謝相勇

摘 要：本文針對(duì)意大利AVL冷試設(shè)備對(duì)氣門(mén)間隙缺陷的探測(cè)能力較弱，通過(guò)氣門(mén)間隙缺陷mapping驗(yàn)證，對(duì)比缺陷發(fā)動(dòng)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(cè)試參數(shù)，以提高冷試探測(cè)氣門(mén)間隙缺陷的能力。

關(guān)鍵詞：冷試 進(jìn)氣測(cè)試 排氣測(cè)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(cè)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(dòng)機(jī)單缸排氣封堵），用以檢測(cè)發(fā)動(dòng)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(cè)得到壓力對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)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(shí)設(shè)定各點(diǎn)上下極限，比較實(shí)際測(cè)試參數(shù)數(shù)值與極限的關(guān)系，從而自動(dòng)識(shí)別發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)間隙小或大、氣環(huán)密封不嚴(yán)、氣門(mén)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(mén)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(huì)導(dǎo)致A-D間（排氣沖程）波形不正常，C點(diǎn)處壓力值會(huì)過(guò)??；E-A段是壓縮沖程和做功沖程，此時(shí)排氣門(mén)關(guān)閉，若波形出現(xiàn)升降的情況，可能會(huì)是排氣門(mén)處泄漏；如果進(jìn)排、氣門(mén)挺柱的工作狀況不正?；蛘哌M(jìn)排氣門(mén)打開(kāi)時(shí)間不正確，會(huì)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(duì)于機(jī)械式氣門(mén)挺柱，在高效率短節(jié)拍的生產(chǎn)情況下，若出現(xiàn)氣門(mén)間隙測(cè)量誤差，將對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排放產(chǎn)生較大影響。冷試的進(jìn)氣壓力測(cè)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(jiàn)圖４和圖５；排氣壓力測(cè)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(jiàn)圖6和圖7。

通過(guò)上述10個(gè)參數(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)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(cè)試帶特定缺陷的發(fā)動(dòng)機(jī)，通過(guò)對(duì)比缺陷發(fā)動(dòng)機(jī)和正常發(fā)動(dòng)機(jī)的測(cè)試結(jié)果，找出差異，從而優(yōu)化冷試參數(shù)極限達(dá)到測(cè)試軟件自動(dòng)識(shí)別相同發(fā)動(dòng)機(jī)缺陷的系列活動(dòng)。

為提升冷試臺(tái)架進(jìn)氣、排氣壓力測(cè)試對(duì)氣門(mén)間隙缺陷的探測(cè)度，我們做了氣門(mén)間隙冷試“mapping”，設(shè)計(jì)了氣門(mén)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(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)，單缸進(jìn)氣或排氣有2個(gè)氣門(mén)。進(jìn)氣氣門(mén)間隙是（0.10±0.025）mm，排氣氣門(mén)間隙是（0.27±0.025）mm。機(jī)械挺柱的每個(gè)等級(jí)最大相差0.02mm，比如1.000～1.020mm之間所有挺柱定義為第20級(jí)挺柱，1.021～1.040mm之間的挺柱則定義為第21級(jí)挺柱。詳細(xì)的氣門(mén)間隙缺陷設(shè)置見(jiàn)表1：mapping缺陷設(shè)置。

發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試的結(jié)果如下：

（1）進(jìn)氣門(mén)間隙小

從圖8來(lái)看，最大值和正常曲線沒(méi)有任何變化，而最大值所在相位角度在批量數(shù)據(jù)上無(wú)明顯區(qū)別，現(xiàn)有冷試參數(shù)識(shí)別氣門(mén)間隙小這種缺陷較難。另外，發(fā)動(dòng)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(shí)別的難度。但是，曲線顯示進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟角度差異明顯，α-β≈8°，通過(guò)該角度能識(shí)別相應(yīng)缺陷，并且容錯(cuò)率高。如圖9所示，DER1曲線經(jīng)過(guò)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(mén)間隙大

缺陷發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣曲線與正常發(fā)動(dòng)機(jī)曲線難以區(qū)分，只從圖10排氣DER2曲線可見(jiàn)缺陷發(fā)動(dòng)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(mén)間隙小或大

排氣門(mén)間隙小缺陷表現(xiàn)跟進(jìn)氣門(mén)類似，如圖11所示，氣門(mén)提前打開(kāi)，不再贅述；如圖12所示，排氣門(mén)間隙大比進(jìn)氣門(mén)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(jí)的間隙）在進(jìn)氣門(mén)中的占比是60%，而在排氣門(mén)間隙中的占比只有22.2%，理論影響更小。

從缺陷發(fā)動(dòng)機(jī)和正常發(fā)動(dòng)機(jī)的各種曲線對(duì)比分析，雖然現(xiàn)有參數(shù)無(wú)法識(shí)別相關(guān)缺陷，但是通過(guò)添加新參數(shù)，可識(shí)別間隙小的缺陷，也可提高對(duì)間隙大缺陷的探測(cè)能力。

4 新參數(shù)

Ambra冷試測(cè)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(cè)試和排氣測(cè)試的缺陷探測(cè)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(mén)氣門(mén)間隙小，針對(duì)氣門(mén)提前打開(kāi)的AVG曲線可設(shè)定γ角時(shí)壓力不同，通過(guò)MAX算法基本確定開(kāi)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(dòng)機(jī)的壓力最大值≥12kpa，而正常的發(fā)動(dòng)機(jī)壓力壓力最大＜6kpa，設(shè)定新參數(shù)【進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟時(shí)壓力值】的極限（-1，10）kpa，則可自動(dòng)識(shí)別氣門(mén)間隙小的缺陷。

（2）打開(kāi)參數(shù)編輯器APE，在邏輯【logic】選項(xiàng)卡中找到對(duì)應(yīng)機(jī)型的診斷程序，在結(jié)構(gòu)樹(shù)中點(diǎn)開(kāi)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(huì)自動(dòng)生成，無(wú)需理會(huì)。為鎖定不合適發(fā)動(dòng)機(jī)，需在邏輯鎖定【Logic block】右擊增加新的語(yǔ)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(tái)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(kāi)啟過(guò)程的緩沖段，對(duì)氣門(mén)提前打開(kāi)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(dòng)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(dòng)公差可產(chǎn)生2.5°的差異。因?yàn)闅忾T(mén)間隙公差±0.025mm，所以氣門(mén)間隙和凸輪軸凸桃型線跳動(dòng)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(mén)開(kāi)啟時(shí)壓力值】，因?yàn)楦鞲椎膫鞲衅餍?zhǔn)差異，各缸氣門(mén)關(guān)閉時(shí)壓力值會(huì)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(cè)能力并不是一成不變的，零件或者測(cè)試環(huán)境的變化，可導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果的差異。現(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(dòng)，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(cè)能力。就像我們通過(guò)冷試mapping的驗(yàn)證、軟件參數(shù)的修改，使冷試中進(jìn)氣測(cè)試和排氣測(cè)試，提高對(duì)氣門(mén)間隙缺陷的探測(cè)能力一樣。

參考文獻(xiàn)：

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