謝相勇

摘 要：本文針對意大利AVL冷試設(shè)備對氣門間隙缺陷的探測能力較弱，通過氣門間隙缺陷mapping驗(yàn)證，對比缺陷發(fā)動機(jī)壓力曲線和正常壓力曲線的差異，并基于Ambra軟件涉及的算法，新增部分測試參數(shù)，以提高冷試探測氣門間隙缺陷的能力。

關(guān)鍵詞：冷試 進(jìn)氣測試 排氣測試 軟件優(yōu)化

Intake Test and Exhaust Test Improvement in Cold Test

Xie Xiangyong

Abstract：For Italy AVL cold test equipment， the ability to detect defect that the valve clearance of engine is small or big is low.The author knew the curves difference between the normal engine and the defective engine through the mapping ， added some new parameters and limits based on the algorithm of Ambra software ， to improve the cold test detection ability of the defects about the engine valve clearance.

Key words：Cold Test; Intake test;Exhaust test; Software optimization

1 進(jìn)氣、排氣壓力測試原理

冷試系統(tǒng)在進(jìn)氣口和排氣口處各缸分別安裝壓力傳感器（圖1：某4缸發(fā)動機(jī)單缸排氣封堵），用以檢測發(fā)動機(jī)在一個(gè)完整工作循環(huán)內(nèi)的進(jìn)氣和排氣壓力變化，輔以相位檢測得到壓力對應(yīng)的發(fā)動機(jī)曲軸轉(zhuǎn)角，電腦擬合成一條以相位為橫坐標(biāo)、壓力為縱坐標(biāo)的壓力曲線，如圖2所示。在曲線中選取n個(gè)特征點(diǎn)并根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)等知識設(shè)定各點(diǎn)上下極限，比較實(shí)際測試參數(shù)數(shù)值與極限的關(guān)系，從而自動識別發(fā)動機(jī)氣門間隙小或大、氣環(huán)密封不嚴(yán)、氣門關(guān)閉不嚴(yán)、正時(shí)系統(tǒng)錯(cuò)誤等缺陷。

如圖3是一條典型的排氣壓力曲線。排氣壓力曲線故障診斷原理：如果進(jìn)氣門密封不嚴(yán)、活塞環(huán)漏氣或者火花塞安裝缺陷造成的氣缸漏氣，會導(dǎo)致A-D間（排氣沖程）波形不正常，C點(diǎn)處壓力值會過小；E-A段是壓縮沖程和做功沖程，此時(shí)排氣門關(guān)閉，若波形出現(xiàn)升降的情況，可能會是排氣門處泄漏；如果進(jìn)排、氣門挺柱的工作狀況不正常或者進(jìn)排氣門打開時(shí)間不正確，會使B、C、D點(diǎn)位置和C點(diǎn)處壓力值發(fā)生變化。

2 現(xiàn)狀

對于機(jī)械式氣門挺柱，在高效率短節(jié)拍的生產(chǎn)情況下，若出現(xiàn)氣門間隙測量誤差，將對發(fā)動機(jī)排放產(chǎn)生較大影響。冷試的進(jìn)氣壓力測試，擬合出進(jìn)氣平均壓力曲線（圖4： 進(jìn)氣AVG曲線）和一階導(dǎo)壓力曲線（圖5：進(jìn)氣DER1曲線），設(shè)定5個(gè)參數(shù)，詳見圖４和圖５；排氣壓力測試，擬合出排氣平均壓力曲線（圖6：排氣AVG曲線）和二階導(dǎo)壓力曲線（圖7：排氣DER2曲線），也設(shè)定了5個(gè)不同的參數(shù)，詳見圖6和圖7。

通過上述10個(gè)參數(shù)對發(fā)動機(jī)氣門間隙進(jìn)行監(jiān)控，但實(shí)際效果并不理想。

3 冷試mapping

冷試中“mapping”是指利用故障映像原理，測試帶特定缺陷的發(fā)動機(jī)，通過對比缺陷發(fā)動機(jī)和正常發(fā)動機(jī)的測試結(jié)果，找出差異，從而優(yōu)化冷試參數(shù)極限達(dá)到測試軟件自動識別相同發(fā)動機(jī)缺陷的系列活動。

為提升冷試臺架進(jìn)氣、排氣壓力測試對氣門間隙缺陷的探測度，我們做了氣門間隙冷試“mapping”，設(shè)計(jì)了氣門間隙小和間隙大2種缺陷模式。本案中研究產(chǎn)品是四氣門發(fā)動機(jī)，單缸進(jìn)氣或排氣有2個(gè)氣門。進(jìn)氣氣門間隙是（0.10±0.025）mm，排氣氣門間隙是（0.27±0.025）mm。機(jī)械挺柱的每個(gè)等級最大相差0.02mm，比如1.000～1.020mm之間所有挺柱定義為第20級挺柱，1.021～1.040mm之間的挺柱則定義為第21級挺柱。詳細(xì)的氣門間隙缺陷設(shè)置見表1：mapping缺陷設(shè)置。

發(fā)動機(jī)測試的結(jié)果如下：

（1）進(jìn)氣門間隙小

從圖8來看，最大值和正常曲線沒有任何變化，而最大值所在相位角度在批量數(shù)據(jù)上無明顯區(qū)別，現(xiàn)有冷試參數(shù)識別氣門間隙小這種缺陷較難。另外，發(fā)動機(jī)必定存在客觀差異，曲線精確性受傳感器精度和采樣頻率等因素影響，繼續(xù)增加了識別的難度。但是，曲線顯示進(jìn)氣門開啟角度差異明顯，α-β≈8°，通過該角度能識別相應(yīng)缺陷，并且容錯(cuò)率高。如圖9所示，DER1曲線經(jīng)過算法的轉(zhuǎn)換，數(shù)值差異更大，與AVG曲線可互為補(bǔ)充。

（2）進(jìn)氣門間隙大

缺陷發(fā)動機(jī)進(jìn)氣曲線與正常發(fā)動機(jī)曲線難以區(qū)分，只從圖10排氣DER2曲線可見缺陷發(fā)動機(jī)曲線有一點(diǎn)點(diǎn)差異，可設(shè)置零值角進(jìn)行考核，但效果可能不好，誤判性高。

（3）排氣氣門間隙小或大

排氣門間隙小缺陷表現(xiàn)跟進(jìn)氣門類似，如圖11所示，氣門提前打開，不再贅述；如圖12所示，排氣門間隙大比進(jìn)氣門間隙大的曲線區(qū)別尚且不如，因?yàn)楸景钢?.06mm（3個(gè)挺柱等級的間隙）在進(jìn)氣門中的占比是60%，而在排氣門間隙中的占比只有22.2%，理論影響更小。

從缺陷發(fā)動機(jī)和正常發(fā)動機(jī)的各種曲線對比分析，雖然現(xiàn)有參數(shù)無法識別相關(guān)缺陷，但是通過添加新參數(shù)，可識別間隙小的缺陷，也可提高對間隙大缺陷的探測能力。

4 新參數(shù)

Ambra冷試測試系統(tǒng)中，可從算法表２中選擇要添加的新參數(shù)，從而提高進(jìn)氣測試和排氣測試的缺陷探測能力。具體的方法和步驟如下：

（1）參照差異，選定算法，增加新參數(shù)及其初始極限。比如進(jìn)氣門氣門間隙小，針對氣門提前打開的AVG曲線可設(shè)定γ角時(shí)壓力不同，通過MAX算法基本確定開啟角度的差異，如圖13進(jìn)氣AVG曲線新參數(shù)。在虛線選定的窗口內(nèi)，缺陷發(fā)動機(jī)的壓力最大值≥12kpa，而正常的發(fā)動機(jī)壓力壓力最大＜6kpa，設(shè)定新參數(shù)【進(jìn)氣門開啟時(shí)壓力值】的極限（-1，10）kpa，則可自動識別氣門間隙小的缺陷。

（2）打開參數(shù)編輯器APE，在邏輯【logic】選項(xiàng)卡中找到對應(yīng)機(jī)型的診斷程序，在結(jié)構(gòu)樹中點(diǎn)開診斷參數(shù)【Diagnosis Parameter】項(xiàng)，右擊可新增/復(fù)制參數(shù)，并設(shè)定極限，如圖14診斷參數(shù)。注意選擇正確的曲線和算法。

（3）新增/復(fù)制參數(shù)后，第2項(xiàng)邏輯輸入【Logic input】會自動生成，無需理會。為鎖定不合適發(fā)動機(jī)，需在邏輯鎖定【Logic block】右擊增加新的語句，如圖15。

（4）在報(bào)警【Anomalies】選項(xiàng)卡中，右擊父選項(xiàng)，選中【Add SUBANOMALY】可插入新的臺架報(bào)警，如圖16。

（5）如圖17，當(dāng)增加完報(bào)警后，找到應(yīng)用的診斷程序，在診斷程序的缺陷【defect】選項(xiàng)中應(yīng)用新的報(bào)警；

5 影響判定的其它因素

在實(shí)際應(yīng)用中，我們發(fā)現(xiàn)凸輪軸型線中的緩沖段，特別是開啟過程的緩沖段，對氣門提前打開判斷的影響不可忽視。在本案研究的產(chǎn)品中，該段凸輪軸的跳動公差±0.02mm，而從型線譜可知，每相差0.016mm，凸輪軸角度增加1°，那么在整個(gè)循環(huán)中凸輪軸跳動公差可產(chǎn)生2.5°的差異。因?yàn)闅忾T間隙公差±0.025mm，所以氣門間隙和凸輪軸凸桃型線跳動公差的影響相當(dāng)。如果凸輪軸凸桃型線一致性不好，將嚴(yán)重影響冷試判斷。

上文提到的設(shè)定【氣門開啟時(shí)壓力值】，因?yàn)楦鞲椎膫鞲衅餍?zhǔn)差異，各缸氣門關(guān)閉時(shí)壓力值會根據(jù)標(biāo)定結(jié)果向上或向下有少許偏移，所以最好各缸的參數(shù)根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置不同極限，并根據(jù)標(biāo)定結(jié)果而微調(diào)。

6 小結(jié)

冷試的探測能力并不是一成不變的，零件或者測試環(huán)境的變化，可導(dǎo)致測試結(jié)果的差異?，F(xiàn)實(shí)中我們需要結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況，并借助mapping活動，不斷優(yōu)化參數(shù)或參數(shù)極限，不斷提高或者保持較高的冷試缺陷探測能力。就像我們通過冷試mapping的驗(yàn)證、軟件參數(shù)的修改，使冷試中進(jìn)氣測試和排氣測試，提高對氣門間隙缺陷的探測能力一樣。

參考文獻(xiàn)：

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[2]林巨廣，許華，任永強(qiáng)，朱振東.發(fā)動機(jī)冷試關(guān)鍵技術(shù)的研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2012.