發動機試制輔助工裝的設計及應用

葉鵬，博士，王森

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230022）

前言

按照規定的技術要求，將若干個零件接合成部件或將若干個零件和部件接合成產品的過程，稱為裝配，前者稱為部件裝配，后者稱為總裝配。發動機裝配是整個發動機制造過程中的最后一個階段，占有重要的地位。發動機的質量最終由裝配工作保證，裝配過程不是將合格零件簡單地連接起來的過程，而是根據各級部裝和總裝的技術要求，通過校正、調整、平衡、配作以及反復檢驗來保證產品質量的復雜過程。若裝配不當，即使零件的制造質量都合格，也不一定裝配出合格的產品，反之，當零件的質量不十分良好，只要在裝配中采取合適的工藝措施，也能使產品達到或基本達到規定的要求。

在發動機裝配過程中，為保證發動機的裝配工藝性及裝配質量，一些結構比較特殊的零件，常規裝配工具無法達到裝配要求，必須設計制作專用的工裝，才能完成發動機的裝配。

1 各類輔助工裝的識別、設計及應用

1.1 缸體水道試漏工裝

2.0T+ 發動機的缸體作為發動機的核心零部件，為檢測缸體機加工質量，需對缸體水道氣密性進行檢查，根據2.0T+發動機缸體水道的分布特點，設計制作專用工裝，如下：

圖1 缸體火力面水道密封板

如圖 1，設計制作缸體火力面的水道密封板，圖中的小圓孔與缸體火力面上的缸蓋螺栓安裝孔正好對齊，完全封閉缸體火力面的所有水道孔。

圖2 排氣側水道密封板

如圖 2，設計制作排氣側水道密封板，此位置用于裝配水泵模塊組件，完全封閉缸體排氣側的所有水道孔。

圖3 出水口水道密封板

如圖 3，設計制作出水口水道密封板，圖中的小圓孔與裝配出水口時的螺栓安裝孔正好對齊，完全封閉出水口處的水道。

圖4 進氣側水道密封板

如圖 4，設計制作缸體進氣側水道密封板，此位置用于裝配機油濾清器支架組件，部分封閉缸體進氣側的水道孔，在缸體上留有一個水道孔不封閉。

進行缸體水道試漏時，首先將缸體的前后端面的兩處水道口使用碗形塞（1003105FA）密封，并將缸體的火力面、進氣側、排氣側和出水口處的水道口使用專用工裝進行密封，在進氣側預留的一個水道孔處砸入一個φ16的中空尼龍棒，尼龍棒的內徑為φ10，并在尼龍棒上裝配一根細長的橡膠軟管，將缸體完全沒入水中（橡膠軟管的末端伸出水面），使用高壓氣槍往橡膠軟管內吹氣，看是否有氣泡冒出，用以判斷缸體水道的加工鑄造質量。

1.2 缸孔變形量測量工裝

2.0T+ 發動機的缸體作為發動機的核心零部件，為檢測缸體成品的圓柱度是否符合技術要求，缸體各缸孔傅立葉變形數據是否均在標準值之下，缸體加工質量是否合格，分析缸孔變形對機油耗和發動機性能的影響。設計制作專用工裝，如下：

圖5 缸孔變形量測量夾具

圖6 缸孔變形量測量芯棒

如圖 5，缸孔變形量測量夾具根據缸體上兩個主軸承擋之間的距離，以及缸孔的直徑進行設計制作，夾具上的四個螺紋孔，可以與主軸承擋上螺紋孔完全對齊。

進行缸體缸孔變形量測量時，首先將缸蓋螺栓按照20Nm+90°－180°（反向松開）+20Nm+90°+90°的擰緊方式擰緊（裝配氣缸墊）， 將缸孔變形量測量夾具放入主軸承擋相應兩個擋之間，放入缸孔變形量測量芯棒，調整夾具的相對位置，保證夾具與缸孔的同軸度，并將夾具用螺栓固定在缸孔的四周，螺栓的擰緊力矩不宜過大，一般為20Nm，避免此螺栓力矩對缸孔變形造成影響，之后用專門的設備對缸孔的變形量進行測量和分析。

1.3 壓縮比測量工裝

壓縮比作為 2.0T+發動機的重要參數，需在發動機裝配過程中分別測量缸體、缸蓋的燃燒室容積，折算出壓縮比。由于 2.0T+發動機各缸活塞在上止點的位置時，活塞最高點

突出缸體火力面，需單獨設計制作壓縮比測量工裝。

理論計算：

V缸體測：圖a打剖面線部分，測量得出，已知

V凸：圖a標紅線以上活塞突出部分的容積

V凹：圖a標紅線以下活塞凹陷部分的容積

V工裝：圖a標紅線以上綠色框線一下的容積，已知

V缸蓋測：圖b標紅線以上藍色框線以下的容積，測量得出，已知

V燃燒室：圖b中總燃燒室容積，待求；

V缸體測＝V工裝＋V凹－V凸①

V燃燒室＝V缸蓋測＋ V凹－V凸②

整理①、②得出：V燃燒室＝V缸體測＋V缸蓋測－V工裝（不考慮缸墊）

設計制作裝用工裝如下：

圖7 壓縮比測量工裝

如圖7，使用有機玻璃，設計制作長寬高分別為100mm，100mm和8mm的長方體，在該長方體的正中間加工一個直徑為85mm，深度為4mm的凹槽。另外，在凹槽的內部再加工4個直徑為3mm的通孔，通孔的上下端面均加工出倒角。

進行 2.0T+缸體燃燒室容積測量時，首先使用干凈的棉布將缸孔，活塞頂部等擦拭干凈，并用百分表調整活塞的上止點位置，在缸孔的四周均勻涂抹黃油，用于固定壓縮比測量工裝，將壓縮比測量工裝帶凹槽的一面緊貼缸孔，因2.0T+的缸孔內徑為 85mm，可以保證測量工裝上的凹槽正好與缸孔對齊。使用滴定管將煤油均勻、緩慢地從4個通孔滴入，根據滴定管上前后兩次的讀數，得出缸體的燃燒室容積。

進行 2.0T+缸蓋燃燒室容積測量時，事先在缸蓋上預裝好氣門、氣門彈簧，氣門彈簧下座，氣門彈簧上座，氣門鎖夾，氣門油封，火花塞，使用干凈的棉布將缸蓋每缸的燃燒室擦拭干凈，在缸蓋燃燒室四周的火力面上均勻涂抹黃油，用于固定壓縮比測量工裝，將壓縮比測量工裝不帶凹槽的一面緊貼缸孔。使用滴定管將煤油均勻、緩慢地從4個通孔滴入，根據滴定管上前后兩次的讀數，得出缸蓋的燃燒室容積。

根據理論計算，得出壓縮比。

1.4 旋轉曲軸專用工裝

在 2.0T+發動機的裝配過程中，需要測量曲軸裝配完全后的靜扭矩，以及在前端正時系統裝配過程中，都需要旋轉曲軸，使用一般工具無法旋轉曲軸，需要設計制作旋轉曲軸專用工裝。

設計制作旋轉曲軸專用工裝如下：

圖8 旋轉曲軸專用工裝

如圖8，曲軸上裝有半圓鍵，旋轉曲軸工裝上設計30×5×2.5的凹槽，φ32的內徑正好與曲軸前端的外徑相同，40的孔深滿足了專用工裝完全與曲軸前端接觸，專用工裝的另一端面設計一長方體凹槽，正好與世達工具里的大號棘輪扳手相匹配，只要轉動棘輪扳手時，即可通過該專用工裝帶動曲軸一并旋轉。

1.5 氣門油封安裝專用工裝

裝配 2.0T+氣門油封，用以防止機油順著氣門導管進入到燃燒室，從而起到防止燒機油的現象，裝配氣門油封，普通世達工具無法滿足，需設計制作專用工裝。

因缸蓋加工過程中，進排氣門導管突出缸蓋的長度不同，而進排氣門油封相同，為保證進排氣門都能有效起到密封作用，進排氣門油封砸入的深度不一致，需設計制作不同的專用工裝，如圖9和圖10。

圖9 進氣門油封安裝專用工裝

圖10 排氣門油封安裝專用工裝

該專用工裝包括工作部分和手柄部分，兩者通過過盈配合的方式組合在一起，工作部分的一端內部有臺階孔，直徑較大的孔用來保證氣門油封的安裝到位；另一頭用于與手柄部分接觸，保證與手柄部分的同軸度。手柄部分的一端有一細長的臺階，用于穿過氣門油封和氣門導管，起導向作用，另一端能在工作時與施力工具（如榔頭）直接接觸并傳遞力，安裝氣門油封時，首先將手柄部分的細長端蘸取少量機油，防止安裝過程中損壞氣門油封，將氣門油封套入手柄部分的細長端，另一端施加力，并同時輕輕轉動專用安裝工具，保證受力均勻，完成裝配。

1.6 氣門鎖夾安裝專用工裝

2.0T+氣門鎖夾呈空心倒椎臺狀，內部有三凸緣用以與氣門桿配合，固定與氣門彈簧上座的相對位置，通過彈簧的彈性實現彈簧上座與氣門桿同時往復運動。裝配氣門油封，普通世達工具無法滿足，需設計制作專用工裝。

如圖11,1為氣門鎖夾安裝專用工裝的執行機構，2為氣門鎖夾安裝專用工裝的固定機構，3為氣門鎖夾安裝專用工裝的主體結構。執行機構1通過螺栓與主體機構3配合，通過旋轉螺紋，可調節執行機構1的上下位置。

裝配氣門鎖夾時，首先將執行機構1向上調節至最高處，將主體機構3伸入缸蓋，保證執行機構1和固定機構2分別放置在缸蓋的上下端，將固定機構2頂住氣門的傘端，調節執行機構1上的螺紋，保證其下端正好與氣門彈簧上座完全接觸，繼續擰緊螺紋，壓縮氣門彈簧，保證氣門桿頂端與氣門彈簧上座支架留有合適距離，放入氣門鎖夾，再反方向旋動執行機構1上的螺紋，完成裝配。

2 結論

本論文通過對 2.0T+發動機三維數模和裝配過程的識別，設計制作專用的工裝輔具，用于樣機裝配。在設計過程中，借助計算機三維建模軟件Pro-E對各專用工裝進行建模，并生成二維圖，用于指導工裝的制作。

參考文獻

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