汽油发动机冷试油压测试关联研究分析

作者:上汽通用五菱汽车股份有限公司 赖明聪 文章来源:AI《汽车制造业》 发布时间:2021-06-17
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发动机冷试测试中机油压力测试作为一种油压检测项目,可监控发动机各种转速下机油压力数据,以判断发动机是否存在质量问题。本文介绍冷试测试油压检测原理及影响油压测试的各种原因。

发动机冷试是在冷状态下由外部电机驱动发动机进行各项测试,由于在成本、环保和安全等方面的优势,冷试已取代热试成为主流的发动机装配下线质量检测控制手段。发动机机油压力不合格,机油无法充分润滑内部零部件会导致发动机在运行中产生各种质量问题。发动机冷试测试中机油压力测试作为一种油压检测项目,可监控发动机各种转速下机油压力数值,以判断发动机是否存在质量问题。因此,如何在冷试中准确检测机油压力,使测试后的发动机能放心投向市场成为我们需要重点关注的问题。


冷试机油压力检测原理

发动机冷试油压测试是将发动机油道内的机油引入外接油道内,通过外接油道内的压力传感器和温度传感器检测机油实时压力和温度,再用专用的数据采集板卡、调理模块及滤波器,将计算信号在坐标系中显示出来,以此来抓取发动机油道相关零部件问题及装配缺陷。

某发动机工厂冷试台架部分机油压力测试机构(图l),包括运动气缸、电磁阀(控制油路开闭)、油温传感器(检测油温)、油压传感器(检测油压)、机油对接母头(冷试台架端)等部分。机油压力测试需要在冷试工位前预装一个快速对接公头至发动机的主油道上,测试时机油对接母头和公头自动对接。一般对接公头位置需尽量远离机油泵出口,保证在低速机油压力测试时,可以准确地获取发动机各运动部件对机油压力所形成的波动,便于发动机缺陷检测。发动机进入冷试台架后,通过运动气缸推动整个机油测试部分伸出实现内部油路和外部油路对接,电磁阀控制油路开关,发动机内部油压引入外部油路进行压力和温度检测。整个冷试测试全部结束后,电磁阀后端管路会切换为高压空气管路,将测试管路中机油吹回发动机主油道,避免后续拆除机油对接公头后导致内部机油流出。

冷试机油压力测试项目

油压测试一般分为启动安全油压测试、高速油压测试、低速油压测试和连续油压监控。

启动安全油压测试一般设定在冷试测试的初始阶段,通过机油压力传感器检测到的油压数据判断发动机内是否已经建立机油压力,启动安全油压测试的目的是为了避免发动机在初始测试阶段无润滑状态下运转导致损伤发动机。

高速油压测试时,发动机的转速一般设定在1 500 ~ 3 000 r/min 之间,较高的转速下使发动机运转部件充分润滑、磨合,保证后续低速测试的稳定性。在这个过程中建立足够高的机油压力,使机油泵调压阀工作,通过机油压力传感器检测到的油压数据判断发动机润滑系统是否存在缺陷。高速油压测试能够探测的发动机缺陷主要包含:机油加注量不足、机油泵泄压阀常开或常闭、机油泵与缸体连接的O 型圈缺失、主轴瓦漏装或倒角过大等。

低速油压测试时发动机转速一般设定在150 ~ 300 r/min之间,在低转速进行油压测试时,不同的油压温度,会对于油压有较大的影响(油温越高油压越低),所以测试结果对于油压也会有很大的波动。为了消除这个波动,需要对油压进行补偿,让其补偿到同一温度下。利用补偿后的油压值来判断发动机油路是否存在缺陷,这样能提高测试结果的可靠性。低速油压测试能够探测的发动机缺陷主要包含:曲轴主轴颈直径偏小、主轴瓦偏薄、正时张紧器阀芯漏装、凸轮轴钢珠漏装等。

连续油压监控测试,在整个冷试测试过程中连续安全监控贯穿整个测试过程,连续安全监控也包含机油压力监控,主要是为了确保在发动机整个测试循环过程中,实时监控机油压力,确保机油压力处于合理范围,保证各个相对运动件有足够的润滑,同时识别发动机缺陷和避免损坏发动机。


常见冷试机油压力测试不合格问题及解决方法

1. 问题描述

某日,发动机装配车间在生产的时候反馈两个冷试台架同时出现批量高速油压偏低故障(图2),测试结果比要求标准偏低5~10 kPa。针对该问题, 团队从人、机、料、法及环等方面进行了问题分析及验证。在分析验证时,检查发现冷试高速油压测试不合格的发动机主轴瓦零部件倒角较大,故将故障发动机主轴瓦零部件送实验室测量倒角,结果显示主轴瓦倒角超差( 图3), 实测倒角:0.417 4 ~0.590 5 mm, 标准要求:主轴瓦倒角≤ 0.4 mm。通过更换主轴瓦零部件验证,最终团队锁定产生冷试高速油压测试不合格的原因为:发动机主轴瓦零部件唇口倒角过大。

2. 原因分析及解决措施

发动机主轴瓦是安装在缸体的主轴承盖上(图4),主轴瓦相当于曲轴主轴颈上的滑动轴承,主轴瓦上有进油孔和油槽,进油孔和油槽可以把机油从缸体的油道导入到曲轴主轴颈和轴承所构成的运动副表面,其作用是减小轴颈的摩擦阻力及减小轴颈的磨损。由以上分析可知,流入主轴瓦中机油的多少会直接影响到缸体主油道的机油压力。此次问题主轴瓦倒角过大,大量发动机机油从倒角形成的V 槽处泄漏,导致缸体主油道内的机油压力减小,最终导致发动机油压测试不合格。

拆解一台高速油压测试不合格且测量主轴瓦倒角超差的发动机,将其超差的主轴瓦更换为倒角合格的主轴瓦,之后重装发动机其余零部件,进行冷试高速油压测试合格,高速油压测试结果提升明显,数据对比如表1 所示。隔离故障的主轴瓦零部件后,冷试台架高速油压测试不合格问题不再发生。

(1)问题描述

某日,发动机装配车间反馈一台发动机在两个冷试台架均测试不合格,团队查看测试信息发现该发动机在两次冷试测试中均是多项低速油压测试项不合格( 图5), 测试结果比要求标准偏低40~60 kPa,团队根据测试结果判定该发动机存在油路相关的缺陷,便安排车间拆解发动机检查油路相关零部件是否存在质量问题。当拆解凸轮轴罩盖后,发现排气侧凸轮轴信号齿端中心孔有机油流出,这点异常引起团队的注意,因为正常的凸轮轴信号齿端中心孔中有钢珠堵住,机油无法从中心孔流出。进一步将排气侧凸轮轴拆除检查,果然发现排气凸轮轴漏压装钢珠。因此,团队锁定产生冷试低速油压测试不合格的原因为:排气凸轮轴漏压装钢珠(图6)。

(2)原因分析及解决措施

在发动机的润滑系统中,主油道中部分机油经过分油路流向凸轮轴、正时链条及轴瓦等零部件,再通过油路返回油底壳。机油进入凸轮轴后,再从凸轮轴内部油路流到凸轮轴承盖,起到润滑凸轮轴轴颈的作用(图7)。凸轮轴油孔不包括凸轮轴两轴端中心孔,凸轮轴两轴端中心孔是凸轮轴加工时的工艺孔,凸轮轴零部件下线前需用钢珠和油堵将凸轮轴两轴端中心孔堵住,避免机油从该处流出。当凸轮轴信号齿端中心孔漏压装钢珠时,大量发图5 低速油压故障动机机油从凸轮轴中心孔流出,又由于此处离机油压力传感器较远,所有在冷试测试靠前的高速油压测试项目无法检测到该缺陷,低速油压处于冷试测试项目靠后的阶段,此时机油压力的变化能准确地被机油压力传感器捕捉。

更换该故障发动机的排气凸轮轴,重装发动机其余零部件后,冷试低速油压测试合格,低速油压测试结果提升明显,数据对比见表2。

结束语

本文结合实际生产过程中油压测试不合格问题,简单介绍了冷试油压测试的基本原理及解决方法。冷试作为大多数发动机产品下线前的一道关键检测工序,需测试工程师进行周期性的相关发动机缺陷验证,不断优化和完善测试工艺参数,提高冷试探测发动机缺陷的能力。对于油压测试,需根据相应问题和故障有针对性地进行原理分析,查找根本原因,以保证流出发动机生产线的产品零缺陷。


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