浅析发动机曲轴回转力矩检测

王东鑫　张亮

摘 要：发动机在将活塞连杆装配结束后，需要进行活塞连杆总成力矩检测；测试的主要内容包括：启动扭矩，平均扭矩，最大扭矩；检测可以有效的反应各个运动件的装配情况，运动件之间的配合是否在工艺要求范围内，相互连接的接触面是否存在卡滞和异响，运动件之间的配合松紧程度是否满足要求；活塞连杆的装配对于发动机装配是非常重要的，通过力矩检查，可以有效的降低发动机内装的返修率，提高发动机整体的下线合格率。

关键词：发动机；曲轴回转力矩检测

一、曲轴回转力矩检测的内容

曲轴回转力矩检测的内容包括：曲轴和活塞连杆总成启动力矩，曲轴活塞连杆最大回转力矩，曲轴活塞连杆平均回转力矩。通过伺服电机带动曲轴活塞连杆转动，电机拖动总成转动后，根据与伺服电机绑定的扭矩传感器的反馈数值，设置适当的采样频率，将采集的数据存储在设备工控机上；

（一）曲轴和活塞连杆启动力矩

曲轴和活塞连杆启动力矩是其从静止到运动的一瞬间的力矩，力矩反应了曲轴和轴瓦之间的压紧程度以及活塞与缸壁之间的润滑情况；连续采集136个启动力矩样本，规范要求回转力矩≤20Nm其如图1折线图蓝色曲线表示从图中可以看出，最小的启动力矩8.56Nm，最大启动力矩12.41Nm。

（二）曲轴和活塞连杆最大扭矩

曲轴和活塞连杆的最大扭矩，就是在回转力矩检测过程中检测到回转过程中的最大扭矩，如果活塞环装配没有到位，活塞环有可能已经将缸壁的内部划伤，此时采集的数据会突然急剧增大；连续采集136个最大力矩样本，规范要求回转力矩≤20Nm其如图1折线图橙色曲线表示

（三）曲轴和活塞连杆平均扭矩

曲轴和活塞连杆的平均扭矩，就是在回转力矩检测过程中检测到回转过程中的在设置的驱动转速下获得的扭矩，平均扭矩反映了曲轴和活塞连杆的装配质量，活塞与活塞销运动灵活性，连杆与曲轴运动灵活性，曲轴与去轴瓦运动灵活性，活塞与缸壁的摩擦情况的运动情况；连续采集136个最大力矩样本，规范要求回转力矩≤20Nm其如图1折线图灰色曲线表示：

二、曲轴回转力矩检测的分析

（一）从图1曲轴和活塞连杆启动扭矩可以看出主轴承盖的压紧力不够均匀，因为在主轴承盖拧紧时一般采用分主轴承盖拧紧，拧紧时是先从中间两档拧紧，然后在拧紧两边的主轴承盖，拧紧结束后所获得的扭矩不一致，导致启动力矩存在较大差值。如图2所示，1，2一组；3，6一组；4，5一组；8，9一组；7，10一组，如果要获得相对稳定的启动力矩，可以采用全轴拧紧即针对主轴承盖拧紧采用10根轴同时拧紧，获得的拧紧力矩比较一致，并能消除由于彼此非同步拧紧而获得的应力，拧紧后所获得的主轴承盖与曲轴的压紧力也比较一致，在进行测试时，获得的启动力矩波动会较小。

（二）从图1中曲轴和活塞连杆最大扭矩和最小启动力矩之间的扭矩差值为：2.92Nm，如果最大力矩过大，则说明活塞与缸壁之间静摩擦过大；如果最大力矩超出设计所限定范围，可能活塞环与缸壁之间摩擦过大，说明活塞环装配不合格，活塞环发生了变形，出现这种情况，发动机需要返修；最大扭矩与启动扭矩进行比较，如果启动扭矩较小（力矩在范圍内），最大扭矩过大（力矩在范围内），说明拧紧质量合适而润滑不良；

（三）从图1中曲軸和活塞连杆平均扭矩可以看出初始装配一致性不好，此处的一致性差并不会影响发动机的运转，因为在内装过程中；轴瓦的尺寸是选配的，活塞是选配的，使轴瓦，曲轴轴颈，缸体轴颈获得相对合适的配合间隙；如表1显示活塞与缸径之间的选择关系；如表2显示了曲轴与主轴承盖之间的选瓦关系；

从图1中可以得出，说明装配的内装发动机在装配了曲轴活塞连杆总成所获得的稳定的回转力矩的一致性存在较大差异，由于平均扭矩是设备伺服电机带动总成在均匀的转速下获得的真实扭矩，所以这样差异充分反应了选配关系，活塞与缸孔的配合间隙差异，主轴承孔和曲轴主轴径油膜间隙差异

如图1所示，启动扭矩，最大扭矩，平均扭矩的关系图，从图中可以看出平均扭矩分布在7.0—8.0之间的较多，最大扭矩分布在10.0—12.0之间的较多，启动扭矩分布在9.0—11.0之间的较多，根据这些数据的分布情况，可以总结出发动机最佳的回转力矩分布范围，从而获得提高发动机装配水平的方法。因为在装配合格的情况下，获得的启动扭矩，最大扭矩，平均扭矩越小，越集中，越接近，证明发动机主轴孔，缸孔的加工质量一致性越好，精度控制越好； 所选择的轴瓦越合适，所获得的油膜和润滑越合适；反之，如果不控制机加工质量，那么所获得的回转力矩的波动会极大。

三、曲轴回转力矩质量分析

（一）图3显示平均力矩变小，检查主轴承盖的拧紧质量，和分析此批零部件的机加工质量都在合格的范围内，证明此批发动机的装配质量，加工质量持续上升，应当保持。

（二）图4显示平均力矩变大，证明此批发动机的装配质量，加工质量持续下降，应当改进；检查主轴承盖的拧紧质量，和分析此批零部件的机加工质量是否在合格的范围内，零部件可能出现了批量问题。

（三）图5显示平均力矩出现波动，证明此批发动机的装配质量，加工质量不稳定，应当改进检查主轴承盖的拧紧质量，和分析此批零部件的机加工质量都在合格的范围内，零部件可能出现了批量问题， 问题有可能是机加工零部件问题，有可能是轴瓦尺寸问题等

四、结语

从曲轴和活塞连杆回转力矩的数据分析可以充分的分析发动机内装的质量趋势，并针对这些趋势去提前实施一些关键的提升质量的方法，可以大大提升发动机的装配质量；折线图有上升的趋势，回转力矩偏大，但仍在合格范围内，及时实施措施，避免批量质量的发生；回转力矩变小，及时实施措施，记录此时的好的加工质量的影响因素，可以获得质量保证的宝贵经验；回转力矩发生波动，应及时调整措施，会同机加工，装配，零部件供应商一起解决，找到问题原因；质量控制是一个变化的过程，在合格范围内，并不代表没有问题，要及时分析，使质量控制趋于稳定状态。发动机质量控制应该从采集的数据分析趋势上解决问题，而不是出现问题后去找原因，把质量问题扼杀在萌芽状态。