发动机的热磨合是发动机装配生产线中一个很重要的环节，而热磨合试验台是完成试验的必备品。选择合适的试验设备，可以更准确地记录各项监测数据，使装配线与磨合测试线合为一体，保证发动机顺利出厂。

发动机的热磨合在其生产中是非常重要的环节，在进行发动机热磨合线设计之前，首先应对主机厂的基本情况有一个了解，比如：年设计生产纲领、使用设备是否具有兼容性、投资概算及适用的法律、法规等基本信息，然后根据主机厂提供的热磨合试验规范及出厂试验台工艺流程要求，将总装线装配完毕的待试发动机，通过一个单臂吊吊装到热磨合专用小车上，再由人工将其输送至热磨合工段进行加注润滑油、齿轮油及对零部件外观检查。检查完毕后将热磨合专用小车输送至热磨合工位自动夹紧，并对冷却水进出管道、排烟管道、燃油进出接口及试验台节气门执行机构等进行连接。按试验规范实现发动机的各项试验，可快速完成各测试数据的测试。比如水温、机油压力、进气压力（MAP）、尾气排放分析值、怠速、喷油脉宽及点火提前角等数据采集，完成发动机出厂热磨合的测试任务。该技术方案可将装配线与磨合测试线合为一体，实现年产发动机20万台/双班。

设备用途及适应范围

该设备用于发动机生产厂装配完成后的发动机热磨合测试。具体可应用在发动机主机厂双顶置凸轮轴4缸发动机热磨合测试中。

发动机功率测试范围：0～150kW

发动机扭矩测试范围：0～300N m

发动机转速测试范围：500～6500r/min

适应环境条件

1．设备适应环境的温度： ≤50℃

2．环境相对湿度：≤90％RH

3．电源要求：AC220±10％，50Hz±2％

4．供给气源：0.4～0.6MPa

5．供水压力：≥0.2MPa

6．燃油压力：0.35MPa

7．起动电压：12V±1V 

测量参数

测量参数具体见表1。

表1

采集参数

转速：采集点火线圈的信号经小信号放大模块后送入计数模块进行计数，经换算后由计算机显示处理。

燃油压力：燃油压力传感器（4～20mA）的标准信号送入模块经换算送入计算机显示。

机油压力：机油压力传感器（4～20mA）的标准信号送入模块经换算送入计算机显示。

进气真空度：进气压力传感器（4～20mA）的标准信号送入模块经换算送入计算机显示。

发电机电压、电流：发电机电压、电流传感器（4～20mA）的标准信号送入模块经换算送入计算机显示。

进、出水温度：进、出水温度传感器直接送入Pt100测量模块，经换算送入计算机显示。

排气温度：排温传感器直接送入热电偶测量模块，经换算送入计算机显示。

磨合时间：系统对磨合时间能够进行自动计时。

尾气分析仪：尾气分析仪通过RS232送入计算机显示。

系统组成

按试验热磨合规范和工艺流程方案，发动机热磨合测试台由以下各部分组成：

1．基础

从发动机热磨合台周边引入冷却进出水、燃油、动力电源、起动电源及排烟管道等。

2．发动机试验托盘小车

试验托盘小车（见图1）上可安装发动机定位支架，托盘小车体采用型钢焊接，底部有精加工承压导轨。托盘小车上设置快插接头对接板（与固定在支撑架上的阴接头对接板配合），上面包括冷却液进出、燃油进回油等接头，托盘小车整体手动控制快速压紧。

图1  试验托盘小车

3．底座支撑

底座为钢结构焊接件。底座后端面设置油、水、气、电管道接口、电器线束支架及气动控制阀组。

底座作为托盘、支架等的固定台，起支撑托盘小车的拉紧等作用。主要包括滚道（具有足够的刚度，长度约为1.5m）；滚道支撑侧面安装4个可转向压紧气缸，实现发动机托盘夹紧的功能，气缸的转向角度不小于90°；滚道前端安装一个托盘拉紧汽缸，行程约为400mm；同时，滚道上面装拉紧避让装置，保证托盘的顺利进入；滚道的尽头安装快插阴接头对接板，该对接板的另一端与发动机冷却水恒温水箱、燃油油箱及压缩空气相接。

试验完毕后手动打开压缩空气阀，将发动机内冷却液吹回水箱，底座上安装接近开关，用于控制试验托盘小车的位置。

小车接送机构由推拉气缸实现，该机构在移动时应平稳可靠无冲击，移动速度可调节。小车接送机构的移动行程应大于快接模板的快接阀开启所需的行程，并有到位发信指示。在该机构的作用下，技术人员可将热试托盘拉上精定位导轨精确定位。

4．发动机支架

对于带变速箱的发动机，在支架上利用现有的发动机悬挂点进行支撑，支撑采用外购的推拉扣轴插入悬挂孔内进行固定。

5．油、水、气管道连接

管道连接部件包括发动机冷却水进出接头、发动机燃油进出快速接头和压缩空气快接组成。发动机冷却水快速接头与托盘小车自动可靠对接，燃油进出快速接头与发动机手动迅速接通，连接可靠，卸下能够自封无泄漏。燃油接头全部手动快接。油、水气管道见图2。

图2  油、水、气管道

6．发动机排气机构及排气负压总管快接机构

快接机构为连杆机构（快速夹钳式），排气快接器与发动机排气口（锥或球面）接合能够补偿发动机排气管的位置误差，在机械加紧机构的作用下，它与发动机的排气管口紧密接触，具有良好的密封效果，排气管上设有气样分析等测试接口，接口位置按发动机台架试验标准规定。法兰与排气歧管采用快换锁紧连接结构进行连接。

每个台架配备一个带消声器的废气收集管，与发动机的连接采管通过连接管件汇聚到系统排烟总管中。系统试验台中央设一个排烟箱，系统配排烟风机1～2台，排风量一般大于10 000m3/h，由排烟导流箱再通向排烟通道后从空中将废气排出。考虑到发动机不同型号排气管形状、方向等不同，发动机在磨合前安装工艺排气管快装接头。快接装置装有工作拉手，操作工人方便装拆，同时有机械自锁装置。排气快接装置用金属管与消音器、三元催化器等连接。

发动机燃烧废气通过管道排出，周围散发出的废气通过厂方内设置抽风机抽风到管道中从空中排除。抽风机的设置要考虑最大限度地收集发动机周围的废气，另外快接装置、金属管等还应考虑安全措施，热试台内部的排气配管要求采用绝热材料包扎防止高温灼伤。

7．燃油供给系统及快插系统

热试台架应采用集中供燃油的方式，台架上不设单独的供油箱。由于汽油是易燃易爆品，系统应设置供油油罐一个，四周充满黄沙，由气动隔膜泵进行泵油，当供油管路低于设定压力时，即打开小油箱加油阀，气动隔膜泵自动供油；关闭供油阀门，泵自动停止。

发动机的供油采用气动阀控制，起动点火开关时，气动阀打开，燃油自动供给。试验完毕后，供油气动阀关闭，压缩空气阀自动打开，对发动机进行吹扫。吹油采用间歇式，用时间进行控制。残油经主回油管路，流到残油收集系统。

供油系统在试验台内的配管用软管或硬管连接，软管耐压0.5MPa以上，集中向台架供给符合要求（0.5MPa）的燃油。供油系统有外置燃油泵，具有发动机燃油回油，压力调节等功能。

8．冷却水供给系统

采用集中供水方式，发动机冷却水从给定位置通过管路接到到每个台架，发动机厂负责向所有台架恒压（0.1～0.2MPa）输送冷却水(60±10℃)，并具有回水处理功能。

发动机台架应设计冷却水及回水吹扫系统，以保证台架试验系统正常工作。冷却水供给系统在试验台架内的管道用软管连接，而且软管耐压必须大于0.5MPa，耐温必须大于120℃。在发动机一侧可视范围内配备透明软管，以便观察水的流动状况，应确保热试台的水管不会混入空气。当供水气动阀开、闭以及吹水时，对应操作面板上的指示灯亮。因水温较高，各水路控制气动阀需选用耐温型。

在发动机循环水管路应设置压力、温度传感器。压力小于设定值时应停机检查。进水温度为60±10℃，不在该范围显示异常；但发动机仍然可点火，出水温度超过100℃时，应自动停机，该信号要求从ECU取出，与PLC实现联锁控制。

供水系统中气动阀具有手动和自动控制功能，能够观察进水状态。发动机试验过程中，当发动机出水温度超过80℃时，阀打开，给发动机补充水，使高温水溢出流到蓄水池，保持发动机出水温度恒定在80～90℃。

9．油门控制机构

手控油门执行机构由安装支架、拉线等机构组成。通过手动控制拉线可以控制发动机油门位置，改变节气门开度，进而改变发动机转速，达到控制热磨合工况的目的。

10．试验台气动装置

该装置可对发动机托盘小车进行加紧，对发动机冷却水管道积液进行吹扫。发动机燃油管道积液吹扫气动系统由油水分离二联件、气动控制阀组、气动截止阀及气动管路组成（油水分离两联件、气动换向阀采用日本SMC公司的产品）。

11．磨合台电气控制柜

控制柜为1 800mm标准立柜，钢制柜体，内外部表面都进行预处理，涂底漆和喷漆，控制柜内配置门位开关、冷却风扇、过滤窗及电源插座。控制柜的电源总开关设置在控制柜外边，控制柜内布线合理、美观，并标明线号，线号采用线号机打印，接线采用标准接头，保证接触良好。操作台布置在台架边，台面布置操作按钮及状态指示，内部布置PLC模块。控制柜有急停开关，所有指示元件采用直流24V电源，设备控制系统按三相五线制布线，异常停止开关采用红色压旋式。控制柜台架的电器元件要具有防水、防油的功能，各动作端和各选择按钮的动作用有指示灯显示，灯的颜色为：原始位置为绿色，动作端为黄色。重要电气元件建议采用高质量的产品，其中限位开关、接近开关及光电开关等最好自带指示灯。PLC程序具有联锁及安全保护功能，其外围电路对PLC的输出应具有可靠保护，PLC的I/O点留有10％的余量。控制柜所有电器线路使用桥架走线，防水、防油，易于维护。

12．ECU及线束支架

根据各种机型配备ECU及试验专用线束的情况，每个台位不同机型各配1套。各种型号的ECU和线束集成设计布置在试验台易操作的位置。

13．发动机起动电源系统

发动机起动采用自身启动电机，发动机输送到试验台时，人工连接起动电机电源线和控制线。起动电源系统采用DC12V电压。发电机电压、电流输入计算机显示，自动判定发电机是否合格，电压量程30V，电流量程60A。

发动机磨合试验台架设备配置见表2。

表2

试验设备的主要功能

1．控制功能

出厂磨合测试台采用计算机及PLC可编程控制器控制，在显示器上中文显示监测数据、曲线及测试台的运转状况。可通过手动微动方式改变发动机的油门，进而改变发动机转速。发动机的号码由人工手动录入。可自动测量的参数为：进水温度、出水温度、水箱温度、机油压力和发动机转速。各个参数能够自动存贮记录，完成数据的统计管理报表等功能，并同时记录发动机的磨合时间和日期，能够方便查询。

该测试台能够自动采集五气排放测试仪的参数，各个磨合试验台的数据通过PROFIBUS现场总线传送给主控计算机系统。试验台具有声、光报警装置，三色柱灯，颜色为红、黄、绿。

计算机是整个控制系统的核心，磨合时由计算机启动发动机，程控进行不同转速下的磨合试验，自动记录试验过程的数据和时间，试验完成后自动停止发动机运转。

2．工控机界面

测量过程的监控画面显示的内容有：机型、发动机号、发动机转速、机油压力、燃油压力、进气真空度、进出水温、机油温度、排气温度及磨合时间等，针对不同机型不同工况可以设置不同参数的控制范围。

工控机界面可根据试验工况要求进行自动控制、自动数据测量、数据采集、存储、编辑、数据通信及交换和绘制及打印，可在计算机上对试验条件及运转程序进行编制、编辑和修改（需要进行授权识别），可同时显示5路采集数据的实时曲线。另外，冷却液管路、燃油管路及气动系统在人机界面上有动态形象显示。所有的原始试验数据可以转换为EXCEL及文本文件（.txt）的格式。该设备具有试验完毕后试验数据动态回放功能，便于帮助技术人员诊断发动机的故障。软件采用分级管理，不同级别的操作者具备不同的操作权限，同时（管理员）可设定报警、测试上下限。

3．网络管理

网络管理系统采用S7-315 PLC+PROFIBUS现场总线组成。该系统应与热试线体网络系统兼容，并为线体网络留通信接口。该网络系统要求可靠性和稳定性高，抗干扰能力强且具有极强的开放性和扩展性，方便用户管理和维护。该系统可将发动机磨合合格的实时数据自动存储到上位机中，存储容量大，能存储20万台发动机的数据且为带有存储卡的备用存储方式。