轿车发动机装配工艺设计及质量控制

作者：上海汽车集团 顾裕弟 庄明惠    来源：雅式工业专网

欢迎访问e展厅 展厅 1 发动机展厅 汽油发动机, 柴油机, 船用柴油机, 天然气发动机, 气缸及部件, ... 轿车发动机装配工艺布局的设计 1. 上汽轿车发动机情况介绍 众所周知，轿车发动机是轿车的心脏，其产品质量的优劣直接影响整车产品性能和顾客对轿车的购买欲望。轿车企业要参与国际竞争，其发动机产品质量是关键，现在国内整车企业为提高自己的竞争能力，均拥有自己核心技术的发动机工厂。 目前市场上畅销的荣威和名爵轿车，就是因为其发动机的先进性而获得顾客极大的购买欲望。现以上海汽车集团股份有限公司乘用车公司生产的轿车发动机为例，介绍该发动机的装配工艺和关键工序的质量控制情况。 该轿车发动机共有1.8T和1.8DVVT两种款式。这两款发动机均采用直列4缸设计，双顶置凸轮轴，16气门，排量均为1.796升，不同处在於前者采用的是涡轮增压技术，最大功率为118kw，最大扭矩为215N·m；而後者采用的是可变正时技术，最大功率为98kw，最大扭矩为170 N·m。 该公司根据国内轿车的使用情况，不但研究了国外轿车发动机的先进性，而且通过学习国外发动机装配精益化、模块化的先进技术，结合企业产品特点和生产规模，设计了符合中国国情的荣威轿车发动机装配生产线。 2. 集中优势资源建立柔性装配生产线 由於市场竞争的空前激烈，顾客消费价值和消费结构的变化，顾客需求不但多样化、个性化，而且对产品功能、产品质量和可靠性要求与日俱增。面对这样的市场竞争态势，荣威轿车发动机的工艺布局即是“针对顾客需求建立适应市场竞争的柔性装配生产线”。 企业工艺布局不仅关注厂房扩建和设备更新，而且还针对顾客需求寻求上汽（集团）内部可利用优势资源，并在较短时间内将这些分散的具有核心竞争能力优势资源。通过柔性技术、信息技术、电子通信系统、自动控制系统、计算机技术以及网络技术等新技术，以最快速度、最有效方法建立既能实施柔性化生产，又能确保产品质量、制造工艺简单、生产周期短和投资成本低的轿车发动机生产线。 这样，就能综合考虑盘活固定资产存量和新增固定资产增量，令企业既能拥有大批量生产和不同批次生产时的设备组合，又能通过计算机程序调整和工装调整使一条生产线变为多条，从而响应瞬息万变的顾客需求。 3. 明确装配关键工序 实现高效质量控制 轿车发动机是由几百个零部件组成的复杂产品，国外汽车企业一般都是通过大量的资本投入，来实现这几百个零部件组合的轿车发动机生产线。这种投资方式是不适应中国国情的，也是国内汽车企业无法承受的，从而迫使荣威轿车发动机工艺布局“将企业有限资本投入到关键工序进行有效整合”。 於是，企业针对顾客关注的影响产品安全性能的关键工序，通过事前对这些影响顾客抱怨的关键工序过程能力水平的认真研究，及其对轿车发动机性能的影响程度来考虑资本的集中投入，来配置集自动检测、自动显示、自动控制及自动补偿等功能为一体的生产设备。 这些设备的配置既能防止产品关键性能失控造成人为判断错误，还能达到确保轿车发动机产品安全性和可靠性。 4. 改革物流管理 确保工艺“零缺陷” 物流管理系统对於轿车发动机装配来说显得格外重要，荣威轿车发动机为达到确保发动机产品质量、提高生产效率、降低生产成本的目标，在“工艺布局上针对物流管理再次进行变革”。 首先，充分识别顾客对物流的各种要求，并将顾客要求转化为工艺布局的基本信息。同时以顾客基本信息为基础来形成与汽车制造装配相对应的各种物料管理信息，来实现物流数据传输、数据连接和数据交换。 其次，轿车发动机生产还充分考虑工艺布局如何对各种产品物流信息形成“零缺陷”管理，及时总结出物流管理各个环节的监控要求。这样无论是顾客要货订单更改，还是工程设计更改，都能由企业物流管理部门发出信息，使企业物料得到顺利的接受、确认和反馈。 另外，轿车发动机工艺布局还充分考虑了仓库物料管理装备和信息管理系统的有机结合，并和网络信息管理系统有机联系，形成有效的企业物流管理系统，从而使轿车发动机物料系统能够及时进行产品配套、产品更新和为企业增值服务。 轿车发动机装配关键工序的质量控制 1. 关键工序的识别原则 轿车发动机一般是由机体组、曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系统、点火系统、冷却系统、润滑系统、起动系统和排放控制系统等这几个重要部分组成。确保轿车发动机装配质量，就必须从这几个方面进行分析。 发动机产品寿命周期是一个从开发、设计、制造到交付使用的全过程。一方面，设计决定产品固有质量特性，如性能、寿命、可靠性和安全性等；另一方面，设计确定的质量特性又必须通过制造来保证，市场的激烈竞争状况促使企业必须重视关键工序识别。 荣威轿车发动机识别关键项目的基本原则是：关键工序识别应建立在顾客满意基础上，其核心是通过关键工序识别确保批产时产品质量受控；应通过关键工序识别使新产品一投产就能找出风险点，减少产品质量损失，并能占领市场；关键工序识别是一项系统工程，包括人员培训、工程技术和管理技术三大类，并贯穿於企业各个管理部门。 该发动机项目通过深入研究确定的关键工序有：曲轴轴向间隙控制、曲轴摩擦力矩控制、曲轴转动力矩控制、凸轮轴摩擦力矩控制、水道和油道密封测试、整发动机水道密封测试、主轴承盖螺栓拧紧力矩控制、连杆螺栓拧紧力矩控制、缸盖螺栓拧紧力矩控制、曲轴轴头螺栓拧紧力矩控制、凸轮轴轴承盖螺栓拧紧力矩控制等。 2. 关键工序的质量控制 根据荣威轿车发动机关键工序的识别原则，确定以上严重影响产品性能的项目为关键工序，对於这些关键工序进行系统分析确定重点控制内容有这几方面。 ①零件和总成清洁度质量控制。为确保产品零件和总成清洁度质量得到控制，工厂首先制定《发动机装配零件清洁度控制标准》，并针对发动机装配零件清洁度要求选用清洗液的配方标准；其次建立适合发动机装配零件清洗使用的流水线，并要求检验人员定期对清洗液配方有效性和装配零件清洁度进行测定；同时制定相应的《装配零件清洁度考核办法》，将零件和总成的清洁度要求纳入考核范围。 ②曲轴轴向装配间隙控制。发动机曲轴轴向装配间隙直接影响发动机的性能，为确保曲轴装配间隙得到有效控制，首先制定该工序《岗位作业指导书》，并严格按《岗位作业指导书》要求对操作人员进行培训，坚决做到培训不合格不允许上岗。 其次，为确保曲轴装配间隙的正确性，工厂设计了“零缺陷”物流配送箱和制定规范的《岗位规范物流配送指导书》。要求配料工严格按配送计划定量配送，决不允许配送箱内多一个，或少一个零件，否则将对当批零件全部核查。 同时还配置专用曲轴轴向间隙测试仪，该测试仪有传感器连接，具有自动测量、自动报警、自动记录和自动进行工序过程能力研究的功能；为确保曲轴装配间隙的稳定性，还制定相应的《检测仪器检定计划》，要求检测仪器严格按规定要求进行定期周期检定。 ③为确保曲轴摩擦力矩、曲轴转动力矩、凸轮轴摩擦力矩、主轴承盖螺栓等拧紧力矩等力矩得到有效控制，工厂首先对这些关键力矩控制均制定相应的《岗位作业指导书》，并严格按《岗位作业指导书》要求对操作人员进行培训。 其次，配置专用阿特拉斯扭力扳手来实施这些关键工序的装配。专用阿特拉斯扭力扳手也是有传感器连接，具有自动扭紧、自动报警、自动记录和自动进行关键工序过程能力研究功能。 最後，为确保装配力矩的稳定性，制定相应的《关键力矩板手点检表》，要求检验人员定期进行关键力矩扳手校正；制定《关键力矩过程能力研究指导书》，要求技术人员定期对这些力矩的动态和静态性能进行研究，确定其力矩稳定性。 ④为确保发动机水道密封性、水道和油道密封性得到有效控制，工厂对这些关键工序均制定相应的《岗位作业指导书》，并严格按《岗位作业指导书》要求对操作人员进行培训，坚决做到培训不合格不允许上岗；还根据各密封性的不同要求配置不同的专用密封性测试仪，该专用密封性测试仪也有传感器连接，具有自动检测、自动报警、自动记录和自动进行关键工序过程能力研究的功能。 其次，工厂制定《专用密封性测试仪自校规范》，要求检验人员定期用标准样件对专用密封性测试仪进行校正；同时制定相应的《关键设备机械能力研究指导书》，要求技术人员定期对这些专用检具进行过程能力检查。 总之，为确保这些关键质量特性得到有效控制，企业根据产品质量特性对产品性能的影响程度，来确定生产设备和检测设备配置以及操作人员的培训要求。 3. 发动机的出厂检验 轿车发动机出厂检验一般是通过磨合试验来实施，磨合试验除检验发动机装配及制造质量外，还通过发动机冷磨合和热磨合来检查发动机性能和提高发动机使用寿命。根据发动机加工制造特点，发动机出厂磨合试运转均在总装线末端进行。 冷磨合为电机拖动。为确保轿车发动机试运转磨合有效进行，在试运转冷磨合前，首先对发动机的装配完整性，各附件安装位置及电子控制燃油喷射系统接插线位置正确性，以及传动皮带松紧度进行检查。同时按规定要求给发动机加注符合质量等级的机油和发动机冷却液，并按规定的工艺参数进行运行。 在试运转冷磨合过程中，应检查机油压力是否正常，润滑系有无滴渗油现象，发动机各部罩盖和油封有无滴渗油情况，冷却系管路有无滴渗现象，并倾听发动机有无异常声响，当发现故障时立即采取相应措施进行解决。 试运转冷磨合完成後，由继电器作用即可接通燃油电路，进入试运转热磨合。试运转热磨合是按装配工艺规定执行，通常在装配线末端进行。试运转热磨合可改进产品质量，保证第一时间将无缺陷产品送到用户手中。 试运转热磨合时，也应按规定要求对发动机进行检查。热磨合调整结束後，把该机吊离试验台架，放尽机油及冷却液，再加注符合规定的机油後入库。 轿车发动机试运转故障诊断 轿车发动机企业要提高产品质量就应开展轿车发动机缺陷模式的分析工作。荣威轿车发动机失效模式是从用户关心的产品使用性能、安全性能、可靠性能、易操作性、法律法规等方面进行考虑的。这里仅举几个缺陷模式及改进措施例子予以介绍。 1. 系统性故障 ①当1.8T发动机接好油水接头及线束ECU启动发动机後，水温到达70度时，发动机急加速无力，则故障可能是发动机漏气导致发动机进气不足导致加速无力。采取的措施是，发动机在急加速时通过打开节气门使空气进入气歧管迫使发动机进行工作。 因为荣威550带有涡轮增压，进气歧管有1个接头接涡轮增压器，歧管真空用来供给判定引擎负荷的压力讯号。发动机漏气将导致发动机进气不足加速无力，节气门出现故障将导致发动机怠速不稳。 荣威节气门带有怠速步进电机和节气门位置传感器。用排除法检查，若排除了点火故障，更换了节气门阀体故障现象还是没有消失的话，则确定故障是出在进气歧管总成里面。 ②接下来谈一个出现在1.8DVVT发动机上的故障。1.8DVVT发动机在整车厂装配进行测试後出现怠速抖动，故障是排气凸轮轴位置偏，更换进排气电磁阀後故障未消除，遂将发动机换下返回发动机厂。 工厂再次测试此台发动机，冷车启动後怠速正常无抖动。随即将转速逐步提升至3000转运行至发动机出水温度为90度时再次调至怠速，无抖动，随後急加油门後立即松开油门发动机开始抖动，整车厂抱怨故障再现。 连接开发ECU录制数据如下，怠速下，发现VCT系统不工作，发动机抖动。 VCT系统主要由调相器、VCT阀以及缸盖总成组成，故将故障分析集中在这些零件上，逐一进行检测。随机抽取一台热试合格的发动机再次热试，确认怠速稳定无抖动後，利用排除法将问题发动机VCT组件分开安在合格发动机上找真正问题所在。 根据由易到难的思路，先更换VCT阀，再进行热试，怠速抖动问题并未出现，故排除VCT阀故障。然後更换调相器，进行热试，问题也没出现，将调相器故障排除。最後对缸盖总成检测。缸盖总成中的VCT组件包括凸轮轴和单向阀。首先将原问题发动机的凸轮轴取下，安装於合格发动机缸盖中进行热试，热试结果正常，未出现怠速抖动现象。在这种情况下更换问题机缸盖中的单向阀，将该缸盖复原安装後进行热试，怠速正常，故障消除。 2. 偶发性故障 一辆发动机型号为1.8T的荣威轿车（手动变速器），热车时发动机有时出现摩擦声，如何排除故障？ 出现故障时，从发动机上部听声音，像在发动机中部，用听杆无法判断具体在哪个部件上。在试车过程中发现，若响声出现时，踩下离合器一半，响声即可消除。据此判断，故障可能在离合器分离轴承部分。 同时，在未拆下变速器之前，从下部听声音，比从上部听声音要大得多，发声点在发动机後部。拆下变速器，经检查，分离轴承正常，拨叉也正常，未见其他故障。拆下飞轮，检查发现发动机与变速器之间隔板有一处有摩擦痕迹。检查飞轮背面，见有一毛刺突出，去除毛刺装复後，故障排除。 结论 总之，轿车发动机装配工艺是一个不断更新发展的技术领域，随国内外汽车企业对轿车发动机装配工艺研究的不断深入，并针对其产品质量要求进行原因分析和制定相应的质量改进措施，必将使轿车发动机装配生产线的规划水平不断提高。(end)

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