發(fā)動(dòng)機(jī)總成冷試技術(shù)
發(fā)動(dòng)機(jī)冷測(cè)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(wèn)題，并且試驗(yàn)成本低廉，無(wú)需采用點(diǎn)火的方式，同時(shí)也減少了對(duì)環(huán)靜的污染。 發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試技術(shù)是汽車測(cè)試技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，也是最復(fù)雜的一個(gè)部分。以前，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)在發(fā)動(dòng)機(jī)總成裝配完成后都要進(jìn)行數(shù)十分鐘的發(fā)動(dòng)機(jī)熱試，用來(lái)檢查發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配質(zhì)量。但是現(xiàn)在很多著名汽車公司（如美國(guó)通用、日本豐田等）生產(chǎn)的轎車汽油發(fā)動(dòng)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(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤的方法。一般在發(fā)動(dòng)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(cuò)誤或零件缺陷。發(fā)動(dòng)機(jī)采用冷試驗(yàn)的目的是在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線最后對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)制造和裝配質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試，能較早地發(fā)現(xiàn)零件缺陷或錯(cuò)誤的裝配，避免有缺陷的產(chǎn)品流轉(zhuǎn)出發(fā)動(dòng)機(jī)工廠，以降低返修成本，改進(jìn)裝配質(zhì)量。發(fā)動(dòng)機(jī)在冷試過(guò)程中，其本身并不供油燃燒，而是使用電動(dòng)馬達(dá)拖動(dòng)待測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)。電動(dòng)馬達(dá)根據(jù)不同的測(cè)試要求自動(dòng)控制轉(zhuǎn)速，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中由傳感器收集各種測(cè)試數(shù)據(jù)。發(fā)動(dòng)機(jī)冷試的時(shí)間根據(jù)測(cè)試規(guī)范而定，一般只有幾分鐘。發(fā)動(dòng)機(jī)冷試試驗(yàn)臺(tái)見(jiàn)圖1。
圖1 冷試臺(tái)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(cuò)誤裝配的零件而使廢品率減少，從而更好地保證發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量。 2．同傳統(tǒng)熱試數(shù)據(jù)相比，測(cè)試節(jié)拍更短，成本、投資更低廉。測(cè)試不需要冷卻液和燃油，且沒(méi)有廢氣產(chǎn)生。 但是冷試也存在不足： 1．冷試的試驗(yàn)時(shí)間較短，使發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作時(shí)間太短，易發(fā)生錯(cuò)誤警告。 2．沒(méi)有燃燒過(guò)程、無(wú)熱量和壓力產(chǎn)生。冷試不能檢測(cè)同熱循環(huán)有關(guān)的缺陷。 對(duì)于不同的發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試要求，冷試的測(cè)試項(xiàng)目也會(huì)有所不同。一般的發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試項(xiàng)目包括轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩（可以檢測(cè)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(wèn)題）、起動(dòng)扭矩（可以檢測(cè)出發(fā)動(dòng)機(jī)是否存在卡住而無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)等現(xiàn)象）、進(jìn)氣壓力（可以檢測(cè)出氣門正時(shí)、氣門/氣門彈簧/挺柱缺失、進(jìn)氣門泄漏、氣門是否彎曲等問(wèn)題）、排氣壓力（可以檢測(cè)出氣門正時(shí)、氣門/氣門彈簧/挺柱缺失、排氣門泄漏、氣門是否彎曲等問(wèn)題）、機(jī)油壓力（可以檢測(cè)出機(jī)油泵缺陷、發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)油路堵塞、軸瓦缺失等問(wèn)題）、點(diǎn)火測(cè)試（可以檢測(cè)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(wèn)題、點(diǎn)火模塊問(wèn)題）、NVH（噪聲/震動(dòng)/舒適性）測(cè)試（可以檢測(cè)出連桿軸瓦缺失或型號(hào)錯(cuò)誤、推桿型號(hào)或尺寸錯(cuò)誤、火花塞松動(dòng)、缸孔粗糙等問(wèn)題）等。需要特別注意的是，在冷試開(kāi)始時(shí)，如果機(jī)油壓力不正?；蛘咂饎?dòng)扭矩太高，應(yīng)該中止發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試，否則發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)損壞；而且必須把所出現(xiàn)的問(wèn)題解決后才能再次進(jìn)行冷試。 發(fā)動(dòng)機(jī)冷試驗(yàn)有自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)和半自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)兩種。自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)是在發(fā)動(dòng)機(jī)冷試開(kāi)始前，設(shè)備自動(dòng)將各種管路連接到發(fā)動(dòng)機(jī)上；而半自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)是在發(fā)動(dòng)機(jī)冷試開(kāi)始前，由人工將各種管路連接到發(fā)動(dòng)機(jī)上，然后進(jìn)行測(cè)試。根據(jù)不同的測(cè)試要求，發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)入冷試工位時(shí)的狀態(tài)是不相同的，如是否需要在冷試時(shí)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(duì)于冷試臺(tái)，必須定期對(duì)各種傳感器進(jìn)行標(biāo)定，以保證冷試臺(tái)測(cè)試出來(lái)的結(jié)果是準(zhǔn)確的。 冷試系統(tǒng)的工作過(guò)程 普通冷試系統(tǒng)是這樣工作的：發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)入測(cè)試工位前，添加足量的機(jī)油；發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)的編號(hào)輸入到測(cè)試臺(tái)架電腦，創(chuàng)建一份針對(duì)該發(fā)動(dòng)機(jī)的測(cè)試文件；冷試臺(tái)驅(qū)動(dòng)各封堵頭和夾緊單元把發(fā)動(dòng)機(jī)封堵和夾緊后，通過(guò)一個(gè)連接著發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪的裝置連接到一個(gè)交流伺服電動(dòng)馬達(dá)上；測(cè)試工位啟動(dòng)所有的測(cè)試傳感器，電動(dòng)馬達(dá)拖動(dòng)待測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；在發(fā)動(dòng)機(jī)不燃燒的狀態(tài)下按照測(cè)試要求進(jìn)行各種測(cè)量。發(fā)動(dòng)機(jī)的測(cè)試循環(huán)是自動(dòng)控制的。測(cè)試計(jì)算機(jī)在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中收集數(shù)據(jù)，通過(guò)專用的算法來(lái)處理并和固定的極限比較。測(cè)試結(jié)束后，測(cè)試工位把一個(gè)通過(guò)/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(dòng)機(jī)。 在測(cè)試過(guò)程中，測(cè)試工位上的電腦根據(jù)測(cè)試規(guī)范自動(dòng)控制發(fā)動(dòng)機(jī)在不同的速度和條件下進(jìn)行測(cè)試。在測(cè)試期間，各個(gè)傳感器收集發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的實(shí)時(shí)模擬信號(hào)，數(shù)據(jù)以波形的形式記錄、分析、存儲(chǔ)和使用。冷試計(jì)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(lái)判定測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)是否通過(guò)/未通過(guò)該冷試工位。測(cè)試的波形和結(jié)果在每次測(cè)試之后進(jìn)行存儲(chǔ)。技術(shù)人員可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)把測(cè)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(lái)調(diào)用。發(fā)動(dòng)機(jī)所有的測(cè)試參數(shù)都合格后才能認(rèn)定為發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)測(cè)試工位。如果測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有缺陷，任何信號(hào)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(wèn)題的發(fā)動(dòng)機(jī)在離開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)廠之前必須返修好。發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試結(jié)果波形見(jiàn)圖2。
圖2 測(cè)試結(jié)果波形樣例
在發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)一般都設(shè)有專門的測(cè)試工程師。測(cè)試工程師應(yīng)該根據(jù)測(cè)試要求和設(shè)備供應(yīng)商一起設(shè)計(jì)冷試臺(tái)架、安裝和調(diào)試設(shè)備。通常情況下，測(cè)試工程師需要把可能出現(xiàn)的問(wèn)題做一個(gè)列表，根據(jù)列表故意制造有缺陷的發(fā)動(dòng)機(jī)，并把它們拿來(lái)做冷試。在冷試過(guò)程中記錄和分析波形，對(duì)波形所對(duì)應(yīng)的缺陷類型、數(shù)值、特征進(jìn)行歸類。各個(gè)測(cè)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(wèn)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(gè)持續(xù)的過(guò)程，各個(gè)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(cè)試參數(shù)的極限值；而且如果不合格發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)量突然增加，測(cè)試工程師就需要去查找問(wèn)題的根源，及時(shí)調(diào)整設(shè)備，保持設(shè)備的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。測(cè)試工程師需要對(duì)產(chǎn)品和零件的變更及時(shí)作出反應(yīng)，需要了解變更對(duì)波形的影響，并提前采取措施，減少生產(chǎn)中批量發(fā)動(dòng)機(jī)不合格情況的出現(xiàn)。 另外，環(huán)境變化可能會(huì)在各個(gè)方面影響測(cè)試參數(shù)，如發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油溫度變化會(huì)影響到測(cè)試結(jié)果。雖然現(xiàn)在很多測(cè)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(cè)試工程師需要關(guān)注測(cè)試環(huán)境的變化，及時(shí)采取措施。 結(jié)語(yǔ) 現(xiàn)在越來(lái)越多的發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)都在向以采用冷試技術(shù)來(lái)代替發(fā)動(dòng)機(jī)熱測(cè)試的方向發(fā)展，強(qiáng)調(diào)在發(fā)動(dòng)機(jī)工廠生產(chǎn)過(guò)程中的在線檢測(cè)，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(guó)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)。
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