发动机冷试研究分析.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流发动机冷试研究分析.精品文档.技师毕业论文（设计）发动机冷试研究分析单 位：上汽通用五菱汽车股份有限公司姓 名： 韦兴营 （67002841） 申报工种： 发动机装配工 申报等级： 技师 日 期： 2013年10月 摘 要发动机冷试技术作为一种新型发动机在线检测方式，由于其测试时间短，使用成本低，排放污染物少，环保等特点，迅速被各大汽车厂商引入发动机的装配生产中。本文介绍一种新的冷试系统。它通过冷试机驱动发动机曲轴旋转，以4种不同的转速运转。通过布置的各种功能的传感器，检测出发动机功能参数，分析参数找出发动机存在的故障。 经过7年的工作，对冷测试的工作原理，如何通过冷测试发现发动机制造工艺过程中的缺陷有较多的了解。本文主要对冷测试过程中的进气压力测试、排气压力测试、机油压力测试、点火测试、扭矩测试等的相关分析，阐述发动机中的一些常见问题及故障，并给相关的解决措施。关键词： 趋势冷试 冷试系统 进气压力 排气压力 机油压力 目 录引言第一章 硬件构造1第二章 数据的测试和传输系统2第三章 试验顺序41、阶段A42、阶段B43、阶段C54、阶段D5第四章 常见波形分析61、进气压力波形62、排气压力波形73、机油压力波形84、点火波形125、扭矩波形13第五章 发动机冷试的先进性及优缺点分析14结语15致谢16参考文献17引 言发动机的整机质量一直是各汽车厂和发动机生产厂家十分关注的问题。传统的测试方法是热测试，相对于热测试成本高、测试周期长，冷测试能高速收集数据，测试节拍更短，成本、投资更低廉，测试不需要冷却液、燃油，且没有废气产生。因此，冷测试越来越受各厂家青睐。本人在五菱发动机分厂的发动机冷试测试站工作。经过多年的工作实践积累了一些经验，对冷试的工作原理，如何通过冷测试来发现发动机制造工艺过程中的缺陷，对一些常见问题的分析，及相关的解决措施等有相应的了解。本文将简述冷测试的硬件系统和软件系统，介绍冷测试的4个顺序，具体分析几种常见的冷试波形；对测试过程中的进气压力测试、排气压力测试、机油压力测试、点火测试、扭矩测试等的进行相关分析，了解部分发动机的故障并给出调整措施。第一章 硬件构造冷测试的硬件包括：测试台架、电控柜、测试计算机和操作工计算机。其中冷试台架除了夹紧发动机的各种夹具外，主要的测试元件是各种传感器。包括：（1）排气探头总成。排气探头总成探头的头部为每一个发动机排气口提供一个密封。每个排气口都有一个气动球阀安装在密封头上，控制测试时排出发动机的气流（排气气动球阀在排气测试时是关闭的，以便在发动机内建立压力）。从每个排气口排出的废气都有一个压力传感器监测，并把信号传送到测试计算机进行分析。（2）机油压力探头总成。探头接到测试台机油回路上以便由两个压力传感器测量发动机机油压力，一个用于低速时测量；另一个用于高速时测量。环路中的测量装置给测试计算机发送信号进行分析。（3）曲轴传感器探头总成。曲轴传感器通过一个模拟输入模块连接到测试计算机，这个信号用于触发测试和正时。电控柜和测试计算机的具体构造在本文无意提起。第二章 数据的测试和传输系统冷试系统由下面的流程图2-1所示的部分组成的。测量电脑收集数据，PLC界面控制测试开始。电子输入输出板用于获取数据。系统的一个必要功能是多种信号放大器，点火电源的电压动力部分以及用于解码多个触发信号的转接器。Indramat驱动系统控制主轴电机。主轴电机的速度和相位角都由编码器监控。为了保证测量可以在不考虑旋转速度的基础上进行，驱动编码器输出信号由转接器板处理，传送至A/D板。时钟信号脉冲4096脉冲/转自转接板输出。编码器为驱动提供数据。驱动也从模拟输出接受定点数据，通过PLC运行信号。图上还包括了VSI，即二级通讯设备，通PCM实现通讯。图2-1固定台架上的发动机，读取EUN编号。一台电机同发动机曲轴建立连接，油压、扭矩、排气压力、编码器、进气压力、点火传感器等连接发动机。驱动带动发动机开始运行，预设的程序是测试按照各种速度和阶段进行。传感器开始采集多种信号，并输入至信号调整模块。数据输入数据采集卡。曲轴传感器信号为生成的短脉冲序列。该信号在转接器板进行解码，产生一个360度周期参考信号。在测试的起始阶段，曲轴信号同凸轮轴信号合并，获得720度周期参考信号（上止点气缸1）或称REF或触发点。该信号可以根据发动机位置，触发测量。数值收集在两次旋转中完成。每一个波形收集4096个数据点。当测试和数据收集结束之后，结果会以反映在可分析的图表上。在信号周围设立对比，以评价测量曲线。因此，数据以模拟信号的形式在电子示波器上记录和显示。工位上显示的数据同时也在网络上的电脑服务器中存储。数据可以在任何时候调取。第三章 试验顺序在测试开始之前，对各种传感器进行标定，保证结果的准确性。按照测试流程的要求，测试分为四个阶段。每个阶段中，收集部分数据点对发动机运行情况进行分析。发动机必须通过所有测试才能认定合格。每个测试阶段在功能上是独立的，测试发动机的不同属性。下面就对一个典型的测试过程进行解释。 1、阶段A （1）启动扭矩测试台架缓慢加速到阶段A速度，一般为500RPM。数据在几秒内获取、分析、更新。 同时，对大于额定旋转扭矩的扭矩进行监控。如果任何此类参数不满足测试设定的限值，测试应当中止，以保护发动机的安全（防止损坏发动机）。 （2）凸轮轴/曲轴传感器测试可以检测凸轮轴和曲轴信号是否存在，如果信号看起来良好，测试可以继续。 （3）完成机油传感器测试，保证发动机完好并继续测试。如果油压无法达到阈值要求，中止测试。 2、阶段B （1）在本阶段，RPM值升高，稳定气门机构。测试阶段随发动机产品类型有所变动。典型 测试速度为2000RPM。 （2）机油压力测试在高转速条件下完成。 （3）点火测试在低压状态下完成（比火花塞电极间隙所需电压略低）。点火系统由发动机管理系统（PCM/ECU）触发。测试在每个气缸内进行，每个线圈配有一个Airpax传感器（感应读取数据）。发动机数据按照不同的测试气缸分解到各个图表中。评估峰值电压、打火时间、峰比率和波宽比。测试需要进行多次，将各个气缸取得的结果进行比对。可以找到无法打火、电极间隙过宽过窄或者点火模块问题。 （4）NVH测试1在高转速下完成。编码器数据分别从左右缸体加速计以及缸盖加速计获得。麦克风数据也得到记录。在测试的每个循环对每个气缸的最大泄漏，RMS进行评估。 3、阶段C （1）在此阶段，RPM转速下降，点火测试开始。测试象前面一样完成，只是使用正常电压。同之前一样，峰值电压值、点火时间和点火率/波宽率在多个循环中进行分析。 （2）进行进气测试，检测是否间隙调节器是否松动、气门是否弯曲等。获取、评估最大进气、排气以及开启位置。 （3）进行触发器测试取得曲轴模拟和数字传感器信号。检查信号波形的上升和下降段，前后边角差。 4、阶段D （1）在本阶段，速度降低，排气测试完成，所有气缸数据在（曲轴旋转）720度期间收集。评估、分析进气门、最大最小进气、开启闭合斜度和泄漏。 （2）在所有气缸进行扭矩测试，监控发动机压缩行程。在此取得、评价扭矩峰值、范围、最大最小扭矩、平均扭矩。活塞环缺失、有缺陷的进气歧管等问题在此发现。 （3）有时，油压测试2和NVH测试2在此低速情况下进行。NVH测试中，麦克风和加速计最大最小值在超过720度处平均。第四章 常见波形分析数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。我们所用的冷测试仪是目前较先进的数控测试仪，其主要研究热点有以下几个方面： 1、进气压力波形 进气压力测试图 A点B点C点D点E点F点G点H点I点1缸测试阶段3缸测试阶段4缸测试阶段2缸测试阶段图4-1进气测试的主要目的是检测发动机的吸气能力是否达到要求。在我们的测试设备上是装配好了进气气管的，四个缸共用一个测试传感器。上图中的波形分别代表进气顺序1-3-4-2的测试顺序，波形是从第一缸压缩上止点前335度处开始（即第一缸排气上止点后，进气行程开始后25度），波形长度为发动机转动两圈720度。图中A-D间是第一缸进气波形，A点是第一缸压缩上止点前335度，C点是三缸进气门打开位置，由于进气门打开时排气门还未关闭，而且排气门直接通向大气，而进气门与外界隔离传感器所处位置为负压，因此当三缸进气门打开时所测压力会上升，E点为三缸排气门关闭位置，当排气门关闭后进气传感器处与外界大气隔离，压力停止上升而三缸处于进气行程因此进气压力开始下降。C-D间的宽度为进排气门同时打开的重合角度。同理：F为四缸进气门打开位置，G为四缸排气门关闭位置。H为二缸进气门打开位置，I为二缸排气门关闭位置。J为一缸进气门打开位置，B为一缸排气门关闭位置。从上图我们可以通过查看波形图的波峰和波谷来进行分析，以1缸为例进行如果C点测试出来出现偏高说明是吸气能力不足，主要表现为进气歧管有泄漏在吸气过程中无法建立良好的真空，原因主要有进气歧管质量问题有孔或者装配过程中垫片脱落，冷试工装漏装等问题，气门间隙调整不正确也可以从B点C点开启角度看出。在实际运用过程中我们通过结合进、排气压力测试来进行正时系统装配缺陷、气缸内活塞环气环的密封性、火花塞安装不合格造成气缸漏气、进排气阀间隙是否正常和进排气阀门打开时间是否正确等的判断。 2、排气压力波形 排气压力测试图 C点A点E点D点B点图4-2排气测试主要是为了检测进排气阀门的密封性。在我们的冷试设备是以每个缸单独进行测试的，上图为排气波形为发动机各缸排气分别密封测试所得波形，该波形起点位置为发动机各缸压缩上止点（这里波形是一缸排气波形数据，所以起点为第一缸压缩上止点），波形长度为发动机转动两圈720度。刚好完成一个周期便于我们计算和分析。下面是以第一缸的测试作为分析。从上图中可知A点是第一缸压缩上止点，B点为第一缸排气阀门打开位置，C点为第一缸进气阀门打开位置，如果气门间隙调整不正确偏大或者偏小了，那么我们的最高压力是有变化的。D点为第一缸排气阀门关闭位置，如果D点出现偏前或者偏后的现象，就说明我们的气门间隙调整不正确，偏大或者偏小了，E点为第一缸排气波形结束位置（第一缸压缩上止点）。如果进气阀门密封不好主要是气门表面有杂质所引起的，如铝屑、铁屑、其他杂质等、活塞气环漏气或者火花塞安装不好，造成气缸漏气将导致B-D间波形不正常，即C点处压力值过小。如果排气阀门密封不好，将导致A-B和D-E间波形不正常。现在我们实际测试中出现的多为气门表面有杂质所引起的如铝屑、铁屑、其他杂质等，视密封情况这两端波形将会出现不同程度的压力升高。如果在测试过程中出现整个图形与上面图形相差很远的情况，则说明是我们的正时系统安装错误所引起的。通过上面的分析我们可以看出排气压力的测试，是可以检测出装配过程中的进排气阀门的密封性、气缸内活塞环气环的密封性、火花塞安装不合格造成气缸漏气、正时系统安装正确的等缺陷问题的。 3、机油压力波形 低速油压测试图图4-3 高速油压测试图 图4-4 低速机油压力测试主要是为了检测发动机低速情况下机油压力是否能够建立，同时通过频率分析检测曲轴上的油孔是否跟曲轴轴瓦上的油槽在发动机运转过程中可以完全重合，保证曲轴的润滑。图4-3波形起点位置为发动机第一缸压缩上止点，波形长度为发动机转动两圈720度。图中所指波形为发动机实际机油压力。高速油压主要告诉我们在发动机处于最高转速2000RPM时发动机内部的机油压力情况。油压过高或过低都对发动机油很大的影响，图4-4波形起点位置为发动机第一缸压缩上止点，波形长度为发动机转动两圈720度。图4-4所指的波形为机油的实际压力，在实际测试中如果波形更趋于一条直线那么说明我们的油压也就越稳定。在油压测试出现测试不合格的很多，现对测试过程中遇到的问题和发动机实际运行过程中遇到的一些问题进行相应分析。发动机在工作过程中，如果机油的压力低于0.2Mpa（200Kpa）或随发动机转速变化而忽高忽低，甚至突然降至零位，此时应立即停机查找原因，待排除故障后方可继续工作，否则会酿成烧瓦、拉缸等大事故。所以，在发动机使用过程中，必须对机油的压力给予高度重视，在我们的冷试过程中主要是通过设备与发动机油道接口的专用传感器来实施测量和监控的。针对发动机高速和低速状态进行测量，标准中规定发动机低速时机油压力为（4 Kpa 200Kpa），发动机高速时的机油压力为（150 Kpa450 Kpa），目前在冷试过程中就经常出现机油压力在200 Kpa以下的。现将机油压力故障的主要原因介绍如下： 3.1、机油油量不足导致压力偏低若机油油量不足，会使机油泵的泵油量减少或因进空气而泵上不了油，致使机油压力下降，曲轴与轴承、缸套与活塞都会因润滑不良而加剧磨损。造成在冷试台架上发动机的固定位置与实际车上的位置不一致。集滤器吸油点位置改变，我们在加完机油后5分钟左右就开始冷试，有可能因为机油没有完全回到油底壳中，加上油道中的空气造成了机油压力偏低的现象，在等待一段时间再进行测试机油压力就可能趋于正常了。 3.2、发动机温度过高若发动机冷却系统水垢严重，工作不良或发动机长时间超负荷工作，或喷油泵供油的时间过迟的原因，都会引起机体过热，这样不但加速机油的老化、变质，也容易使机油稀释，从配合间隙中大量流失而导致油压下降。应清除冷却系统管路中的水垢，调整供油时间，让发动机在额定负荷下工作。这个现象只有在装上整车后才能出现，在冷试过程中可以不考虑。冷试时机油的温度也会影响到机油压力测试时压力偏小的现象。 3.3、机油泵停转导致压力偏低若机油泵的驱动齿轮与驱动轴的固定销剪断或配合键脱落，以及机油泵吸入异物而将泵油齿轮卡死等，都会使机油泵停止运转，机油压力也随之降为零。在我们装上整车测试时，这样的问题出现了2次。在冷试过程中目前还没有发现，在测试时要注意这个问题的发生。 3.4、机油泵出油量不够导致压力偏低当机油泵泵轴与衬套之间的间隙、齿轮端面与泵盖的间隙、齿侧间隙或径向间隙超过允许值时，都会导致泵油量减少，造成润滑压力下降的后果。我们冷试的时候还出现过因为限压阀的问题造成压力低的故障。更换新的机油泵后故障消失，将有故障的机油泵重新装配到另一台时故障也有可能消失，目前问题根本原因无法确定，我们需要别的部门能给予我们支持，共同将问题解决掉。 3.5、曲轴与轴承配合间隙过大导致压力偏低当发动机长期使用后，曲轴与连杆轴承的配合间隙逐渐增大，因而形不成油楔，机油压力也随着下降。据测定，该间隙每增加0.01mm时，油压就下降0.01Mpa。在冷试过程中如果因为漏装主轴承或者漏装连杆轴承，都可导致机油压力低的现象。目前我们冷试时由于设定的范围很大，不能及时的发现到热试甚至装上整车后才能发现，出现严重的质量问题。需要其他部门能给予支持。 3.6、回油阀损坏或失灵导致压力偏低为保持主油道有正常油压，此处设有回油阀。若回油阀弹簧疲劳软化或调整不当，阀座与钢珠的配合面磨损或被脏物卡住而关闭不严时，回油量便明显地增加，主油道的油压也随之下降。应检修回油阀，将其启压力调整在0.28-0.32 Mpa之间。在冷试过程中我们也发现了回油阀弹簧卡滞的现象，而造成机油压力偏低。 3.7、集滤器堵塞致使忽高忽低一般来说，机油压力的示值在大油门时应比在小油门时的高，但有时会出现反常情况。若油液有过脏、过粘，就容易堵塞集滤器，当发动机小油门低速运转时，由于机油泵吸油量不大，主油道尚能建立起一定的压力，因而油压正常；但当加大油门高速运转时，机油泵的吸油量会因吸盘阻力过大而明显地减少，于是因主油道供油不足机油压力的示值反而下降。在冷试过程中这种情况还是不多见的。由于发动机的位置与整车上的差别，我们在冷试时也经常遇到这种现象。在整车上经常出现的，应该引起注意。 3.8、机油压力偏高 在我们冷试时目前经常出现机油压力偏高，经过拆机检查没有找到根本原因。经过重新装配后故障消失，我们曾经在冷试时由于油道没有完全加工相通，在测试的时候就出现了机油压力偏高的现象，在整车上很少有这种现象。出现偏高的与各种配合间隙有较大的关系。 3.9、机油压力测试中断在冷试时也遇到机油压力测试中断现象，表现在油道没有加工完成堵塞，和机油滤清器支座孔没有加工通等原因，或是机油压力传感器的问题。 3.10、机油温度对油压的影响油温对于测试过程中的油压是有影响的。因为温度的升高会导致机油粘度的下降，这样机油泵就不能建立起完整的油压，为了减少油温造成测试的影响，在我们的测试设备中增加了测试软件用于编制相对应的计算方法，可以进行温度的补偿。 4、点火波形充电过程开始放电点火放电结束线圈余电释放高压点火测试图4-5点火测试主要是检测发动机点火系统工作是否正常。上图主要选取了一个缸的点火过程作为分析，点火线圈好比一个变压器，有初级线圈和次级线圈（较之初级线圈，次级的线圈更多）。当点火开关闭合时，电流从电池处流过，电子点火正时信号产生，开启点火线圈初级模块并持续一段时间（称：加压）。电子点火正时信号在预期的点火时间衰减，关闭线圈。线圈关闭后，磁场消失，初级线圈积蓄的能量转移到次级线圈。次级能量对点火线圈和次级线圈充电，能量可达数万伏。次级线圈将能量从点火线圈转移到火花塞开始阶段为充电过程。第二阶段为点火阶段从波形可以看出点火能量的大小也就是我们测试恒量的参数，在这个阶段火花塞间隙很重要，如果火花塞间隙过大，就必须要求很高的击穿电压才能点火。从上图可以知道影响点火性能的包括点火线圈、火花塞间隙、高压线连接等因素。 5、扭矩波形一般进行监控的扭矩波形有两种。第一种为起动扭矩，即运转发动机所需要的起始扭矩。这可以在启动阶段显示出发动机是否存在高摩擦性物体或者卡住（无法转动）现象。在自动测试开始时，电脑监控来自扭矩传感器的数据。如果此测试不通过，就应该中止试验。图4-6转动扭矩通过整合于驱动轴的扭矩传感器来测量，将数据输入采集板。下面的扭矩波形显示出6缸发动机特定气缸压缩在各个阶段的作用。正值扭矩代表当进排气歧管关闭时，推动发动机运转的必要能量。负值扭矩代表按照点火顺序，单个气缸内压缩空气反弹产生的力。点火顺序为1，2，3，4，5，6。转动扭矩波形可以用于检测活塞环、火花塞是否缺失，以及是否有气门泄露情况。图4-7第五章 发动机冷试的先进性及优缺点分析 5.1 发动机冷试的先进性冷试是一种对发动机装配质量进行综合检测的技术，它由外界动力拖动飞轮进行旋转。在发动机不点火的情况下，通过冷试试验设备上安装的各种传感器采集相关信号，经计算机处理后，同标准模板进行数据对比和分析，进而对发动机装配质量进行判定。冷试试验设备通常安装在发动机装配线尾部，当发动机完成试验前必要的装配后，托盘载着发动机到达测试工位，试验设备自动与发动机对接并开始试验。冷试试验能提前发现发动机装配过程中的问题和缺陷，把缺陷控制在生产线内，从而达到提升发动机装配质量的目的。 5.2 发动机冷试的优缺点 5.2.1发动机冷试的优点1）由于测试过程中无需消耗燃油等因素,其使用成本远低于热试检测,不存在发动机的废气排放对环境造成的污染；2）通过发动机在不同转速时传感器所采集的数据 ,来相对地分析加工、装配中可能存在的问题，及通过高精度的仪器和大量传感器来捕捉发动机的工况 ,发动机冷试具有高度的独立性、精确度和完善性；3）冷试的单机成本比热试单机要高 。但由于冷测试时间短、原料消耗少 ,故使用成本远远低于热试；4）冷试一般不需要有相应的辅助物流系统与之配合。辅助设施少;冷试中发动机转速较低 ,一般最高在20003000r/min,同时温度也低 ,故其安全性高于热试设备。 5.2.2发动机冷试的缺点1）冷试要求发动机零部件的加工质量、装配质量必须达到一定的精度要求,对整机厂和零部件企业的相关加工、装配和生产管理提出了更高的要求，这有利于发动机行业整体水平的提升；2）要求事先对该平台的发动机的相关参数通过大量的试验建立数据库。某些资料介绍至少要10000台次发动机的测试参数作为基础数据 ,这就需要进行大量和细致的工作；3）由于冷试过程中无燃烧、加热等 ,不能检测热力循环中相关的缺陷。一般采取抽取一定比例的样品进行空载热试 ,加以弥补 ,从而保证出厂发动机的合格要求,抽取的比例在国外的数量一般不超过10%。结 语本文所述的新型冷试系统是区别于传统热试的发动机在线检测系统，也区别于国内单一转速的冷试系统（国内冷试大多以不超过1500r/m的速度测试，且大多只测进气和排气气压）。此系统能通过启动扭矩自检、机油压力检测、曲轴传感器自检项确保测试的安全进行。通过上述的波形分析能够检测进、排气泄露；气门和挺柱功能是否正常；火花塞是否漏装以及功能是否正常等检测项。此系统能够满足发动机在线检测的要求，为发动机装配质量提供有力保障。冷试作为目前发动机厂家用来发现装配工艺过程中的缺陷，体现出了众多优越性，作为一名负责冷试的员工由于接触时间不是很长，在很多地方都是只知道一些皮毛。在进行这次毕业论文的写作时，我上网查阅了很多发动机及冷试测试先进性的相关资料，提升了自己的学习能力和工作能力，也对我在实际生产中进行调查研究的能力、观察问题、分析问题能力的培养起到至关重要的作用。进一步了解了冷试在发动机装配过程中的重要性。在今后的工作中还要继续努力去学习、积累经验。也请各位专家评委批评指正。致 谢上汽通用五菱汽车股份有限公司里的师傅们在汽车发动机方面具有丰富的实践经验，对我的毕业设计给予了很多的指导和帮助，使我们能够将理论中的结果与实际相结合。他们对待问题的严谨作风也给我留下了深刻的印象，在此表示深深的谢意。另外，我要特别感谢我的指导老师韦燕菊老师。本次毕业设计一直是在韦老师的悉心指导下进行的。韦老师治学态度严谨，学识渊博，为人和蔼可亲。在整个毕业设计过程中，韦老师不断对我的论文数据和图纸进行总结，并提出新的问题，使得我的毕业设计课题能够深入地进行下去，也使我接触到了许多理论和实际上的新问题，使我做了许多有益的思考，在此表示诚挚的感谢和由衷的敬意。此外，我还要感谢在整个设计过程中给予我帮助和配合的同事，感谢他们给我提出了宝贵的建议。总之，本次设计能够顺利完成，离不开各位老师和同事的悉心指导和帮助，在此，我再次向他们表示诚挚的感谢和由衷的敬意参考文献1 陈家瑞.汽车构造（上册）.北京:人民交通出版社，2006.2 张云龙.汽车故障诊断先进技术.北京:机械工业出版社，2000.3 汤定国.汽车发动机构造与维修.北京:人民交通出版社,2003.4 徐兆坤.汽车发动机原理.北京:清华大学出版社,2002.5 王启义.机械制造装备设计.北京:冶金工业出版社,2002. 6高秀华，郭建华.内燃机.北京.化学工业出版社，2006.7周龙保.内燃机学.北京.第二版.机械工业出版社，2006.