發動機快速熱試臺架研究

李迪

（上海汽車集團股份有限公司商用車技術中心，上海200438）

發動機快速熱試臺架研究

李迪

（上海汽車集團股份有限公司商用車技術中心，上海200438）

發動機熱磨合試驗系統采用模塊化設計，所有的組件都可以快速方便地替換和升級，能很好地滿足柔性化生產的需要，同時基于網絡化設計的思想，熱試系統中的每臺臺架PLC和工控機均通過網絡彼此相連，從而可以實現整個熱試過程的自動數據采集和控制，提高了試驗穩定性和生產效率。

發動機熱磨合試驗臺架

1 引言

發動機熱磨合試驗是每一臺發動機在裝配后出廠前所必須進行的一道工序。通過發動機熱磨合可以對發動機的整體性能進行檢測分析，從而判斷發動機的質量是否達到了要求。

目前，隨著市場競爭的激烈，越來越多的廠商開始采用發動機柔性生產線，實現不同型號的發動機在同一條生產線上的共線生產，這就對發動機熱磨合試驗臺提出了更高的要求。本文研制的發動機熱磨合試驗系統，軟硬件均采用模塊化設計，能夠很好地滿足發動機柔性生產的需要[1]。

2 工作原理

發動機在裝配線上裝配完畢后，運送到熱磨合試驗臺上進行熱磨合試驗。在連接水、油、電、氣接口后，點火起動發動機。在滿足生產節拍的前提下，按工藝要求完成發動機各轉速工況下的測試，并且對測試數據進行記錄和分析，以保證發動機達到相應的質量要求。發動機出廠測試的時間轉速控制曲線如圖1所示。

圖1 時間轉速控制曲線示意圖

來稿日期：2013-03-04

3 系統硬件結構設計

3.1 熱試臺架結構

發動機快速熱試臺架結構如圖2所示。該試驗臺架由臺架底座、進出件動力輥道、自動對接定位機構、油水氣自動對接模塊、臺架升降機構、排氣管自動對接模塊等組成。臺架底座用于支撐試車托盤和發動機，底座下安裝有減振器，減少了試車臺架振動對車間區域造成的影響。進出件積放輥道用于發動機進出件輸送。進件到位后，由臺架升降機構將試車托盤和進出件動力積放輥道下降定位至臺架上并同時夾緊，再由自動對接定位機構和油水氣自動對接模塊將發動機輔助系統管路與輔助系統柜的輔助系統管路進行自動對接。

圖2 發動機熱試臺架結構圖

3.2 冷卻水循環系統

圖3 熱試臺架冷卻水循環系統結構圖

冷卻水系統采用熱試臺架上帶自動調溫小水箱的方式，見圖3。小水箱上裝有電加熱器，使得小水箱的水盡快升溫到要求的溫度，以縮短熱機的時間。當小水箱的水溫達到一定溫度時，通過車用散熱器對小水箱進行降溫，保證發動機進水溫度恒定在規定范圍內（80～95℃）。冷卻水箱上設有放水閥、溢流管，冷卻水管道回流出口處裝有壓力開關。當壓力開關無動作時，設備不允許工作。冷卻水裝置與對接板的連接采用自動對接接頭連接。考慮到發動機水溫會出現異常情況，因此在發動機冷卻水的進出口處裝有溫度傳感器，對溫度進行檢測。

3.3 燃油供給系統

熱試臺架的燃油供給系統采取集中供油方式，如圖4所示。臺架上設有小油箱，起到供油緩沖作用。工廠的燃油總管與臺架小油箱連接，小油箱上設有通氣孔。發動機停機后，能將燃油管路中的燃油抽回燃油箱。供油系統與發動機進出油管的連接采用快換接頭連接。在每個熱試臺架的進油口前端安裝有燃油溢流安全閥，保證閥后燃油壓力在工作范圍內。

3.4 測控系統

該熱試臺架測控系統由6個臺架電氣單元和一個主控單元組成，每一臺熱試臺架都由一臺PLC對該臺架的熱試過程進行檢測和控制。主控單元由工控機組成，所有的試驗臺架都可以由主控單元進

行檢測和控制。各熱試臺架之間采用歐姆龍公司的Controller Link方式進行連接。主控系統則采用RS-232連接，實現對Controller Link網上的PLC進行監控，見圖5。

圖4 熱試臺架燃油供給系統

熱試臺架電氣系統由節氣門控制系統、數據測量采集系統和人機操作界面、操作板等組成。

臺架PLC選用歐姆龍公司的CJ1M-CPU21型，結構緊湊，性能穩定，并且支持Controller Link通信模塊。

節氣門控制系統采用由功放驅動閉環控制回路組成的脈沖調制方式通過PLC進行。

數據測量采集系統由壓力采集子系統(機油壓力、燃油壓力、進氣真空度等)、溫度采集子系統（進水溫度、出水溫度、排氣溫度等）、轉速信號采集子系統組成。各采集子系統通過相應的傳感器進行采集，均滿足精度要求。其結構見圖6。

圖5 發動機熱試系統結構圖

圖6 臺架PLC結構圖

人機界面選用西門子公司的TP270系列。其顯示的內容有機型、發動機機號、發動機轉速、機油壓力、燃油壓力、冷卻循環水壓力、進氣真空度、進水溫度、出水溫度、排氣溫度、磨合時間等。同時還可根據試驗工況要求進行自動控制、自動數據測量、自動數據采集等。

工控機選用研華610系列，具有防磁、防靜電、抗震等特點，電源具有極高的抗干擾能力。

線纜型Controller Link單元選用歐姆龍公司的CJIW-CLK21-V1型，通過特殊的雙絞線電纜實現臺架PLC之間的同位連接，滿足PLC之間的數據交換和上位機對PLC測控的需要。

4 系統軟件設計

工控機程序采用Visual Basic 6.0，根據面向對象的思想編寫，其主要分為數據采集與發送、數據實時顯示與報警、數據存儲3個主要模塊[2]。

數據采集與發送模塊主要是利用串行口通過VB的MSComm控件，采用歐姆龍HOST Link通信方式實現與臺架PLC之間的數據交換[3]。其通信的順序是上位機先發出命令信息給PLC，PLC再返回響應信息給上位機，每次通信發送/接受的一組數據稱為一“幀”。其發送幀格式如下：

@機號識別碼正文FCS終止符

其中，

@：幀開始標志；

機號：指定與上位機通信的PLC（在PLC的DM6653中設置）；

識別碼：該幀的通信命令碼（2個字節）；

正文：設置命令參數；

FCS：幀校驗碼（2個字符），它是從@開始到正文結束的所有字符的ASCⅡ碼按位異或運算的結果；

終止符：命令結束符，設置“*”和“回車”2個字符表示命令結束。

響應幀的格式與發送幀相似，只是在識別碼后增加了結束碼，以顯示返回命令結束有無錯誤等狀態。

數據實時顯示與報警模塊主要實現各個參數的實時監控和計算。對于超出正常波動范圍的數據立即報警，以提醒操作人員采取必要的措施，而且也可以根據實現對檢測數據的打印。其界面如圖7所示。

數據存儲模塊將每一個試驗臺架的檢測數據通過ADO（ActiveX Data Objects）技術存儲在Access數據庫中，并且可以根據要求生成相應的Excel報表，從而為對發動機進行質量監控和追溯提供了數據。

圖7 發動機熱磨合試驗系統上位機顯示界面

5 結論

該系統現已經過調試并且投入了生產。通過快速更換試車托盤上的定位夾具，該系統能夠對4種機型的發動機進行熱磨合試驗，很好地滿足了柔性化生產的需要。而且使得整個熱磨合試驗的各個組件，無論軟件還是硬件，都采用模塊化設計，有效地降低了系統升級和維護成本。

1鄭力，陳懇，張伯鵬．制造系統[M]．北京：清華大學出版社，2001．

2趙思恩.Visual Basic數據庫編程技術與實例[M]．北京：人民郵電出版社，2004．

3歐姆龍（中國）有限公司．SYSMAC CJ1可編程控制器產品樣本．2005．

Design and Manufacture of Engine Hot Test System

Li Di
（SAIC MOTOR Corporation Limited Commercial Vehicle Technical Center,Shanghai 200438,China）

Engine hot test is a necessary step for engine quality control.The hot test system designed in this paper is on the basis of modularization.Each component can be easily changed and updated to satisfy the requirement of flexible production.All equipment including PLCs and industrial PC connect each other with network so that hot test process is controlled automatically and test stability and efficiency are improved.

engine,hot test,test bench

李迪（1980-），男，大學本科，主要研究方向為發動機裝配總線。

10.3969/j.issn.1671-0614.2013.02.008