像疊加后發(fā)現(xiàn)不合格發(fā)動機曲線排氣壓力明顯低于正常發(fā)動機曲線，且圖像顯示的排氣門開啟位置點明顯提前，根據(jù)圖像原理分析排氣壓力的最大值產(chǎn)生于在排氣過程中進氣門開啟的時刻，因此在拆機檢查的過程當中發(fā)現(xiàn)進氣側2缸和排氣側2缸氣門間隙均小于工藝要求下限，進氣門的開啟時間提前導致排氣壓力超出控制范圍，不合格圖像與缺陷對應，找到了問題的根本原因。

4結束語

在系統(tǒng)性生產(chǎn)測試過程中，通過對冷試進排氣測試曲線的研究分析，可以探測氣門間隙、進排氣凸輪軸、正時系統(tǒng)錯位、缸體缸蓋加工超差、VVT系統(tǒng)運行故障等缺陷。進排氣圖像的研究分析是冷試測試技術關鍵的分析項目，生產(chǎn)制造過程的質量缺陷大多都能通過壓力曲線來進行探測，同時我們也會結合其他測試項目來進行分析，例如NVH震動、運行扭矩、油壓測試等，其次還需要通過設置常見的制造缺陷項目進行冷試數(shù)據(jù)收集，并結合大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)加以分析，對冷試限定值進行不斷地修訂，以形成一套可靠的測試系統(tǒng)，從而提升冷試設備對制造缺陷的探測能力[3]。通過持續(xù)的數(shù)據(jù)收集驗證分析，保持冷試系統(tǒng)的功能穩(wěn)定性，從而最大限度地將制造缺陷控制在生產(chǎn)線，為客戶提供可靠質量的發(fā)動機。

參考文獻

[1] 倪計民，趙骎之.基于冷試的汽車發(fā)動機活塞泄漏的缺陷分析[J]. 汽車與駕駛維修，2019，3：83-85.

[2] 梅杰.發(fā)動機冷試質量問題分析及解決措施[J].新技術新工藝，2017，6：69-71.

[3] 林巨廣，許華，謝峰，等.冷試技術在發(fā)動機裝配質量在線檢測中的應用[J].控制與檢測，2010，12：68.