柴油发动机投放初期技术成熟度研究

蒋岩

（一汽解放汽车有限公司 质保部，长春 130011）

主题词：柴油发动机 单体泵 产能提升 抖动

1 前言

单体泵燃油喷射系统（FEUP）是国内为数不多的、具有自主知识产权、自主开发的柴油机电控喷射系统，匹配自主电子控制系统和先进的选择性催化还原后处理装置（SCR），满足国四、国五排放法规要求，具有满足国六排放的潜力，用于匹配重型商用车柴油发动机，主要车型包括自卸车、牵引车和载货车。匹配FEUP柴油发动机整车在市场竞争中具有明显的成本竞争优势，通过不断的持续改进，获得了市场和广大用户的认可。

新产品在投产初期经历了技术成熟期。匹配FEUP柴油发动机的北方版重型卡车车型在投放初期，市场索赔反馈有30项问题，其中前4项问题占总的索赔金额的80%，为此，重点解决排名前4项问题，即无法起动、动力不足、抖动与噪声大和油泵漏油。柴油发动机在冷起动性能的影响因素包括起动机、供油系统与电控单体泵标定、发动机进气系统、发动机与整车匹配的悬置系统等[1-3]。本文从电控供油系统标定、单体泵供油一致性、制造工艺与装配工艺等环境改进，解决了FEUP柴油发动机投产初期的质量问题。

重型柴油车匹配FEUP发动机的机型主要包括6DL系列和6DM系列机型，其中匹配的6DM2系列发动机额定功率为312 kW@1 900 r/min，排量为11 L，缸径为112 mm、冲程为145 mm，怠速转速为650 r/min。

2 现场问题描述与原因分析

2.1 现场问题描述

现场用户抱怨包括：一些用户反映发动机在冬季出现起动困难，故障车声音品质差，发动机突突，感觉缺缸，驾驶室抖动，整车动力不足，与机械泵车相比动力较差。一些用户反映发动机在1 000～1 500 r/min、原地怠速和高怠速时，发动机有突突声。原地伴随驾驶室抖动，驾乘舒适性下降，而行车过程中无此现象。此外，发动机单体泵普遍存在漏油的问题。

2.2 问题原因分析

结合现场实际问题，采用鱼骨图法从制造、装配工艺、供油系统等分析并明确了影响发动机起动、动力不足、振动噪声和油泵漏油的影响因素，详细见表1。

图1 发动机故障分析鱼骨图

故障现象1：发动机无法起动。

问题：油路进空气，阻尼阀泄漏。

原因分析：输油泵密封不严、溢流阀失效、单体泵阻尼阀泄漏。

故障现象2：整车动力不足。

问题：油泵供油量不足。

原因：主要是FEUP制造精度低，喷油量小；检测精度低，导致问题检出率低；内腔清洁度超差，造成油路堵塞。

故障现象3：发动机在转速1 500 r/min以下时发突、抖动，声音异常。

问题：喷油量波动大会导致发动机转速波动剧烈，从而产生振动和噪声。

原因：电控数据在小油量区调速率较大，造成喷油量波动，导致发动机转速波动剧烈，产生振动和噪声。另外，FEUP制造精度低，喷油散差大，造成系统的循环供油量在发动机小负荷区域内变化大、不受控，导致燃烧不稳、产生噪声。

故障现象4：油泵漏油。

问题：系统不密封。

原因分析：密封件装配调整不到位，存在扭曲现象；密封检测设备参数设置不当；总成检测项目不足。

3 针对根原因改进FEUP

根据原因分析，制定详细的改进计划，见表1。改进计划包含了涉及FEUP制造过程的工艺、设备、检验、设计、制造环节。

3.1 改进措施1-刷写新版电控数据，解决振动大的问题

根据用户车（用户主观感受较好）的振动试验数据，确定振动评价标准。根据NVH评价指标：对于匹配FEUP系统的整车，因主观感觉有类似缺缸性质的振动和声音，经判断对主观评价影响较大的是0.5阶振动，因此选择主驾驶座椅导轨处0.5阶振动作为评价指标（图2）。主要针对0.5阶进行测试和分析，找出原因并制定相关措施。

表1 FEUP改进工作计划

图2 座椅导轨处0.5阶振动振幅

对4S店内存在振动问题的待售车进行振动测试，共三种状态（图3）：

原车状态：在1 200～1 500 r/min转速区间内主观可感受到剧烈振动，不可接受。

新版数据：主观感受到明显的振动改善，客观测量结果显示，其振动峰值衰减约50%，异常振动转速区间有明显减小。通过更新小油量优化后，基本解决此车的异常振动问题。

换精调泵：基本能够达到原车泵刷新版数据后的振动水平，转速区间较小油量数据状态略有放大，其振动峰值衰减约50%，振动情况改善明显。

改善结果：换精调泵后振动情况的改善说明，制造过程油泵小油量生产一致性控制差，是导致振动和噪声大的根本原因。

图3 3种状态座椅导轨处0.5阶振动振幅比较

3.2 改进措施2-严格控制FEUP喷油量均匀度，解决振动噪声大的问题

FEUP泵一致性的指标是单体泵的均匀度，定义为6个单体泵喷油量最大与最小之差除以平均值的百分比。现场抽查单体泵喷油量表明，小油量均匀度控制在约±30%左右，未达到标准（±15%）。随机抽查21台喷油泵（3点修正），油泵转速为500 r/min时，小油量均匀度在-31.8%～45.5%之间；在油泵转速为750 r/min时，小油量均匀度在-52.6%～63.6%之间，这两个工况点喷油量均匀度均不合格。这一结论与市场反馈情况相符。

3.3 完善控制标准，提高单体泵生产质量，控制喷油量均匀度

按现有3点修正油量调试规范调试油泵后，低速油量超出供油特性要求，不能满足供油量公差要求。新增2点油量控制暨采用3点修正与2点小油量工况控制的方案，出厂试验按表2的油量控制标准执行。

表2 FEUP油量生产控制标准

现场验证：按此标准试生产FEUP泵，抽检30台FEUP泵进行燃油泵专用试验台架油量测试，符合标准要求（图4）。油泵台架测试油量包括3点修正+2点小油量控制，增加400 r/min、650 r/min两个非考核工况，测试结果表明油泵的各缸均匀度都在±2.5 mL公差范围内。

为了验证改进后的FEUP是否满足要求，将上述生产线上抽取的符合均匀度要求的30台FEUP泵，分别装在发动机台架上，匹配调整后的发动机电控单元（ECU），进行全工况（MAP）范围的小油量工况均匀性测试，均满足发动机批量生产的技术指标要求，没有出现怠速抖动等质量问题。

图4 FEUP-油量补偿均匀度对比

根据上述FEUP泵的改进，得出如下结论：

（1）5点控制方法能够保证小油量范围均匀度受控。

（2）增加2点小油量补偿后，考核点及增加的2个非考核点均匀度都明显改善。

（3）进行全转速范围的小油量工况均匀性测试，采用5点油量补偿后，小油量工况各缸均匀度在±15%以内，均匀性良好，图5是批量生产后抽查的结果。

图5 喷油泵-油量补偿均匀度对比

3.4 实施分组装配及现场控制，提升FEUP组合泵喷油量均匀度

FEUP组合泵组装问题1：在生产过程中，FEUP组合泵油量下线检测采用普通校泵台，对单个单体泵油量初选，进行单体泵合格判定，然后随机组合6个单体泵进行装配，没有实施按油量分组筛选，而且测试台位采取人工读取量筒油量，误差大，控制精度低。这样组合装配（6个单体泵合成一起）的单体泵总成6个单体泵的喷油量散差很大，无法满足质量要求。

整改对策：在现有测试台对单体泵分选的基础上增加油量大、中、小油量分组，实施分组总成装配。采用进口单体泵全自动调校试验台，解决油量测试误差的问题，提高测试精度。

FEUP组合泵组装问题2：在整合QR码（追溯编号）打印（位于调试合格后流水线末端）时需要人工抄写组合泵总成编号，选择打印油泵总成编号时，容易出现抄写及选择错误。

整改对策：修改调试数据管理系统软件，人工更改为扫描录入方式，系统自动查找对应QR码，规避人工抄错或选错风险。

FEUP组合泵组装问题3：生产现场现有清洁度检测室为30万级，不满足国Ⅳ及以上产品的清洁度检测要求的10万级清洁度要求。

整改对策：按10万级清洁度室建造，能够实现清洁度动态和静态取样。

FEUP组合泵组装问题4：油泵总成补偿油量调试工序，人工读取量筒读数，存在一定的目测误差，人工输入存在输错风险。

整改对策：由现在的人工读取量筒油量更改为称重法自动记录油量数据。

FEUP组合泵组装问题5：电控单体泵的产品特性清单不完善，对核心外购件未充分识别影响油量一致性的特殊特性。

整改对策：对单体泵的所有的技术文件与工艺文件进行了详细的排查与核对，梳理设计与工艺的一致性、适宜性，重新识别电磁铁、衔铁、传感器、阻尼阀弹簧等核心外购件的特殊特性并明确控制要求。

4 结束语

针对FEUP国四单体泵发动机投产后的顾客抱怨质量问题，通过调研确认了发动机无法起动、动力不足、抖动与噪声大和油泵漏油问题。通过采用鱼骨图法，提出了4项问题的根原因，即单体泵总成供油均匀性差、供油量不足、系统密封失效和溢流阀失效4大原因。

本文充分分析影响FEUP油量均匀性的因素，找出问题的共性，总结改进方法和措施，对后续平台的改进起到借鉴作用。通过增加测试节点试验，确定5点油量控制的方案，验证改善措施的有效性。验证5点油量修正补偿对均匀度的改善效果明显，此方案在国Ⅴ发动机上实施可行。现场查验生产过程中的影响因素，组织整改以利于对改进结果的固化。总结最佳解决方案并实施验证，推广应用到全系列FEUP发动机。运用同步工程小组的方法，设计、工艺、生产、质保部门协同工作，全员全过程参与问题解决，解决了发动机无法起动、动力不足、抖动与噪声大和油泵漏油问题，1MIS（1个月内千车故障率）故障率下降到了0,3MIS（3个月内千车故障率）故障率下降了35.6%，大大消除了顾客的抱怨，解决了产品索赔率居高不下的问题。