發(fā)動(dòng)機(jī)裝配的實(shí)時(shí)在線檢測

1、學(xué)資學(xué)習(xí)網(wǎng)概述和起因發(fā)動(dòng)機(jī)裝配質(zhì)量控制的重要性不言而喻，國內(nèi)外的整機(jī)和零部件生產(chǎn)企業(yè)、科研部門為此進(jìn)行了大量的工作。 研究表明，發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配質(zhì)量除了外協(xié)（購）件的質(zhì)量控制、裝配環(huán)境、工人的素質(zhì)和技能之外，主要取決于裝配生產(chǎn)系統(tǒng)的完備性和先進(jìn)性。某發(fā)動(dòng)機(jī)總裝配線一般地，發(fā)動(dòng)機(jī)裝配生產(chǎn)系統(tǒng)由各部件裝配、 總成裝配和與此對應(yīng)過程的各種 檢測和控制組成，如氣缸蓋裝配、活塞連桿總成裝配、主軸瓦檢測、曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)和 軸向間隙檢查、扭矩檢測、密封檢測、冷態(tài)檢測等。整個(gè)裝配生產(chǎn)系統(tǒng)的完備性 和先進(jìn)性又主要取決于裝配流水線中各關(guān)鍵工位（控制點(diǎn)）的控制，這些關(guān)鍵工 位對于最終所生產(chǎn)出來的發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量是至關(guān)重要的。對于

2、裝配線上關(guān)鍵工位的研究，在傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)裝配生產(chǎn)中，往往要等到產(chǎn)品全部完成之后，通過繁 復(fù)的分析檢測，才能反過來分析生產(chǎn)過程中的哪些步驟和工藝需要改進(jìn)；而如何改進(jìn)和改進(jìn)的程度是多少，又必須通過又一輪的全新試驗(yàn)和生產(chǎn)才能得知；因此很難實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的實(shí)時(shí)控制，更會造成生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)時(shí)間的浪費(fèi)和返工率的成倍 增加。所以， 我們要做的就是如何安排合理地工序間的實(shí)時(shí)檢測和如何進(jìn)行有 效的實(shí)時(shí)在線檢測，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)裝配過程中的缺陷， 從而降低返工率，提高 裝 配的效率和質(zhì)OHIO OH20 OPW OP20 OP30, OP40OPPO OP80 OPR OP60 OP50Wi M發(fā)動(dòng)機(jī)總裝配線上吳建控制息示意圖

3、里。目前，一些國際一流汽車發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的研究和實(shí)踐表明，合理工序間的在線實(shí)時(shí)檢測能夠從裝配過程中對最終產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行即時(shí)預(yù)測，然后加以科學(xué)反饋，實(shí)施及時(shí)有效的調(diào)整，從而以較低的時(shí)間成本、物料成本和加工成本生產(chǎn)出 高質(zhì)量的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品。在此，將主要討論總裝配線上關(guān)鍵工位的控制，對各分總成裝配線的情況暫不分析。總裝配線上關(guān)鍵工位的選擇通過工作實(shí)踐和對發(fā)動(dòng)機(jī)制造工藝的研究，發(fā)動(dòng)機(jī)總裝線上以下幾個(gè)控制點(diǎn)是非常重要的。 圖1所示為某總裝配線上典型的關(guān)鍵 控制點(diǎn)，其中： OP10 一主軸瓦是否安裝和安裝是否正確；OP20 一曲軸和軸蓋安裝后曲軸是否能正常轉(zhuǎn)動(dòng)，曲軸的間隙是否能保持在正常的范圍內(nèi)； OP30

4、 一連桿軸瓦是否安裝及安裝是否正確；OP40 活塞型號及方向是否安裝正確； OP50 一活塞連桿組安裝到曲軸上后曲軸是否能正常轉(zhuǎn)動(dòng)； OP60 一短發(fā)動(dòng)機(jī)的油道和水道是否存在泄漏；OP70 一短發(fā)動(dòng)機(jī)安裝的完整性、冷態(tài)檢測等；OP80 一長發(fā)動(dòng)機(jī)水路系統(tǒng)是否密封；OP90 一電氣系統(tǒng)功能是否正常。需要說明的是，OH10 OH20r位是缸蓋分總成裝配線上的內(nèi)容，為缸蓋氣閥座密封檢測和缸蓋氣門鎖片檢查工位，在此， 暫不討論。主要檢測工藝和手段針對關(guān)鍵點(diǎn)，采用先進(jìn)的檢測設(shè)備可準(zhǔn)確地判斷出這些關(guān)鍵工序是否符合工藝要求。1、主軸瓦檢測的三種方法在主軸檔裝好主軸瓦后用激光檢測距離判斷軸瓦是否存在，如果沒有

5、安裝， 檢測出的距離短。口采用充氣檢測，可往通往曲軸油道的通路中充氣， 隨后保持充氣壓力，如果沒有安裝軸瓦，壓力會下降。 口設(shè)備上安裝一定高度的 檔桿，當(dāng)工件流經(jīng)該工位時(shí)，如果安裝了軸瓦，軸瓦會碰到檔桿，隨后給傳感器 一個(gè)信號；如果沒有安裝軸瓦，檔桿將不會被碰，從而傳感器讀不到信號，判斷 出軸瓦漏裝。這個(gè)方法對工件和傳送板定位要求較高，否則容易誤報(bào)警。夾具套住曲軸在曲軸軸蓋螺栓安裝并擰緊后，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)和軸向間隙檢查、2.前端，用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸同時(shí)采用傳感器監(jiān)測轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩。扭矩在合格的范圍 (0.222.5Nmj)內(nèi)即為合格，否則需下線檢查原因在返工，重新上線檢測。在檢查扭矩后，再推動(dòng)曲軸軸向運(yùn)

6、動(dòng)，通過傳感器檢測軸向位移。當(dāng)位移在合格 范圍(一般為0.070.23 mm內(nèi)，判斷為合格，否則可能是止推片漏裝或安裝不正確。圖3油路密封檢測曲線圖4水路密封檢測曲線3、連桿軸瓦油孔檢測 在軸瓦安裝到連桿之前，先用光感檢測來料軸瓦是否 帶有油孔，如果沒有就將該軸瓦剔除掉。這樣可以保證在連桿體上安裝上帶有油 孔的軸瓦。4、活塞方向檢測 活塞帶有方向性，一般活塞上都帶有箭頭，通過攝像頭讀取 箭頭形狀與標(biāo)準(zhǔn)圖形進(jìn)行比較從而可以判斷安裝的正確性。 5、活塞安裝(5 檢測曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩是否在正常范圍內(nèi) 以后曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)檢查和振動(dòng)檢驗(yàn)19Nm）同時(shí)進(jìn)行振動(dòng)檢測，測驗(yàn)噪音。如果有異響，可判斷出連桿軸瓦漏裝。6、短

7、發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)油道水道檢測某發(fā)動(dòng)機(jī)總裝線上全自動(dòng)油水路密封檢測系統(tǒng)的檢測工藝簡單闡述如下：口油道密封性檢測 采用充入壓縮空氣檢測壓降的方法，將油道和燃燒室、曲軸箱、進(jìn)排氣道的所有外部口全部密封，然后往其 中兩處充壓縮空氣，保持一定時(shí)間，檢查壓降是否在合格范圍內(nèi)?？谒烂芊庑詸z測同樣采用充入壓縮空氣檢測壓降的方法，將水道的所有外部口全部密封，然后往其中兩處充壓縮空氣，隨后保持一定時(shí)間，檢查壓降是否在 合格范圍內(nèi)。5bMOVHTT2g圖5扭矩測試圖6各缸排氣壓力測試圖7動(dòng)態(tài)進(jìn)氣壓力測試KU UELWElLfUGE R- urd MSC KEWELL= KCESEQIGHJL VDC, JMhudlfl

8、ICO圖8凸輪軸和曲軸相位位置測試7、短發(fā)動(dòng)機(jī)冷態(tài)試驗(yàn)我們理解為當(dāng)短發(fā)動(dòng)機(jī)安裝完后，通過采用外界動(dòng)力（如電機(jī)等）倒拖，使發(fā)動(dòng)機(jī)在低速不點(diǎn)火狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)?；镜膮?shù)測量如下：通過檢測進(jìn)氣管各缸壓力、排氣管各缸壓力，可以檢測活塞環(huán)、氣閥是否安裝正確?？谕ㄟ^檢測曲軸扭矩和振動(dòng)噪音，可以檢測主軸瓦和連桿軸瓦是否裝配正確，油路是否暢通。口通過檢測凸輪軸和曲軸相位傳感器的信號，可以檢測正時(shí)系統(tǒng)是否正確。一般來說，每種發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)參數(shù)各不相同，一般需要根據(jù)對500010000臺次左右的合格發(fā)動(dòng)機(jī)定出基本參照數(shù)據(jù)線和合為幾個(gè)典型的測試圖（與實(shí)際測試數(shù)據(jù)不一定一致）。8至圖5格偏差范圍。圖 8、長發(fā)動(dòng)機(jī)水路檢測在

9、所有發(fā)動(dòng)機(jī)水管安裝完畢以后，將所有水路出口堵住，并往兩個(gè)出口充氣，在一定時(shí)間內(nèi)檢測氣壓降從而判斷密封性能。9、電氣及燃油系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)檢測在安裝線束和燃油系統(tǒng)后，安裝傳感器檢測各線路是否通暢。檢測效果分析通過實(shí)時(shí)的在線檢測，可以在裝配過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的缺陷，盡可能地及時(shí)發(fā)現(xiàn)各種顯性和隱性問題。對發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行及時(shí) 解決，可以使后續(xù)產(chǎn)品的缺陷率大大降低。僅通過對水道和油道的密封進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測，在16周以后缺陷發(fā)生率從15%F降到2%右，總體呈明顯下降 趨勢。如果把其它檢測結(jié)果綜合分析，則缺陷率也呈明顯下降趨勢。結(jié)論 對發(fā)動(dòng)機(jī)總裝線工序間合理的關(guān)鍵控制點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測，能夠在裝配過程中及時(shí)、

10、準(zhǔn)確地判斷和發(fā)現(xiàn)缺陷所在，避免了缺陷的傳遞。生產(chǎn)結(jié)果表明，此類實(shí)時(shí)在線檢測在不長的生產(chǎn)周期內(nèi)大幅度地降低了缺陷發(fā)生 率，降低了生產(chǎn)成本，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)裝配的效率和質(zhì)量。因此，在現(xiàn)代化企業(yè)的 規(guī)模生產(chǎn)和精益生產(chǎn)中發(fā)揮著越來越重要的作用。此類實(shí)時(shí)在線檢測技術(shù)先進(jìn)、性能可靠、使用和維護(hù)方便，但價(jià)格較貴，如何尋找合理的性價(jià)比和開發(fā)國 產(chǎn)化裝備，是我們迫在眉睫的工作。為了進(jìn)一步提升發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配質(zhì)量， 相信此 類實(shí)時(shí)在線檢測技術(shù)將會得到越來越多的推廣和應(yīng)用。先進(jìn)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)材料和新工藝現(xiàn)在，我們在選擇汽車的時(shí)候，經(jīng)常會考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的材料。我們也經(jīng)常會在許多 廠商的推廣宣傳上看到“全鋁發(fā)動(dòng)機(jī)”這個(gè)耀眼的字眼。為

11、何廠商要炫耀他的全 鋁發(fā)動(dòng)機(jī)，那不是“全鋁”的發(fā)動(dòng)機(jī)材料是什么？全鋁發(fā)動(dòng)機(jī)有什么好處呢？還 有哪些新型的材料被用來制造發(fā)動(dòng)機(jī)部件？這篇文章， 我們就來一起討論這個(gè)話 題。傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)無論是缸體還是缸蓋都是采用鑄鐵的, 但是鑄鐵有著許多先天的不 足，例如重量大、散熱性差、摩擦系數(shù)高等等，所以，許多發(fā)動(dòng)機(jī)廠商都在尋找 更適合的材料制造發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)成部件。輕量化材料：首先我們從材料的輕量化來討論新型發(fā)動(dòng)機(jī)材料的優(yōu)勢。1、全鋁缸蓋和缸體 我們?nèi)粘Ｋf的全鋁發(fā)動(dòng) 機(jī)是指缸蓋和缸體都是鋁合金制造的發(fā)動(dòng)機(jī)。而缸蓋是鋁合金，缸體是鑄鐵的發(fā) 動(dòng)機(jī)，一般我們還是稱作鑄鐵發(fā)動(dòng)機(jī)。 現(xiàn)在，全鋁發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)在大量的車型上被

12、 采用，在國外，羅孚的k系列發(fā)動(dòng)機(jī)，寶馬的M52直列六缸發(fā)動(dòng)機(jī)，日產(chǎn)的 VQ 發(fā)動(dòng)機(jī)，捷豹的-AJ V8發(fā)動(dòng)機(jī)、奔馳的V6和V8發(fā)動(dòng)機(jī)、通用的LS1和北極星 V8發(fā)動(dòng)機(jī)、標(biāo)致的2升四缸發(fā)動(dòng)機(jī)和通用的新型直列四缸發(fā)動(dòng)機(jī)等等都是采用 鋁合金制造。國內(nèi)的許多小排量發(fā)動(dòng)機(jī)也逐步采用全鋁發(fā)動(dòng)機(jī)， 如國產(chǎn)鈴木系列 的發(fā)動(dòng)機(jī)G13 K14等。甚至包括一些國產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)也采用鋁合金材質(zhì)了，最著名 的就是東安動(dòng)力開發(fā)的468發(fā)動(dòng)機(jī)，這款發(fā)動(dòng)機(jī)被配備在哈飛路寶和昌河愛迪爾 上，獲得了很大的成功。.很早以前的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)就開始大規(guī)模采用全鋁缸蓋了。缸蓋的重量并不大，所以汽車制造商喜歡它并不是因?yàn)樗亓枯p， 而是因?yàn)樗懈?/p>

13、好的散熱性能。隨著發(fā) 動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展，四氣閥結(jié)構(gòu)成為發(fā)動(dòng)機(jī)的主流設(shè)計(jì)趨勢。與一起的兩氣閥發(fā)動(dòng) 機(jī)相比，每缸四氣閥的氣缸蓋比每缸兩氣閥的氣缸蓋在工作時(shí)要產(chǎn)生更多的熱量， 采用全鋁缸蓋是最好的解決辦法。出于成本的考慮，氣缸體采用全鋁設(shè)計(jì)比氣缸蓋要晚得多。氣缸體是發(fā)動(dòng)機(jī)上最重的部分，因而使用鋁合金材料可以減輕發(fā) 動(dòng)機(jī)的重量，從而達(dá)到減輕整車重量的目的。 這一點(diǎn)對于前置前驅(qū)車型來說， 顯 得尤為可貴，當(dāng)然在另一方面，由于材料價(jià)格和加工工藝的區(qū)別， 采用鋁合金缸 體的發(fā)動(dòng)機(jī)會增加一些成本。2、樹脂或鎂作為材料的進(jìn)氣管在發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)成 上，復(fù)雜的進(jìn)氣管是另外一個(gè)很重的部件。 特別如今流行的更復(fù)雜的可變長度的

14、 進(jìn)氣管，其重量相當(dāng)可觀。剛開始的時(shí)候，人們采用鋁合金來作為進(jìn)氣管的替代 材料，后來許多汽車制造商開始采用具有熱塑性的 66號尼龍，或者其他耐熱的 可塑性材料制造進(jìn)氣管。因?yàn)檫@些復(fù)合材料的有許多優(yōu)點(diǎn)：價(jià)錢便宜、重量輕、 內(nèi)臂平滑（從而空氣流動(dòng)好、氣阻?。虼怂鼘τ谄囍圃焐虂碚f是很理想的 進(jìn)氣管材料。但是這些復(fù)合材料也有讓人很頭痛的缺陷， 它很容易產(chǎn)生一些細(xì)小的裂紋，這種 裂紋導(dǎo)致高速進(jìn)氣時(shí)會在進(jìn)氣管里產(chǎn)生令人不快的噪音，所以許多高檔的豪華車都沒有采用這種材料制造進(jìn)氣管。例如奔馳就選擇了鎂合金一一這種材料比鋁更 輕，盡管它比較昂貴，而且耐高溫能力有限。貴不是主要問題，因?yàn)橐?，?提是裝配

15、在豪華車上，對于豪華車來說，性能的提高比成本相對來說要更重要。耐熱能力有限也不要緊，因?yàn)檫M(jìn)氣管的溫度并不高。鎂合金是金屬材質(zhì)的，空氣 在鎂合金制造的進(jìn)氣管內(nèi)流動(dòng)，要比在塑料的噪音要小的多。也有一些車采用了非常少見的材料，例如 TVR和法拉力V8采用的是一種稱作凱福拉（Kevlar） 的材料來制造進(jìn)氣管，它能獲得更輕的重量，而且進(jìn)氣噪音與金屬進(jìn)氣管相當(dāng)。這些都是很少采用的特例，就不多討論了。摩擦力和運(yùn)動(dòng)慣性的優(yōu)化：除了輕量化，新型材料在摩擦力和運(yùn)動(dòng)慣性方面同樣具有很大的優(yōu)勢。1、鋁活塞和鋼制氣缸套發(fā)動(dòng)機(jī)的響應(yīng)性與發(fā)動(dòng)機(jī)部件的運(yùn)動(dòng)慣性是分不開的，發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng) 部件包括曲軸、活塞、連桿等。由于曲軸要

16、求瞬間強(qiáng)度非常高，所以只能采用高強(qiáng)度鋼來制造活塞就沒有曲軸這樣的局限了，在高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)上，通常都是用鋁合金來制造活 塞。更輕的活塞重量能產(chǎn)生更高的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而能獲得更大的動(dòng)力輸出。使 用鋁合金來制造活塞，成本并不是非常昂貴，主要問題是出在摩擦阻力上。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，活塞與氣缸壁之間肯定會產(chǎn)生摩擦。而鋁和鋁直接的摩擦系數(shù) 是很高的，它比鋁和鑄鐵之間的摩擦系數(shù)要高得多。 這樣一來，如果全鋁缸體配 合全鋁活塞，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候摩擦阻力就會非常大， 這顯然是不可取的，這也 就是為何許多發(fā)動(dòng)機(jī)使用鋁合金活塞， 但必須使用鑄鐵缸體的原因。但如果為了 采用全鋁缸體而采用鑄鐵活塞，那顯然是更得不償失的

17、。那如何解決這一矛盾呢？目前最主流的解決辦法，就是在鋁制的氣缸體內(nèi)鑲一個(gè)鋼制的氣缸套，讓 鋁合金活塞不會與鋁制的氣缸壁相接觸。這種設(shè)計(jì)可以解決這一矛盾，當(dāng)然也會 增加一些成本。 這種方法在70年代中期首先被雪佛蘭Vega所采用。它的發(fā)動(dòng) 機(jī)采用全鋁設(shè)計(jì)，在鋁合金的氣缸體內(nèi)鑲上了一個(gè)鑄鐵的缸套， 當(dāng)然活塞同樣也 是用鋁合金制造的。它的摩擦阻力比全鑄鐵的發(fā)動(dòng)機(jī)要小得多，因此它的動(dòng)力得 到了很大程度的提高。不僅如此，這臺發(fā)動(dòng)機(jī)還能獲得更輕的重量和更小的運(yùn)勁 慣性，改善了車子的加速性、操控性和經(jīng)濟(jì)性。后來，這種方法被許多配備了高 轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車所采用。.還有一個(gè)解決辦法，就是采用增強(qiáng)型金屬纖維氣缸套

18、（FRM。本田在它的NSX3.2 開發(fā)動(dòng)機(jī)上采用了這個(gè)技術(shù)。它的成本和升功率在鑄鐵缸體和鑲缸套之間。 這種 解決辦法，是在全鋁的缸體上直接把金屬纖維加熱融化以后，通過特殊工藝把金屬粒子滲透到氣缸壁上，就仿佛在氣缸壁上電鍍了一層厚度只有 0.5毫米的金屬 纖維。與鑄鐵缸體相比，它能產(chǎn)生更低的摩擦阻力，因而改善了轉(zhuǎn)速和功率。同 時(shí)，金屬纖維是直接滲透到氣缸缸體里的， 所以它的強(qiáng)度非常大（相當(dāng)于整個(gè)缸 體的強(qiáng)度）。2、鈦合金連桿鈦是一種重量很輕，強(qiáng)度很大的材料，而且價(jià)格非 常昂貴，一般只在航空領(lǐng)域采用。但是，這種航空材料最終還是被應(yīng)用在了汽車 上，不過僅限于高性能的運(yùn)動(dòng)轎車，因?yàn)橹挥羞@些汽車才會為了提高性能而不計(jì) 成本的采用盡可能適合的材料。蘭博基尼的 Diablo