發(fā)動機(jī)總成冷試技術(shù)
發(fā)動機(jī)冷測試可以盡早地發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)制造中出現(xiàn)的一系列問題,并且試驗(yàn)成本低廉,無需采用點(diǎn)火的方式,同時也減少了對環(huán)靜的污染。 發(fā)動機(jī)測試技術(shù)是汽車測試技術(shù)的一個重要組成部分,也是最復(fù)雜的一個部分。以前,汽車發(fā)動機(jī)制造企業(yè)在發(fā)動機(jī)總成裝配完成后都要進(jìn)行數(shù)十分鐘的發(fā)動機(jī)熱試,用來檢查發(fā)動機(jī)的裝配質(zhì)量。但是現(xiàn)在很多著名汽車公司(如美國通用、日本豐田等)生產(chǎn)的轎車汽油發(fā)動機(jī)的生產(chǎn)試驗(yàn)都采用冷試驗(yàn)取代熱試驗(yàn)。 冷試是一種檢測發(fā)動機(jī)裝配過程中出現(xiàn)的錯誤的方法。一般在發(fā)動機(jī)裝配線末端進(jìn)行,查找生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的裝配錯誤或零件缺陷。發(fā)動機(jī)采用冷試驗(yàn)的目的是在發(fā)動機(jī)裝配線最后對發(fā)動機(jī)制造和裝配質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)證測試,能較早地發(fā)現(xiàn)零件缺陷或錯誤的裝配,避免有缺陷的產(chǎn)品流轉(zhuǎn)出發(fā)動機(jī)工廠,以降低返修成本,改進(jìn)裝配質(zhì)量。發(fā)動機(jī)在冷試過程中,其本身并不供油燃燒,而是使用電動馬達(dá)拖動待測試發(fā)動機(jī)。電動馬達(dá)根據(jù)不同的測試要求自動控制轉(zhuǎn)速,發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中由傳感器收集各種測試數(shù)據(jù)。發(fā)動機(jī)冷試的時間根據(jù)測試規(guī)范而定,一般只有幾分鐘。發(fā)動機(jī)冷試試驗(yàn)臺見圖1。
圖1 冷試臺架樣例
冷試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)及范圍 相比傳統(tǒng)的熱試系統(tǒng),冷試有如下優(yōu)點(diǎn): 1.冷試能較早地發(fā)現(xiàn)缺陷或錯誤裝配的零件而使廢品率減少,從而更好地保證發(fā)動機(jī)質(zhì)量。 2.同傳統(tǒng)熱試數(shù)據(jù)相比,測試節(jié)拍更短,成本、投資更低廉。測試不需要冷卻液和燃油,且沒有廢氣產(chǎn)生。 但是冷試也存在不足: 1.冷試的試驗(yàn)時間較短,使發(fā)動機(jī)穩(wěn)定工作時間太短,易發(fā)生錯誤警告。 2.沒有燃燒過程、無熱量和壓力產(chǎn)生。冷試不能檢測同熱循環(huán)有關(guān)的缺陷。 對于不同的發(fā)動機(jī)測試要求,冷試的測試項(xiàng)目也會有所不同。一般的發(fā)動機(jī)測試項(xiàng)目包括轉(zhuǎn)動扭矩(可以檢測出活塞有缺陷、進(jìn)排氣門泄漏、火花塞缺失、活塞環(huán)缺失等問題)、起動扭矩(可以檢測出發(fā)動機(jī)是否存在卡住而無法轉(zhuǎn)動等現(xiàn)象)、進(jìn)氣壓力(可以檢測出氣門正時、氣門/氣門彈簧/挺柱缺失、進(jìn)氣門泄漏、氣門是否彎曲等問題)、排氣壓力(可以檢測出氣門正時、氣門/氣門彈簧/挺柱缺失、排氣門泄漏、氣門是否彎曲等問題)、機(jī)油壓力(可以檢測出機(jī)油泵缺陷、發(fā)動機(jī)內(nèi)油路堵塞、軸瓦缺失等問題)、點(diǎn)火測試(可以檢測出線圈和連接點(diǎn)是否連接完好、火花塞電極間隙是否存在問題、點(diǎn)火模塊問題)、NVH(噪聲/震動/舒適性)測試(可以檢測出連桿軸瓦缺失或型號錯誤、推桿型號或尺寸錯誤、火花塞松動、缸孔粗糙等問題)等。需要特別注意的是,在冷試開始時,如果機(jī)油壓力不正?;蛘咂饎优ぞ靥撸瑧?yīng)該中止發(fā)動機(jī)測試,否則發(fā)動機(jī)會損壞;而且必須把所出現(xiàn)的問題解決后才能再次進(jìn)行冷試。 發(fā)動機(jī)冷試驗(yàn)有自動測試系統(tǒng)和半自動測試系統(tǒng)兩種。自動測試系統(tǒng)是在發(fā)動機(jī)冷試開始前,設(shè)備自動將各種管路連接到發(fā)動機(jī)上;而半自動測試系統(tǒng)是在發(fā)動機(jī)冷試開始前,由人工將各種管路連接到發(fā)動機(jī)上,然后進(jìn)行測試。根據(jù)不同的測試要求,發(fā)動機(jī)在進(jìn)入冷試工位時的狀態(tài)是不相同的,如是否需要在冷試時安裝連接線束、是否需要安裝進(jìn)氣管、是否需要安裝排氣管等。對于冷試臺,必須定期對各種傳感器進(jìn)行標(biāo)定,以保證冷試臺測試出來的結(jié)果是準(zhǔn)確的。 冷試系統(tǒng)的工作過程 普通冷試系統(tǒng)是這樣工作的:發(fā)動機(jī)在進(jìn)入測試工位前,添加足量的機(jī)油;發(fā)動機(jī)連同托盤到達(dá)冷試工位,讀取托盤上的信息,安裝好各種連接管路;冷試工位的PLC將發(fā)動機(jī)的編號輸入到測試臺架電腦,創(chuàng)建一份針對該發(fā)動機(jī)的測試文件;冷試臺驅(qū)動各封堵頭和夾緊單元把發(fā)動機(jī)封堵和夾緊后,通過一個連接著發(fā)動機(jī)飛輪的裝置連接到一個交流伺服電動馬達(dá)上;測試工位啟動所有的測試傳感器,電動馬達(dá)拖動待測試發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn);在發(fā)動機(jī)不燃燒的狀態(tài)下按照測試要求進(jìn)行各種測量。發(fā)動機(jī)的測試循環(huán)是自動控制的。測試計算機(jī)在整個測試過程中收集數(shù)據(jù),通過專用的算法來處理并和固定的極限比較。測試結(jié)束后,測試工位把一個通過/失敗的結(jié)果傳輸給托盤,各封堵頭和夾緊單元回位并且釋放發(fā)動機(jī)。 在測試過程中,測試工位上的電腦根據(jù)測試規(guī)范自動控制發(fā)動機(jī)在不同的速度和條件下進(jìn)行測試。在測試期間,各個傳感器收集發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的實(shí)時模擬信號,數(shù)據(jù)以波形的形式記錄、分析、存儲和使用。冷試計算機(jī)將收集的數(shù)據(jù)同預(yù)設(shè)的極限值進(jìn)行比較,來判定測試發(fā)動機(jī)是否通過/未通過該冷試工位。測試的波形和結(jié)果在每次測試之后進(jìn)行存儲。技術(shù)人員可以通過網(wǎng)絡(luò)把測試數(shù)據(jù)從單一工位上傳至到服務(wù)器。所有工位的數(shù)據(jù)都上傳至同一服務(wù)器存檔,以備未來調(diào)用。發(fā)動機(jī)所有的測試參數(shù)都合格后才能認(rèn)定為發(fā)動機(jī)通過測試工位。如果測試發(fā)動機(jī)沒有缺陷,任何信號的波形和預(yù)設(shè)的極限值都很類似并都處于合格范圍;如果存在缺陷,觀察到的數(shù)據(jù)將顯示異常,數(shù)據(jù)和波形將發(fā)生改變。有問題的發(fā)動機(jī)在離開發(fā)動機(jī)廠之前必須返修好。發(fā)動機(jī)測試結(jié)果波形見圖2。
圖2 測試結(jié)果波形樣例
在發(fā)動機(jī)制造企業(yè)一般都設(shè)有專門的測試工程師。測試工程師應(yīng)該根據(jù)測試要求和設(shè)備供應(yīng)商一起設(shè)計冷試臺架、安裝和調(diào)試設(shè)備。通常情況下,測試工程師需要把可能出現(xiàn)的問題做一個列表,根據(jù)列表故意制造有缺陷的發(fā)動機(jī),并把它們拿來做冷試。在冷試過程中記錄和分析波形,對波形所對應(yīng)的缺陷類型、數(shù)值、特征進(jìn)行歸類。各個測試參數(shù)的極限值應(yīng)該圍繞這些數(shù)值建立,這樣有利于發(fā)現(xiàn)問題并能更好地設(shè)置各參數(shù)的極限值。需要注意的是,這是一個持續(xù)的過程,各個參數(shù)的極限值需要不斷地修正直到穩(wěn)定。裝配零件的變化或設(shè)備的老化都可能要求重新去考慮和定義測試參數(shù)的極限值;而且如果不合格發(fā)動機(jī)的數(shù)量突然增加,測試工程師就需要去查找問題的根源,及時調(diào)整設(shè)備,保持設(shè)備的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。測試工程師需要對產(chǎn)品和零件的變更及時作出反應(yīng),需要了解變更對波形的影響,并提前采取措施,減少生產(chǎn)中批量發(fā)動機(jī)不合格情況的出現(xiàn)。 另外,環(huán)境變化可能會在各個方面影響測試參數(shù),如發(fā)動機(jī)的機(jī)油溫度變化會影響到測試結(jié)果。雖然現(xiàn)在很多測試軟件內(nèi)置了自我補(bǔ)償程序,但是都有一定的補(bǔ)償范圍,測試工程師需要關(guān)注測試環(huán)境的變化,及時采取措施。 結(jié)語 現(xiàn)在越來越多的發(fā)動機(jī)制造企業(yè)都在向以采用冷試技術(shù)來代替發(fā)動機(jī)熱測試的方向發(fā)展,強(qiáng)調(diào)在發(fā)動機(jī)工廠生產(chǎn)過程中的在線檢測,改進(jìn)裝配技術(shù),控制裝配質(zhì)量,避免不合格產(chǎn)品流出工廠。這也是當(dāng)今世界各國汽車發(fā)動機(jī)生產(chǎn)試驗(yàn)的一種新潮流和發(fā)展趨勢。