發(fā)動機冷試VVT測試不合格問題分析

陳鑫

摘要：可變氣門正時是通過一套機構對發(fā)動機進排氣門的開啟和關閉時刻進行調整的一項發(fā)動機技術，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VVT不合格原因。本文介紹了發(fā)動機WT工作原理，冷試WT測試原理，并結合實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。

關鍵詞：可變氣門正時;冷試測試;WT測試

中圖分類號：U464文獻標識碼：A

0前言

發(fā)動機可變氣門正時技術（WT，Variable-valae Timing）是根據(jù)發(fā)動機的運行工況，改變進排氣門開啟和關閉的時間，調整控制進、排氣量，使進入氣缸的空氣量達到最佳，提高燃燒效率。如果發(fā)動機的WT系統(tǒng)工作異常，則會導致發(fā)動機功率下降，燃油異常消耗，引起客戶抱怨。

目前發(fā)動機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)動機不點火狀態(tài)下，由高精度傳感器采集冷試發(fā)動機相關信號，發(fā)動機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行比較，以確定發(fā)動機裝配沒有缺陷。

1發(fā)動機VVT工作原理

某發(fā)動機工廠的WT系統(tǒng)主要有內轉子、外轉子、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。外轉子與鏈輪用緊固件連成一體，與正時鏈條、曲軸鏈輪同步轉動。內轉子由VVT螺栓與凸輪軸連成一體?？刂崎y閥芯集成在VVT螺栓中。內外轉子之間形成2個油腔，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)動機在不同工況下時，ECU會通過控制電磁鐵通電時間的長短，來控制閥芯的運動位移，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，實現(xiàn)相位器內部轉子和外部轉子之間的相對轉動，來調節(jié)凸輪軸的正時角度，從而達到調整進排氣的量和氣門開閉時間。

2冷試VVT測試原理

2.1測試條件

在發(fā)動機1500r/min轉速（冷試最高轉速）穩(wěn)定后，以l缸壓縮上止點為基準點，采集發(fā)動機凸輪相位信號數(shù)據(jù)，采樣方式為外部時鐘數(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個完整發(fā)動機周期（100轉）凸輪相位信號的過程中，發(fā)動機控制單元對電磁鐵進行2次控制，分別發(fā)送信號使控制閥開啟到最大和完全關閉。收集凸輪軸由原始位置轉動到最大角度位置，保持一段時間后回到原始位置期間，VVT系統(tǒng)的響應速度和相位的穩(wěn)定性。冷試VVT測試參數(shù)如圖1所示，收集的參數(shù)值與基準值進行對比，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)動機工廠生產的R機型，2019年4-6月期間累計出現(xiàn)28臺冷試VVT測試不合格發(fā)動機。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)為進氣或排氣開啟響應時間長、進氣或排氣關閉響應時間長等現(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)象不集中在同一時間段，且將故障發(fā)動機換測試站重測，故障重復出現(xiàn)，可排除設備問題。

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

（3）故障件返回供應商處查詢出廠前相關數(shù)據(jù)均合格。故障件復測性能不合格，設備能識別缺陷。故障件在供應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測量相關尺寸（表1），鏈輪外殼尺寸測量不合格。

綜上所述，發(fā)動機冷試VVT測試不合格問題根本原因為凸輪軸鏈輪外殼變形。

3.2鏈輪外殼變形要因確認

凸輪軸鏈輪外殼變形故障樹分析如圖3所示。

3.2.1供應商制造及運輸過程分析

（1）供應商性能測試：上料由機械手夾料，如蓋板、殼體，測試能識別缺陷，風險小。

（2）零件包裝工位目視有警示標示：當心零件掉落，零件掉落后聯(lián)系質量。零件掉地繼續(xù)使用風險較小。

（3）零件包裝料盒里面有凹槽，鏈輪之間不接觸，運輸過程中，碰撞的風險較小。

供應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，供應商制造及運輸過程風險小，可排除。

3.2.2發(fā)動機制造過程分析

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

（2）查詢flexnet信息，其中26臺發(fā)動機鏈輪均有重復綁定信息，首次綁定發(fā)動機均在長缸體拆解返修。長缸體拆解鏈輪返修故障機占比92.85%，長缸體拆解鏈輪導致鏈輪變形的風險較大。

3.2.3鏈輪變形原因確認

挑選1臺正常的發(fā)動機，使用扭矩扳手反松鏈輪螺栓（VVT螺栓），扭矩扳手擰緊，鏈輪正常。使用氣槍反松鏈輪螺栓，扭矩扳手擰緊（目前在用返修方法），鏈輪卡死。因為鏈輪螺栓扭矩大，用氣槍拆解的過程中，進氣側鏈輪內轉子反復;中擊外殼導致變形。排氣側鏈輪內轉子反復沖擊鎖止銷，將;中擊力傳遞給外殼導致變形。

綜上所述，目前返修使用氣槍拆解鏈輪螺栓是導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)動機更換凸輪軸鏈輪，再進行冷試測試，全部合格下線。

（2）修改返修作業(yè)指導書。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個月發(fā)動機冷試WT測試表現(xiàn)，未再出現(xiàn)因凸輪軸鏈輪質量問題導致的不合格拆機問題。