汽車發動機進氣歧管密封性自動檢測系統設計

李 健

(江西新能源科技職業學院，江西 新余 338000)

1 系統密封性檢測方案

進氣歧管位于汽車引擎進氣門與節氣門之間，能將空氣、燃油、曲軸箱通風油氣和廢氣按照比例分配給各缸，是保證汽車內部電氣系統穩定運行的重要部件，進氣歧管的密封性是衡量其質量的關鍵指標，因此，對其密封性檢測也是汽車生產組裝中的重要工藝環節。傳統模式下，主要采用人工作業的方式檢測進氣歧管的密封性，存在誤差率高、精準度低、效率低下等問題，為提升檢測的質量，基于西門子S7-200型PLC設計自動化的進氣歧管密封性檢測系統，選用直接壓力測試的方案：向被測進氣歧管工件注入一定壓力氣體，并用壓力傳感器實時采集進氣歧管內的壓力，反饋給PLC進行運算對比，通過氣壓差值判斷工件內是否存在泄漏點。

2 系統硬件設計

2.1 檢測功能設計

如圖1所示，本系統以西門子S7-200型PLC為核心對發動機進氣歧管密封性進行檢測，具體的功能設計包括：①氣密傳感檢測。選用LS-1822A型泄漏檢測儀，該儀器基于壓差式測量方法研制，能夠對待測件的密封性進行高效檢測。②充氣傳動功能。由兩位五通閥、密封檢測電磁閥、雙向氣缸、氣缸桿等部件構成，在PLC的控制下，上述部件可對待測進氣歧管進行充氣作業，以及氣密性測量和反饋。③檢測指示功能。主要由指示燈、報警喇叭等組成，包括正常工作指示、密封性良好指示、停止工作指示、故障報警指示4項功能。

圖1 檢測功能框圖

2.2 氣路原理設計

系統氣路原理如圖2所示，設計的氣路檢測工作過程為：氣源啟動后，氣源電控閥打開，高壓氣體通過氣管、兩位五通閥注入氣缸，由氣缸來回動作給發動機進氣歧管的5個通道充氣，待進氣歧管充滿氣體，內部達到標準檢測壓力后，氣密檢測儀在PLC的控制下啟動對進氣歧管各通路的密封性檢測。具體的檢測流程為：氣密檢測儀中的壓力傳感器適時采集進氣歧管5個通路內部的氣壓，使壓力值反饋給PLC，并將采集來的氣壓值與預設標準值進行比較，經過1 min的比較后，若采集的壓力值與預設壓力值之間不存在差異，則表明發動機進氣歧管密封性良好，同時密封性良好指示燈亮，予以提示；若經過1 min比較后，采集壓力值與預設值存在壓差，則故障報警指示燈點亮，提示密封性不足。

圖2 系統氣路原理圖

2.3 電氣控制設計

系統的電氣控制圖設計如圖3所示，鑒于西門子S7-200型PLC采用DC 24 V供電，因此系統選用DC 24 V作為所有元器件和電氣配置的供電電源。具體的電氣控制圖設計思路為：三相交流電源輸入后，經過直流穩壓產生DC 24 V電壓，通過設計電壓環路分配給PLC、指示燈、兩位五通閥、電控閥和檢測儀。具體的電氣控制思路為：電源總開關閉合后，電源指示燈點亮，由PLC控制氣源組件對進氣歧管進行充氣，之后由密封檢測儀對進氣歧管的密封狀態進行檢測。整個檢測過程中，指示燈會根據檢測的狀態進行自動指示，全部兩位五通閥、電控閥和檢測儀的繼電器也會在PLC的控制下自動運行。

圖3 系統電氣控制圖設計

3 系統軟件設計

3.1 I/O地址分配

如表1所示，系統在PLC的I/O地址分配上，包含輸入和輸出兩個部分，其中輸入部分選用I0.0和I0.1 2個地址位作為啟動和停止開關端口，I0.2～I0.6 5個地址位作為密封檢測儀的輸入傳感器端口，用于連接發動機進氣歧管的5個通路，I1.0～I1.4 5個端口連接氣缸行程開關，用于判斷充氣氣缸的工作位置；輸出地址分配上，Q0.0～Q0.3作為系統工作狀態的指示燈端口，Q0.4～Q1.0作為兩位五通閥端口，Q1.1～Q1.5作為氣缸動作電磁閥的繼電器端口，Q1.6作為故障報警喇叭的輸出端口。

表1 I/O地址分配表

3.2 梯形圖程序編譯思路

本系統采用梯形圖語言編寫程序，具體的程序編譯思路為：按下啟動按鈕后，PLC進行自檢，自檢結束后，工作指示燈點亮，提示系統進行待工作狀態，之后起源在PLC的控制下打開，向Q0.4～Q1.0 5個兩位五通閥充氣，當兩位五通閥內氣壓達到一定值后，Q0.1～Q1.5氣缸動作電磁閥通電，推動氣缸往復運動，向待測進氣歧管充氣，充氣結束后，I0.2～I0.6氣密檢測器傳感器開始實時采集待測進氣歧管內的氣壓值。經過1min測試后，若I0.2～I0.6的值為“0”，表明待測進氣歧管內部氣壓良好，不存在泄露，Q0.1輸出“1”電平，密封性良好指示燈點亮；若I0.2～I0.6中任意端口輸出的值為“1”，表明待測進氣歧管內部存在泄露點，Q0.3和Q1.6輸出“1”電平，報警故障指示燈點亮，同時報警喇叭響起。當按下停止按鈕時，Q0.2輸出“1”電平，停止工作指示燈點亮。

4 系統密封性檢測效果

采用多次檢測方案檢測系統的密封新檢測效果，具體為：選擇2個有泄露問題的進氣歧管和1個無泄露問題的進氣歧管進行5次試驗，測試充氣壓力為110 kPa，允許泄漏量小于60 mL/min，采集泄漏量和檢測響應時間2個指標，用來判斷系統的檢測效果。如表2所示，可知結果為：3個試驗進氣歧管中，1#和3#工件存在泄露情況，被準確檢測出來，且檢測響應時間均小于1 s，2#工件不存在泄露情況，測試響應時間較快，符合現場應用要求。

表2 系統密封性檢測效果表 單位：mL/min

5 結語

由檢測結果可知：本系統較好地實現了對汽車發動機進氣歧管密封性的檢測功能，且檢測的精準度、響應度和自動化程度良好，可作為汽車發動機生產制造企業現場檢測應用設備。相信隨著自動檢測技術的不斷提升，會有越來越多的同類系統被研發出來，提升汽車發動機進氣歧管的密封性檢測能效。