柴油發動機投放初期技術成熟度研究

蔣巖

（一汽解放汽車有限公司 質保部，長春 130011）

主題詞：柴油發動機 單體泵 產能提升 抖動

1 前言

單體泵燃油噴射系統（FEUP）是國內為數不多的、具有自主知識產權、自主開發的柴油機電控噴射系統，匹配自主電子控制系統和先進的選擇性催化還原后處理裝置（SCR），滿足國四、國五排放法規要求，具有滿足國六排放的潛力，用于匹配重型商用車柴油發動機，主要車型包括自卸車、牽引車和載貨車。匹配FEUP柴油發動機整車在市場競爭中具有明顯的成本競爭優勢，通過不斷的持續改進，獲得了市場和廣大用戶的認可。

新產品在投產初期經歷了技術成熟期。匹配FEUP柴油發動機的北方版重型卡車車型在投放初期，市場索賠反饋有30項問題，其中前4項問題占總的索賠金額的80%，為此，重點解決排名前4項問題，即無法起動、動力不足、抖動與噪聲大和油泵漏油。柴油發動機在冷起動性能的影響因素包括起動機、供油系統與電控單體泵標定、發動機進氣系統、發動機與整車匹配的懸置系統等[1-3]。本文從電控供油系統標定、單體泵供油一致性、制造工藝與裝配工藝等環境改進，解決了FEUP柴油發動機投產初期的質量問題。

重型柴油車匹配FEUP發動機的機型主要包括6DL系列和6DM系列機型，其中匹配的6DM2系列發動機額定功率為312 kW@1 900 r/min，排量為11 L，缸徑為112 mm、沖程為145 mm，怠速轉速為650 r/min。

2 現場問題描述與原因分析

2.1 現場問題描述

現場用戶抱怨包括：一些用戶反映發動機在冬季出現起動困難，故障車聲音品質差，發動機突突，感覺缺缸，駕駛室抖動，整車動力不足，與機械泵車相比動力較差。一些用戶反映發動機在1 000～1 500 r/min、原地怠速和高怠速時，發動機有突突聲。原地伴隨駕駛室抖動，駕乘舒適性下降，而行車過程中無此現象。此外，發動機單體泵普遍存在漏油的問題。

2.2 問題原因分析

結合現場實際問題，采用魚骨圖法從制造、裝配工藝、供油系統等分析并明確了影響發動機起動、動力不足、振動噪聲和油泵漏油的影響因素，詳細見表1。

圖1 發動機故障分析魚骨圖

故障現象1：發動機無法起動。

問題：油路進空氣，阻尼閥泄漏。

原因分析：輸油泵密封不嚴、溢流閥失效、單體泵阻尼閥泄漏。

故障現象2：整車動力不足。

問題：油泵供油量不足。

原因：主要是FEUP制造精度低，噴油量小；檢測精度低，導致問題檢出率低；內腔清潔度超差，造成油路堵塞。

故障現象3：發動機在轉速1 500 r/min以下時發突、抖動，聲音異常。

問題：噴油量波動大會導致發動機轉速波動劇烈，從而產生振動和噪聲。

原因：電控數據在小油量區調速率較大，造成噴油量波動，導致發動機轉速波動劇烈，產生振動和噪聲。另外，FEUP制造精度低，噴油散差大，造成系統的循環供油量在發動機小負荷區域內變化大、不受控，導致燃燒不穩、產生噪聲。

故障現象4：油泵漏油。

問題：系統不密封。

原因分析：密封件裝配調整不到位，存在扭曲現象；密封檢測設備參數設置不當；總成檢測項目不足。

3 針對根原因改進FEUP

根據原因分析，制定詳細的改進計劃，見表1。改進計劃包含了涉及FEUP制造過程的工藝、設備、檢驗、設計、制造環節。

3.1 改進措施1-刷寫新版電控數據，解決振動大的問題

根據用戶車（用戶主觀感受較好）的振動試驗數據，確定振動評價標準。根據NVH評價指標：對于匹配FEUP系統的整車，因主觀感覺有類似缺缸性質的振動和聲音，經判斷對主觀評價影響較大的是0.5階振動，因此選擇主駕駛座椅導軌處0.5階振動作為評價指標（圖2）。主要針對0.5階進行測試和分析，找出原因并制定相關措施。

表1 FEUP改進工作計劃

圖2 座椅導軌處0.5階振動振幅

對4S店內存在振動問題的待售車進行振動測試，共三種狀態（圖3）：

原車狀態：在1 200～1 500 r/min轉速區間內主觀可感受到劇烈振動，不可接受。

新版數據：主觀感受到明顯的振動改善，客觀測量結果顯示，其振動峰值衰減約50%，異常振動轉速區間有明顯減小。通過更新小油量優化后，基本解決此車的異常振動問題。

換精調泵：基本能夠達到原車泵刷新版數據后的振動水平，轉速區間較小油量數據狀態略有放大，其振動峰值衰減約50%，振動情況改善明顯。

改善結果：換精調泵后振動情況的改善說明，制造過程油泵小油量生產一致性控制差，是導致振動和噪聲大的根本原因。

圖3 3種狀態座椅導軌處0.5階振動振幅比較

3.2 改進措施2-嚴格控制FEUP噴油量均勻度，解決振動噪聲大的問題

FEUP泵一致性的指標是單體泵的均勻度，定義為6個單體泵噴油量最大與最小之差除以平均值的百分比。現場抽查單體泵噴油量表明，小油量均勻度控制在約±30%左右，未達到標準（±15%）。隨機抽查21臺噴油泵（3點修正），油泵轉速為500 r/min時，小油量均勻度在-31.8%～45.5%之間；在油泵轉速為750 r/min時，小油量均勻度在-52.6%～63.6%之間，這兩個工況點噴油量均勻度均不合格。這一結論與市場反饋情況相符。

3.3 完善控制標準，提高單體泵生產質量，控制噴油量均勻度

按現有3點修正油量調試規范調試油泵后，低速油量超出供油特性要求，不能滿足供油量公差要求。新增2點油量控制暨采用3點修正與2點小油量工況控制的方案，出廠試驗按表2的油量控制標準執行。

表2 FEUP油量生產控制標準

現場驗證：按此標準試生產FEUP泵，抽檢30臺FEUP泵進行燃油泵專用試驗臺架油量測試，符合標準要求（圖4）。油泵臺架測試油量包括3點修正+2點小油量控制，增加400 r/min、650 r/min兩個非考核工況，測試結果表明油泵的各缸均勻度都在±2.5 mL公差范圍內。

為了驗證改進后的FEUP是否滿足要求，將上述生產線上抽取的符合均勻度要求的30臺FEUP泵，分別裝在發動機臺架上，匹配調整后的發動機電控單元（ECU），進行全工況（MAP）范圍的小油量工況均勻性測試，均滿足發動機批量生產的技術指標要求，沒有出現怠速抖動等質量問題。

圖4 FEUP-油量補償均勻度對比

根據上述FEUP泵的改進，得出如下結論：

（1）5點控制方法能夠保證小油量范圍均勻度受控。

（2）增加2點小油量補償后，考核點及增加的2個非考核點均勻度都明顯改善。

（3）進行全轉速范圍的小油量工況均勻性測試，采用5點油量補償后，小油量工況各缸均勻度在±15%以內，均勻性良好，圖5是批量生產后抽查的結果。

圖5 噴油泵-油量補償均勻度對比

3.4 實施分組裝配及現場控制，提升FEUP組合泵噴油量均勻度

FEUP組合泵組裝問題1：在生產過程中，FEUP組合泵油量下線檢測采用普通校泵臺，對單個單體泵油量初選，進行單體泵合格判定，然后隨機組合6個單體泵進行裝配，沒有實施按油量分組篩選，而且測試臺位采取人工讀取量筒油量，誤差大，控制精度低。這樣組合裝配（6個單體泵合成一起）的單體泵總成6個單體泵的噴油量散差很大，無法滿足質量要求。

整改對策：在現有測試臺對單體泵分選的基礎上增加油量大、中、小油量分組，實施分組總成裝配。采用進口單體泵全自動調校試驗臺，解決油量測試誤差的問題，提高測試精度。

FEUP組合泵組裝問題2：在整合QR碼（追溯編號）打印（位于調試合格后流水線末端）時需要人工抄寫組合泵總成編號，選擇打印油泵總成編號時，容易出現抄寫及選擇錯誤。

整改對策：修改調試數據管理系統軟件，人工更改為掃描錄入方式，系統自動查找對應QR碼，規避人工抄錯或選錯風險。

FEUP組合泵組裝問題3：生產現場現有清潔度檢測室為30萬級，不滿足國Ⅳ及以上產品的清潔度檢測要求的10萬級清潔度要求。

整改對策：按10萬級清潔度室建造，能夠實現清潔度動態和靜態取樣。

FEUP組合泵組裝問題4：油泵總成補償油量調試工序，人工讀取量筒讀數，存在一定的目測誤差，人工輸入存在輸錯風險。

整改對策：由現在的人工讀取量筒油量更改為稱重法自動記錄油量數據。

FEUP組合泵組裝問題5：電控單體泵的產品特性清單不完善，對核心外購件未充分識別影響油量一致性的特殊特性。

整改對策：對單體泵的所有的技術文件與工藝文件進行了詳細的排查與核對，梳理設計與工藝的一致性、適宜性，重新識別電磁鐵、銜鐵、傳感器、阻尼閥彈簧等核心外購件的特殊特性并明確控制要求。

4 結束語

針對FEUP國四單體泵發動機投產后的顧客抱怨質量問題，通過調研確認了發動機無法起動、動力不足、抖動與噪聲大和油泵漏油問題。通過采用魚骨圖法，提出了4項問題的根原因，即單體泵總成供油均勻性差、供油量不足、系統密封失效和溢流閥失效4大原因。

本文充分分析影響FEUP油量均勻性的因素，找出問題的共性，總結改進方法和措施，對后續平臺的改進起到借鑒作用。通過增加測試節點試驗，確定5點油量控制的方案，驗證改善措施的有效性。驗證5點油量修正補償對均勻度的改善效果明顯，此方案在國Ⅴ發動機上實施可行。現場查驗生產過程中的影響因素，組織整改以利于對改進結果的固化。總結最佳解決方案并實施驗證，推廣應用到全系列FEUP發動機。運用同步工程小組的方法，設計、工藝、生產、質保部門協同工作，全員全過程參與問題解決，解決了發動機無法起動、動力不足、抖動與噪聲大和油泵漏油問題，1MIS（1個月內千車故障率）故障率下降到了0,3MIS（3個月內千車故障率）故障率下降了35.6%，大大消除了顧客的抱怨，解決了產品索賠率居高不下的問題。