發(fā)動機(jī)冷試VVT測試不合格問題分析

摘要：可變氣門正時(shí)是通過一套機(jī)構(gòu)對發(fā)動機(jī)進(jìn)排氣門的開啟和關(guān)閉時(shí)刻進(jìn)行調(diào)整的一項(xiàng)發(fā)動機(jī)技術(shù)，可以滿足不同工況對配氣相位的不同要求，具有提高發(fā)動機(jī)效率、降低排放的顯著效果。制造過程中通過冷試測試對WT性能進(jìn)行檢測，根據(jù)冷試測試輸出的曲線狀態(tài)來分析發(fā)動機(jī)VVT不合格原因。本文介紹了發(fā)動機(jī)WT工作原理，冷試WT測試原理，并結(jié)合實(shí)例來分析冷試測試過程中出現(xiàn)的VVT測試不合格問題，找到解決問題的辦法。

關(guān)鍵詞：可變氣門正時(shí);冷試測試;WT測試

中圖分類號：U464文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0前言

發(fā)動機(jī)可變氣門正時(shí)技術(shù)（WT，Variable-valae Timing）是根據(jù)發(fā)動機(jī)的運(yùn)行工況，改變進(jìn)排氣門開啟和關(guān)閉的時(shí)間，調(diào)整控制進(jìn)、排氣量，使進(jìn)入氣缸的空氣量達(dá)到最佳，提高燃燒效率。如果發(fā)動機(jī)的WT系統(tǒng)工作異常，則會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)功率下降，燃油異常消耗，引起客戶抱怨。

目前發(fā)動機(jī)裝配線大多采用冷試來測試WT系統(tǒng)工作是否正常。即在發(fā)動機(jī)不點(diǎn)火狀態(tài)下，由高精度傳感器采集冷試發(fā)動機(jī)相關(guān)信號，發(fā)動機(jī)測試軟件通過專用的測試算法來處理所收集的數(shù)據(jù)，并與指定的限定值進(jìn)行比較，以確定發(fā)動機(jī)裝配沒有缺陷。

1發(fā)動機(jī)VVT工作原理

某發(fā)動機(jī)工廠的WT系統(tǒng)主要有內(nèi)轉(zhuǎn)子、外轉(zhuǎn)子、鏈輪、WT螺栓、凸輪軸相位執(zhí)行器以及中央電磁鐵（以下簡稱電磁鐵）等部件組成。外轉(zhuǎn)子與鏈輪用緊固件連成一體，與正時(shí)鏈條、曲軸鏈輪同步轉(zhuǎn)動。內(nèi)轉(zhuǎn)子由VVT螺栓與凸輪軸連成一體?？刂崎y閥芯集成在VVT螺栓中。內(nèi)外轉(zhuǎn)子之間形成2個(gè)油腔，這些油腔通過凸輪軸和缸蓋上的油道分別與控制閥中的提前、延遲油腔相通。

發(fā)動機(jī)在不同工況下時(shí)，ECU會通過控制電磁鐵通電時(shí)間的長短，來控制閥芯的運(yùn)動位移，從而改變控制閥中油路的變化。把提前、延遲和保持不變等信號反饋到相位器空腔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)相位器內(nèi)部轉(zhuǎn)子和外部轉(zhuǎn)子之間的相對轉(zhuǎn)動，來調(diào)節(jié)凸輪軸的正時(shí)角度，從而達(dá)到調(diào)整進(jìn)排氣的量和氣門開閉時(shí)間。

2冷試VVT測試原理

2.1測試條件

在發(fā)動機(jī)1500r/min轉(zhuǎn)速（冷試最高轉(zhuǎn)速）穩(wěn)定后，以l缸壓縮上止點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，采集發(fā)動機(jī)凸輪相位信號數(shù)據(jù)，采樣方式為外部時(shí)鐘數(shù)字觸發(fā)采樣，頻率為8192pulse/rev。

2.2測試原理

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在采集50個(gè)完整發(fā)動機(jī)周期（100轉(zhuǎn)）凸輪相位信號的過程中，發(fā)動機(jī)控制單元對電磁鐵進(jìn)行2次控制，分別發(fā)送信號使控制閥開啟到最大和完全關(guān)閉。收集凸輪軸由原始位置轉(zhuǎn)動到最大角度位置，保持一段時(shí)間后回到原始位置期間，VVT系統(tǒng)的響應(yīng)速度和相位的穩(wěn)定性。冷試VVT測試參數(shù)如圖1所示，收集的參數(shù)值與基準(zhǔn)值進(jìn)行對比，來判斷VVT系統(tǒng)是否存在缺陷。

3冷試VVT測試不合格問題分析

某發(fā)動機(jī)工廠生產(chǎn)的R機(jī)型，2019年4-6月期間累計(jì)出現(xiàn)28臺冷試VVT測試不合格發(fā)動機(jī)。查看冷試測試凸輪軸相位曲線（圖2），發(fā)現(xiàn)凸輪軸相位信號不正確或者相位器控制閥未打開，表現(xiàn)為進(jìn)氣或排氣開啟響應(yīng)時(shí)間長、進(jìn)氣或排氣關(guān)閉響應(yīng)時(shí)間長等現(xiàn)象。

3.1潛在原因分析

針對上述問題，分析具體原因如下。

（1）因WT測試不合格現(xiàn)象不集中在同一時(shí)間段，且將故障發(fā)動機(jī)換測試站重測，故障重復(fù)出現(xiàn)，可排除設(shè)備問題。

（2）把與WT測試不合格相關(guān)的零件拆解，分開上線重新測試來確定故障原因。發(fā)動機(jī)故障現(xiàn)象跟隨凸輪軸鏈輪重新出現(xiàn)，可確認(rèn)為凸輪軸鏈輪質(zhì)量問題。

（3）故障件返回供應(yīng)商處查詢出廠前相關(guān)數(shù)據(jù)均合格。故障件復(fù)測性能不合格，設(shè)備能識別缺陷。故障件在供應(yīng)商處臺架測試故障重現(xiàn)，表現(xiàn)與工廠冷試WT測試不合格現(xiàn)象一致。選取故障件A和B測量相關(guān)尺寸（表1），鏈輪外殼尺寸測量不合格。

綜上所述，發(fā)動機(jī)冷試VVT測試不合格問題根本原因?yàn)橥馆嗇S鏈輪外殼變形。

3.2鏈輪外殼變形要因確認(rèn)

凸輪軸鏈輪外殼變形故障樹分析如圖3所示。

3.2.1供應(yīng)商制造及運(yùn)輸過程分析

（1）供應(yīng)商性能測試：上料由機(jī)械手夾料，如蓋板、殼體，測試能識別缺陷，風(fēng)險(xiǎn)小。

（2）零件包裝工位目視有警示標(biāo)示：當(dāng)心零件掉落，零件掉落后聯(lián)系質(zhì)量。零件掉地繼續(xù)使用風(fēng)險(xiǎn)較小。

（3）零件包裝料盒里面有凹槽，鏈輪之間不接觸，運(yùn)輸過程中，碰撞的風(fēng)險(xiǎn)較小。

供應(yīng)商針對鏈輪外殼變形排查庫存零件1000件，未發(fā)現(xiàn)不良零件。但冷試WT測試不合格又出現(xiàn)3臺。綜合來看，供應(yīng)商制造及運(yùn)輸過程風(fēng)險(xiǎn)小，可排除。

3.2.2發(fā)動機(jī)制造過程分析

（1）查詢Q-das信息，其中2臺發(fā)動機(jī)在鏈輪擰緊工位存在重復(fù)擰緊。鏈輪重復(fù)擰緊存在導(dǎo)致鏈輪外殼變形的風(fēng)險(xiǎn)。此種情況占比較少，繼續(xù)跟蹤評估風(fēng)險(xiǎn)。

（2）查詢flexnet信息，其中26臺發(fā)動機(jī)鏈輪均有重復(fù)綁定信息，首次綁定發(fā)動機(jī)均在長缸體拆解返修。長缸體拆解鏈輪返修故障機(jī)占比92.85%，長缸體拆解鏈輪導(dǎo)致鏈輪變形的風(fēng)險(xiǎn)較大。

3.2.3鏈輪變形原因確認(rèn)

挑選1臺正常的發(fā)動機(jī)，使用扭矩扳手反松鏈輪螺栓（VVT螺栓），扭矩扳手?jǐn)Q緊，鏈輪正常。使用氣槍反松鏈輪螺栓，扭矩扳手?jǐn)Q緊（目前在用返修方法），鏈輪卡死。因?yàn)殒溳喡菟ㄅぞ卮螅脷鈽尣鸾獾倪^程中，進(jìn)氣側(cè)鏈輪內(nèi)轉(zhuǎn)子反復(fù);中擊外殼導(dǎo)致變形。排氣側(cè)鏈輪內(nèi)轉(zhuǎn)子反復(fù)沖擊鎖止銷，將;中擊力傳遞給外殼導(dǎo)致變形。

綜上所述，目前返修使用氣槍拆解鏈輪螺栓是導(dǎo)致鏈輪外殼變形的主要原因。

3.3長期措施和效果

針對分析的主要原因，提出解決措施如下。

（1）冷試WT測試不合格的發(fā)動機(jī)更換凸輪軸鏈輪，再進(jìn)行冷試測試，全部合格下線。

（2）修改返修作業(yè)指導(dǎo)書。使用棘輪扳手將鏈輪螺栓擰松后拆解，禁止使用氣槍直接反松鏈輪螺栓。

持續(xù)跟蹤3個(gè)月發(fā)動機(jī)冷試WT測試表現(xiàn)，未再出現(xiàn)因凸輪軸鏈輪質(zhì)量問題導(dǎo)致的不合格拆機(jī)問題。