【doc】康明斯发动机出厂性能试验中杜绝调整燃油泵油量的研究

【doc】康明斯发动机出厂性能试验中杜绝调整燃油泵油量的研究 康明斯发动机出厂性能试验中杜绝调整燃 油泵油量的研究 第27卷(2005)第1期 柴油机 DieselEngineVo1.27(2005)No.1 萑兰. 康明斯发动机出厂性能试验中 杜绝调整燃油泵油量的研究 宋正元,段晓军 (东风康明斯发动机有限公司,湖北襄樊44l004) 摘要:发动机出厂性能试验中,长期存在对燃油泵进行调整的问题,破坏了产品对 燃油泵油量参数定义的权威 性.东风康明斯发动机公司对此进行了长期研究并制定出相应的改进策略,诸如: 试验控制系统,燃油泵,发动 机装调工艺,发动机试验参数等的改进,使这一难题得到解决. 关键词:康明斯发动机;出厂性能试验;燃油泵;油量调整 中图分类号:TK4l7.Il文献标识码:A文章编号:l00l一4357(2005)0l一0028—06 ResearchOntheDelivery.inspection1_eStOfCumminSEnginesto ForbidtheFueIVolumeAdjustingofFueIPumps SONGZhengyuanDUANXiaojun (DongfengCumninsEnginesCo,,Ltd.Xiangfan441004) Abstract:Duringthedelivery-inspectiontest,therehasalwaysbeenaproblemabouttheadjus tingoffuelpumps.Thusthe authoritativenessofparameterdelimitingonfuelvolumeoffuelpumpsdeterminedbyengine sisdamaged.Lotsofresearch workhasbeendonebyDongfengCumminsandtherelevantrevisedstrategieshavebeenwork edout.Theimprovement focusedontestcontrollingsystem,fuelpumP,installationanddebuggingofengines,testpara metersandSOon,which helpedtosolvethisproblematlast. Keywords:Cumminsengines;delivery-inspectiontest;fuelpumP;fuelvolumeadjusting 1概述 发动机出厂试验中,长期存在着对燃油泵油量 进行调整的问题.原因主要是人们更多地关注发动机 在试验台架中的表现,并以生产性试验台架为基准, 对发动机性能的保证展开了一系列的改进与控制.对 于在出厂试验中出现的发动机不符合性问题,人们依 据以往的经验将之归咎于燃油泵,而在发动机试验台 架上频繁调整燃油泵;而燃油泵供货商为适应发动机 生产试验台架,又自行对燃油泵现生产工艺控制参数 做更改.从实际统计情况看,调整燃油泵供油量往 往是从低往高调整,这样使额定点,扭矩点工况供 油量比开发时增大,同样发动机性能在产品开发台架 上也有增加,其结果是在产品开发台架上实测的发动 机供油量偏大,低速扭矩大,烟度大,排气温度 高,油耗高.这种改变破坏了产品对燃油泵油量参 数定义的权威性和严肃性,也连带出诸如排放高, 功率大等问题,由此导致对整车的影响,同时燃油 泵也受到某种程度的破坏. 东风康明斯发动机有限公司(DCEC)通过三年 多来的探索与努力,于2004年2月1日起,占总 收修改稿日期:2004一lO一26 产量99%的供整车厂的发动机在出厂试验中,实现 了杜绝调整燃油泵(1%的机械仍需要调燃油 泵). 2发动机出厂试验一次合格率低的影 响因素及改进措施 2.1影响因素 造成发动机出厂试验一次合格率低的原因是多 方面的,主要因素为: a.产品试验台架与生产台架存在差异性: b.生产一致性验证行为关注程度和实施不够; C.零件供应商多,如增压器,喷油器,燃油 泵,活塞,活塞环,缸盖等,在实际开发中并 没有进行这种多组合的验证,造成很大的偏差; e.增压器,喷油器,燃油泵,活塞,活塞 环,缸盖等性能件国产化日期的分开,也造成了 这种差异性; d.发动机试验台架试验系统影响因素. 2.2相关改进措施 通过实践,总结出如表1所示的系统改进项目 和内容. 2005年1月宋正元等:康明斯发动机出厂性能试验中杜绝调整燃油泵油量的研 究?29? 表1 系统改进项目具体改进内容 试验控制系统试验台架;试验环境;其它试验控制条件 油量参数重新配试确定;油量防调装置设燃油泵 制;油量参数符合性改进与控制 发动机上止点检测方式;燃油泵装配;试发动机装调工艺 验前加机油温度控制 发动机试验系统试验系统管理;生产一致性评审 2.2.1试验控制系统改进 2.2.1.1试验台架的改进 自2003年至2004年,对所有的试验台进行了 重新购置改造,目前已经投入生产使用. 2.2.1.2试验控制条件的改造 对发动机进气系统进行改造,根据现场空间位 表2 置和台架的分布,将l2个台架的进气系统分为5套 系统,1,3,4号系统分别供应l}j},2}j},3}j}, 5}j},6}j},7}j},8}j},9}j},l0}j}9个生产型台架; 2号系统供应4}j}质量稽查台架;5号系统供应ll}j}, 12}j}产品开发台架.5套系统的控制原理都相同, 主机采用恒温恒湿机,压缩机为进I:1全封闭压缩 机,所有的温,湿度传感器,压力计,风阀及 执行器均为进I:1产品,可靠性较高.整个系统由 计算机控制. 进气调节系统供气指标由供气压力,温度, 湿度衡量.其它控制条件随台架的改造或独立进 行. 康明斯发动机出厂试验参数及相关说明见表2. 项目测点(相关简述)备注 扭拒,%士5在系统静态完全标定完成后,再进行标准发动机标定,看按DCEC内部 改进中规定 . 转速,r/min士lO是否各台架一致. 燃油消耗率改为瞬态油耗仪. 柴油温度,?4O士3在燃油泵进口处测量.DCEC标准EQC.16.94. 发动机试验前2min,节温器没有打开,水循环温度传感器康明斯目前已经改为 2min试验, 冷却水进水温度,?43~93进水温度要求控制在75"C以上,应放在旁通管位置 .目的是为了能打开节温器. 冷却水出水温度,??95在靠近发动机冷却液的出口处测量. 排气温度监测点在发动机排气管出口或涡轮增压器出I:150mm,逆气流方对应具体机型规定 向插入其中心. 进水压力,kPa25,l4O在靠近发动机冷却液的入口处测量. 进气连接管压力监测点在进气口上游150mm处测量,测头与管内壁齐平.对应具体机型规定. 机油压力监测点在主油道或有代表性的部位测量.和机油温度有关. 由定量恒温加油机将机油加热到55"C并保证在lh内对加机油温度 ,?3O,95DCEC标准EQC.16.94.完油的发动机进行试验 ,试验时机油温度在35"C以上. 增压器的压气机进口监测点在压气机进口的管壁上测量 .按照QC/T524-1999进行检测:根压力(大气压力) 据DCEC内部改进中规定,列为增压器的压气机出 口 压力监测点(中冷前压力)在压气机出口的管壁上测量.监测点.对应具体机型规定. 进气阻力,kPa2.5,5进气压力与增压器压气机进口压力的差值. 额定点中冷后的温46~3在中冷器出口测 .度,? 模拟中冷器的压降, kPal3.6(max)测中冷前后压力. 根据散热量控制其流量,2500r/rain为37kW,1500r/rain模拟中冷器的流量 为13kW. 按照DCEC内部改进中规定, QC/T524.1999检测,EQC.16-94排气背压 ,kPa<6.7在排气管出口或增压器出口75mm,测头与管内壁齐平.将与发动机相联的排气管直径从 76mm转换到102mm. 此两项较重要,燃油在经过燃油温控和油耗仪等装置后进柴油进油阻力 ,kPa12(max)油阻力相当大 ,而且管路内的气体排不出去,部分燃油温DCEC标准EQC. 16.94.控装置在燃油泵油延时关闭后 ,即使在高转速,发动机也柴油回油阻力 ,kPa3,3(max)无法吸油 ,导致停机.回油管路同样阻力太大. 进气温度,?25士2在进气口上游30~60mm处测量.按照 DCEC内部改进中规定, 进气压力,kPal00-x-0.2QC/T524-1999检测,由进气空调 进气湿度(25?,50~10试验时在不受阳光和热辐射处测量.统一保证. 100kPa下1,% 烟度计采用佛山滤纸式烟度计安装和检测标准见设备安装手册. 2005年1月宋正元等:康明斯发动机出厂性能试验中杜绝调整燃油泵油量的研 究?31? 图6RSV调速器防拆和防调结构 2_2.2.2油量参数符合性改进与控制 对不合格发动机上燃油泵进行油量符合性检测 发现,其油量符合性存在较大问题,见表4.该 机型为满足欧I的210PS,燃油泵生产流水号: 009340N2Df2002年4月生产).发动机出厂试验 中实测额定点扭矩为690Nm(产品要求565-620Nm/ 2500r/min);扭矩点扭矩为750Nm(产品要求 630-690Nm/1500r/min). 表4检测时间:2002年11月 工况气压平均油量次数均匀l235平均油量上均匀度下均匀度 r/rillnMPa要求%实测%% 1250O.126.6士0.7200土328.4272827.628.82827.973.O3.5 750O.124~-0.62oo土32626.625.626.628.226.626.66.O3.8 5600.057(23)2oo28.428.427.828.43028.828.63 5oo0.0420.6+0.82oo29.629.629.229.829.829.629.6 4ooO?l2200l2.6l2.412l2.8l3l1.812.43 375O9_3士o.72oo土l58.698.89.49.68.89.03336_34.8 looO14+2loo12.6l3.6l3l3l3l3.6l3.133 1400O.18.7士o.82oo8.28.888.48.48.48.3667 改进与控制措施如下: a.要求燃油泵供应商对油量均匀度要求进行工 艺转化,成具体的量化值,并体现在现场作业文 件中,便于调整者直接控制. b.要求燃油泵供应商保证各缸喷油量必须满足 产品要求,而不是6缸的平均油量满足产品要求. C.要求燃油泵供应商对燃油泵油量调整试验台 进行分片管理,建立一致性,达到燃油泵供货的 符合性与一致性. d.要求燃油泵供应商将供油提前角从一般项提 升到关键项,控制公差由原来的?0.5*CA提高到 ?0.3?A,以减少对发动机性能的影响. e.要求燃油泵供应商对燃油泵燃油腔系统的清 洁度,尤其是杂质颗粒大小按照满足喷油器孔径大 小原则进行控制,具体执行主机厂的标准249EQJ一 07—2000(《B系列发动机燃油系统零部件清洁度 限值》)【5】,以保证喷油器的良好雾化效果,确保 发动机出厂试验中自由加速烟度指标. f要求燃油泵供应商对燃油泵正时销螺帽拧紧 力矩有明确规定和从严控制,避免因正时销螺帽未 拧紧而造成燃油泵在装配中正时跑偏的可能,工艺 要求为33?3Nm. g.在DCEC建立完善的燃油泵检验系统,对日 常的供货进行严格的入库检验.燃油泵供应商应提 供以下数据:燃油泵标准流量(按EURl燃油泵, 210PS提供),油量复验和修正标准,现场作业 文件,燃油泵试验台的管理标准文件,每一个品 种燃油泵油量控制标准.每一批供货中必须提供两 台带油量检测数据报告的燃油泵,确保供需双方控 制标准的一致性.在异常情况下,可以使用带数 据的燃油泵进行对比检测分析. h.DCEC对在发动机出厂试验中,性能不合格 的燃油泵进行100%油量检测,做为评价燃油泵质 量的依据. 2.2.3发动机装调工艺的改进 2.2.3.1发动机上止点工艺控制方式 发动机上止点工艺控制方式由原来的推表检测 方式(缸体顶平面与活塞上止点等高)改变为压 板数字化显示的量仪检测,这是发动机提前角控制 工艺改进的关键.控制精度可提高到0.0l?A.压 板数字化显示的量仪检测过程见图7. ?圈???一图7压板数字化显示的量仪检测过程 ?32?柴油机第27卷第l期 2.2.3.2燃油泵装配(图8) C发动机采用P和P7100燃油泵,产品从一开 始就选用了圆孔无键结构(与齿轮室安装连接孔为 圆孔,无燃油泵凸轮轴半圆键)装配.目前B发 动机采用的P和P7100燃油泵已经全部由原来的腰 孔有键形式改为圆孔无键装配. 燃油泵锁紧螺母的装配力矩,对圆孔无键和腰 孔有键不同方式有不同规定.圆孔无键:P燃油泵 为150?10Nm,P7100燃油泵为195?15Nm; 腰孔有键:P燃油泵为140?10Nm:P7100燃油 泵没有这样的结构. 为解决燃油泵装配中,由于齿轮的转动所带来 的转角误差,采取了对曲轴齿轮夹具固定的方式, 保证燃油泵正时装配准确性.燃油泵燃油齿轮锁紧 螺母拧紧后做标记,以便在试验中出现性能不合格 时,通过齿轮室盖上加机油口对该处进行检验, 以判断正时是否出现跑偏.锁紧螺母标记跑偏影响 因素如下: a.锁紧螺母弹垫问题.与BOSCH件对比发 现,弹垫开口处的高点存在,弹垫厚度尺寸,表 面硬度,宽度尺寸,表面处理(摩擦系数)等都将使 燃油齿轮锁紧螺母的拧紧力矩衰减,因此在等同采 用BOSCH件的尺寸结构设计后,问题得到解决. b.孔面和燃油泵凸轮轴锥面问题.齿轮锥孔面 和燃油泵凸轮轴锥面相互贴合度不好,导致相互间 的滑动. c.燃油齿轮锁紧螺母拧紧力矩问题.不同品种 燃油泵所对应的力矩要求及弹垫相关要求不同,只 要设计中能等同采用BOSCH的相关要求和尺寸, 那么问题就得到了解决. 图8燃油泵装配崮定夹具和正时标记 2.2.3.3试验前加机油温度控制 试验前对机油温度实施控制. 2.2.4过程控制管理改进 依据康明斯的做法,通过标准发动机进行台架 间的基准传递和对试验台架进行安装评审的方式确 保发动机出厂试验系统的准确性;通过首批小批量 发动机的生产一致性试验评审,制订出生产控制标 准并在今后批量生产中进行不断修正. 康明斯公司首批小批量发动机"生产一致性"试 验评审由质量部的ACE部门进行,具体做法如下: a.产品一致性后,发放小批量L级别的产品 图,供应商据此生产一批燃油泵,例如25台; b.小批量例如25台发动机先由制造部进行 6min出厂试验; c.ACE部门对其中5,l0台进行17-20h磨合; d.ACE部门对磨合后的发动机按性能试验方法 (稳态,而非6min)进行性能试验; e.如果发动机达到产品要求,则根据(a)和 (d)试验建立的相关性,由ACE部门制定出厂 试验验收标准,即生产试验规范下发给制造部门. 反之,查找原因; 上述行为多数情况下不改产品,主要是为了建 立一个初步的相关性,通过今后的生产不断修正. 2.2.4.1试验系统管理 发动机性能试验是一专项检测,在相应的标准 中规定了发动机在台架上进行动力性,经济性及其 它重要性能试验的方法,其测试结果不仅受仪表精 度的影响,同时还受试验条件的影响.因此对发 动机台架测试系统不仅要进行各测量仪器的静态标 定,还要在试验中通过控制相关的试验条件,采 用标准发动机对台架测试系统做动态标定. a.标准发动机的使用.引进康明斯发动机初 期,在产品开发试验台架和生产试验台架间,通 过标准发动机进行台架间基准传递,但该做法没有 坚持.在改进中,原160PS的VE燃油泵标准发动 机重新启用,并重新装配一台210PS欧I标准发动 机,用于基准传递. b.基准传递路线管理.通过标准发动机进行标 定传递,传递路线是:由产品开发台架标定质量 稽查台架,然后通过质量稽查台架标定各生产台 架,通过质量稽查台架按性能试验方法进行每日稽 查的方式,对生产质量状况进行评定. c.发动机试验台架安装评审.发动机在整车上 需要评审,发动机试验台架安装也需要评审.评 审标准按照GB进行,所使用的发动机按照B发动 机试验系统所承担的最大235PS的规划进行. 2.2.4.2生产一致性评审 影响生产一致性的因素很多,在消除这些因素 后,如何正常地将产品标准转化为生产控制标准, 仍然需要做大量细致工作.由于历史问题的积累, DCEC在制订准确的生产控制标准中,做了大量的 2005年1月宋正元等:康明斯发动机出厂性能试验中杜绝调整燃油泵油量的研 究?33? 交叉试验查证工作,主要有台架的相关试验, BOSCH燃油泵批量相关性试验,不同厂家的国产 燃油泵的批量相关性试验等.以完成产品开发试验 台架与生产试验台架相关性验证;发动机试验台架 相关性验证. 3总结 真正做到杜绝调燃油泵行为,必须从以下几方 面入手:改变观念,改进关键环节,确定生产控 制标准,重视相关性影响因素. 燃油泵作为一个关键的,弱势的,"方便" 的零部件,在不同的生产及销售环节中屡屡被调整 油量,以达到载体的某种程度上的需求.生产出 满足排放标准要求的整车,就控制过程而言,关 键在于不调燃油泵,并以此开展一系列有效的改进 和基础工作,这些需要得到整车和主机厂支持和实 施.因此我们呼吁,在生产,服务及使用中,任 何调整燃油泵行为必须得到燃油泵生产厂家专业性 的援助;燃油泵生产厂家为了维护自身利益,应 该首先对燃油泵进行结构性防调装置设计和应用 (防调梅花螺栓);对于在发动机试验前不具备上 燃油泵油量防调装置的主机厂,应该下决心在发动 机试后,对燃油泵各油量调整点加装防调装置, 维护发动机厂和燃油泵厂家的共同利益,这样才能 生产出真正意义上的,满足国家法规的产品. 参考文献 [1】东风康明斯发动机有限公司产品标准PESO18~(DCEC燃 燃油泵防调规范(草稿)》 [2】东风康明斯发动机有限公司产品标准《康明斯B系列柴 油机装配,调整,试验规范》 [3】东风康明斯发动机有限公司产品试验报告《关于6CT8.3- C215生产试验与标准试验之间差异的相关性试验研究》 [4】东风康明斯发动机有限公司产品标准《东风康明斯B/C 系列柴油机安装推荐》 『5]5宋正元.康明斯发动机燃油系统零部件清洁度标准的制定 与改进控制[J].柴油机,2001,(3) ,,,,,,,,,,,,,, (上接第23页) 情况下,天冠运输公司在两辆十通玉柴自卸柴油车 上进行行车试验,分别燃用纯柴油和E10乙醇柴 油,单台行车累计里程约5万km,对试验的测试 评价,集中于环保,技术及经济方面.试验结果 表明,使用车用乙醇柴油,机车具有良好的操作 和可驾驶性,动力加速性能没有明显变化,尾气 烟尘排放有明显减少,当车辆处于爬坡,加速时 尤为明显. 行车试验过程中还进行了纯柴油和乙醇柴油的 调换试验,没有发现与燃油有关的故障.另外还 进行了不同车速下百公里油耗测试,结果见图3. 从该实验结果可以看出,混合燃料El0的百公里质 量油耗比使用柴油时增加不多,这一点与台架试验 的结果是相吻合的. 要 8 耀 景 m}j 血 5结论 a.在柴油中加入lO%,15%的燃料乙醇,同时 加入天冠集团开发的助溶剂,可以形成均匀,透 明,稳定期较长的混合燃料; b.混合柴油的理化性质与纯柴油的性质较接 近,不改动柴油机的情况下,可以直接使用; c.柴油机使用混合柴油后,动力性能有所下 降,质量比油耗有所增加,但变化的幅度一般能 被用户所接受; d.行车试验表明驾驶员对使用乙醇柴油的车辆 性能表示满意,柴油机使用乙醇柴油混合燃料后, 排气烟度,CO及NO排放都有不同程度的降低; e.在我国大力推动燃料乙醇产业发展的情况 下,对乙醇柴油进行深入研究,尽快开拓车用乙 醇柴油市场是非常必要的,对改善大气环境,解 决石油资源日益短缺及国家能源安全具有重要意 义. 参考文献 [1】刘铁男.蓄势待发的中国燃料乙醇产qv[c].国际燃料酒精 技术交流会议,2001 [2】刘志中,许世海.液体燃料的性质及应用[M】.北京:中 国石化出版社,2000 [3】何学良,詹永厚,李疏松.内燃机代用燃料[M】.北京: 中国石化出版社,1999