1. 前言

隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代汽車對可靠性、安全性的要求不斷提高，以及系統(tǒng)的日趨復(fù)雜化，生產(chǎn)中對發(fā)動機(jī)的快速全面診斷越來越受到人們的重視；而隨著相關(guān)測試技術(shù)的不斷進(jìn)步以及計算機(jī)處理能力的迅速提高，目前越來越多的汽車生產(chǎn)廠家，開始采用具有較快節(jié)拍、較高質(zhì)量檢測水平、較低生產(chǎn)成本的發(fā)動機(jī)冷測試來進(jìn)行發(fā)動機(jī)下線的高精度檢測，以更好的確保產(chǎn)品質(zhì)量。

由于發(fā)動機(jī)冷測試不像常規(guī)的熱試驗?zāi)菢幽軌蛘鎸嵉谋憩F(xiàn)發(fā)動機(jī)的功率和扭矩，而是通過間接的方式考察整機(jī)裝配性能，在測試過程中更多的涉及到各種參數(shù)及曲線的分析，因此，在發(fā)動機(jī)冷試驗過程中，測試項目及測試方案的選取相對而言就顯得尤為重要，需要在實際生產(chǎn)中通過實踐驗證及不斷調(diào)整來最終確定。

2. 發(fā)動機(jī)冷試驗的測試原理

發(fā)動機(jī)冷試驗是用來檢測內(nèi)燃機(jī)裝配質(zhì)量的一種方法。當(dāng)采用冷測試技術(shù)檢測發(fā)動機(jī)時，發(fā)動機(jī)不需要燃料來運行，也不需要冷卻液進(jìn)行冷卻。被測試的發(fā)動機(jī)進(jìn)入測試臺，通過氣缸或液壓缸夾緊發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣、排氣口，同時通過專用機(jī)油壓力適配器連接到設(shè)備上，用抱爪或其它夾緊機(jī)構(gòu)自動夾緊發(fā)動機(jī)的飛輪或適配器，測試臺的伺服電機(jī)驅(qū)動發(fā)動機(jī)以不同的速度旋轉(zhuǎn)，與此同時，測試系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集卡同時從發(fā)動機(jī)進(jìn)氣口、出氣口、夾緊機(jī)構(gòu)的扭矩傳感器以及主油道出口的壓力傳感器上采集數(shù)據(jù)，采集到的測試數(shù)據(jù)通過測試臺專用軟件進(jìn)行分析，然后將分析結(jié)果與測試臺已設(shè)定好的極限值進(jìn)行比較，從而確定發(fā)動機(jī)是否被正確裝配。

另外，設(shè)備通過測試程序?qū)Πl(fā)動機(jī)上相關(guān)傳感器發(fā)送執(zhí)行操作的指令，同時發(fā)動機(jī)各種傳感器及執(zhí)行器也通過CAN-Line或K-Line將反饋信號反饋給測試臺，測試臺軟件對發(fā)動機(jī)反饋的各種信息進(jìn)行一系列的分析比較，最終確定發(fā)動機(jī)各傳感器及執(zhí)行器是否正常工作。

3. 發(fā)動機(jī)冷試驗中的機(jī)械性能測試

發(fā)動機(jī)冷試驗中的機(jī)械性能測試，主要有扭矩測試（包括脫離扭矩、運轉(zhuǎn)扭矩、監(jiān)控扭矩等），進(jìn)氣真空度測試，排氣壓力測試，機(jī)油壓力測試，發(fā)動機(jī)正時測試等。

3.1 脫離扭矩測試

發(fā)動機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)到開始運動的瞬間所產(chǎn)生的扭矩，稱為脫離扭矩。脫離扭矩的檢測主要是為了確認(rèn)發(fā)動機(jī)內(nèi)部各運動部件之間是否有卡滯等情況，例如軸瓦漏裝、活塞錯裝等。如果脫離扭矩過高，設(shè)備會自動停止運行并報警，要求操作人員檢測故障所在并解決，以避免高速運轉(zhuǎn)造成發(fā)動機(jī)不可逆轉(zhuǎn)的損壞，降低生產(chǎn)報廢成本。

3.2 燃油軌檢測

發(fā)動機(jī)的燃油噴射系統(tǒng)在出廠前都會進(jìn)行一系列嚴(yán)格的測試以確保零件質(zhì)量，但在運輸及裝配過程中，不可避免的會有一定比率的磕碰及其它損傷情況，這樣，我們也就有必要在冷測試中對其進(jìn)行檢測。

一般對燃油軌的檢測方式，是向燃油軌內(nèi)通相當(dāng)于發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)汽油壓力的壓縮空氣，然后由測試程序控制燃油噴嘴逐個開啟關(guān)閉，通過檢測燃油噴嘴的開啟時間及壓縮空氣的壓降情況，來確定燃油軌的零件及裝配質(zhì)量。（圖1所示）

圖1 燃油軌檢測

3.3 進(jìn)氣真空度測試

通過安裝在進(jìn)氣側(cè)的壓力傳感器測量進(jìn)氣真空度的變化情況，可以檢測出氣門泄漏、進(jìn)氣歧管墊片的折損或漏錯裝、真空管路的連接情況等等。

圖2所示為進(jìn)氣真空度檢測裝置的示意圖。密封面一側(cè)連接的是發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管，另一側(cè)的電磁閥控制氣路走向，有壓力傳感器與氣路相通。當(dāng)不進(jìn)行進(jìn)氣真空度的檢測時，電磁閥控制閥門打開，氣道走向通往大氣，發(fā)動機(jī)正常進(jìn)氣（圖2左）；當(dāng)進(jìn)行進(jìn)氣真空度的檢測時，電磁閥控制閥門關(guān)閉，氣體通過消音器以一定的流量進(jìn)入發(fā)動機(jī)，產(chǎn)生的進(jìn)氣真空度便通過連通在消音器一側(cè)的壓力傳感器檢測到（圖2右）。

根據(jù)發(fā)動機(jī)整機(jī)測試的規(guī)劃，可以將進(jìn)氣真空度測試分為單缸測試與整機(jī)測試。所謂整機(jī)測試，即將進(jìn)氣歧管裝配好，在節(jié)氣門處連接出一管路到傳感器，對發(fā)動機(jī)整體進(jìn)氣真空度進(jìn)行測量。（圖3所示）

所謂單缸測試即不裝進(jìn)氣歧管，每個密封裝置對應(yīng)密封各個汽缸的進(jìn)氣口，分別進(jìn)行檢測；這種測試方式的優(yōu)點是精確度高，能夠迅速確定進(jìn)氣故障的根源所在，缺點是由于沒有裝進(jìn)氣歧管，無法檢測進(jìn)氣歧管的整體性能及其裝配情況。（圖4所示）

圖2 進(jìn)氣真空度檢測示意圖

圖3 進(jìn)氣真空度測試波形（多缸測試）

圖4 進(jìn)氣真空度測試波形(單缸測試)

3.4 排氣壓力測試

發(fā)動機(jī)冷測試中的排氣壓力測試，即移去排氣管，在每個汽缸對應(yīng)的排氣口安裝獨立的壓力傳感器進(jìn)行排氣端口的壓力測量。其檢測裝置和進(jìn)氣真空度的檢測裝置原理是相同的，可參考圖2。

根據(jù)不同的發(fā)動機(jī)構(gòu)造，排氣壓力測試的曲線又有多種形式。圖5所示是一種比較常見的單缸排氣壓力測試曲線，圖6所示是在缸蓋上設(shè)計有二次空氣噴射管路的排氣壓力測試曲線。

排氣壓力測試與進(jìn)氣真空度測試相結(jié)合，可以用來檢測進(jìn)排氣系統(tǒng)的缺陷，如檢測氣門安裝是否到位，汽缸是否存在漏點，活塞環(huán)是否完全張開，正時系統(tǒng)及可變正時系統(tǒng)是否正確裝配，以及凸輪軸及液壓挺柱的裝配缺陷等。

圖5 排氣壓力測試曲線

圖6 排氣壓力測試曲線

3.5 扭矩測試

在伺服電機(jī)與發(fā)動機(jī)夾緊裝置之間，有一扭矩傳感器，在伺服電機(jī)驅(qū)動發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)的時候，通過該傳感器便可以實時檢測到作用在驅(qū)動軸上的力矩。在扭矩傳感器之后，有一個超速離合器，在運轉(zhuǎn)扭矩嚴(yán)重超載的時候能夠起到保護(hù)扭矩傳感器的作用。（圖7）

扭矩測試波形如圖8。

圖8 運轉(zhuǎn)扭矩

3.6 機(jī)油壓力測試

機(jī)油潤滑是發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)過程中不可缺少的潤滑劑，如果缺少足夠的潤滑，那么發(fā)動機(jī)會產(chǎn)生劃傷、抱軸、軸瓦磨損等情況。因此在測試過程中，必須要保證發(fā)動機(jī)有足夠的機(jī)油壓力。另外，在特定轉(zhuǎn)速時機(jī)油壓力的波動值，也能體現(xiàn)發(fā)動機(jī)的某些零件的裝配情況，如主軸軸瓦，主油道等等。

對機(jī)油壓力測試，我們主要設(shè)置有監(jiān)控油壓和低速油壓、高速油壓測試。

監(jiān)控油壓主要是為了確保在發(fā)動機(jī)整個測試循環(huán)過程中，各個相對運動件有足夠的潤滑；低速油壓是為了檢測發(fā)動機(jī)主要零部件的裝配情況如曲軸、主軸軸瓦等；而高速油壓主要檢測機(jī)油泵的卸荷閥（限壓閥）是否能正確開啟，防止發(fā)動機(jī)在高速運轉(zhuǎn)時因機(jī)油壓力過高而產(chǎn)生損壞。

3.7 發(fā)動機(jī)正時系統(tǒng)測試

發(fā)動機(jī)正時系統(tǒng)的檢測是一項綜合的工作，對于有精確角度控制的發(fā)動機(jī)來講，在冷測試中可以精確的檢測到正時脈沖盤的安裝角度，因此也就非常容易的確定正時安裝是否正確。對于這種類型的發(fā)動機(jī)，我們在設(shè)置參數(shù)時，一般會將參數(shù)范圍設(shè)置為一個飛輪齒的寬度。

而目前我們大部分2.0排量以下的發(fā)動機(jī)，對曲軸位置及凸輪軸位置的檢測，并沒有精確到檢測出每一時刻凸輪軸所處的角度，這樣我們就需要通過排氣壓力、運轉(zhuǎn)扭矩等機(jī)械性能測試項，來間接的檢測發(fā)動機(jī)正時裝配是否正確。

舉例而言，我們可以檢測每一缸扭矩的零點位置所處的角度值，來判斷正時安裝是否正確；另外也可以通過排氣壓力發(fā)生轉(zhuǎn)折時的角度，來確定正時的安裝情況。

3.8 其它機(jī)械性能參數(shù)測試

對某些應(yīng)用了可變正時技術(shù)的發(fā)動機(jī)，在冷試驗時還需要進(jìn)一步檢測可變正時調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作狀況。

4. 發(fā)動機(jī)冷試驗中的電器性能測試

發(fā)動機(jī)冷試驗中的電器性能測試，主要包括發(fā)動機(jī)各種傳感器的測試、各個執(zhí)行器的測試以及點火測試等。

4.1 各種傳感器測試

發(fā)動機(jī)在整車上運行時，發(fā)動機(jī)ECU模塊根據(jù)整車ECU系統(tǒng)傳來的指令，要求發(fā)動機(jī)各個執(zhí)行器及傳感器進(jìn)行相對應(yīng)的調(diào)節(jié)工作，同時，傳感器上會有一個反饋信號線，冷試驗時對傳感器及執(zhí)行器的檢測，即是根據(jù)對傳感器信號反饋以及執(zhí)行器運作時其電壓或電流信號會發(fā)生變化來執(zhí)行檢測的。

舉例而言，節(jié)氣門在翻轉(zhuǎn)到不同位置時，會引起節(jié)氣門位置傳感器兩端電壓值的一個變化，而對于某一特定的節(jié)氣門位置，其對應(yīng)的電壓值也是有一定的范圍要求的，因此通過檢測電壓值的變化情況，便可以了解到節(jié)氣門執(zhí)行器是否正常翻轉(zhuǎn)、節(jié)氣門位置傳感器是否正常工作等等。

4.2 點火系統(tǒng)的測試

測試臺控制發(fā)動機(jī)點火系統(tǒng)工作，并通過傳感器感應(yīng)點火線圈工作過程中周圍磁場的變化，間接判斷點火系統(tǒng)的好壞。

點火系統(tǒng)的測試是一個比較復(fù)雜的測試過程，目前已有比較多的關(guān)于點火系統(tǒng)測試的文章，冷試驗對點火系統(tǒng)的測試，采取的也是比較成熟的檢測方法之一，在此不再展開描述。

5. 冷試Mapping的制作

Mapping是發(fā)動機(jī)冷試驗的一個基礎(chǔ)，它的含義就是在冷試驗臺正式投入使用之前，需要對一定數(shù)量的發(fā)動機(jī)進(jìn)行各種狀況的測試，包括合格的發(fā)動機(jī)以及模擬生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的各種類型的缺陷，通過搜集分析這些數(shù)據(jù)，來對冷試驗臺進(jìn)行相應(yīng)的驗證及調(diào)整，同時也積累對于特定車型發(fā)動機(jī)測試的初期經(jīng)驗數(shù)據(jù)，形成一套初期的冷試驗測試系統(tǒng)，并需要在后續(xù)的批量生產(chǎn)中不斷進(jìn)行總結(jié)修正。Mapping所進(jìn)行的深入程度以及對數(shù)據(jù)的總結(jié)程度，極大的影響著冷試驗臺在生產(chǎn)中能否順利使用。

6. 機(jī)油溫度補(bǔ)償

因為冷測試臺的測試結(jié)果是測試程序自動分析處理并與數(shù)據(jù)庫中已有的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較判定，而且測試臺對各種信號的測量都是屬于短時間高精度檢測，因此，一般情況下，我們要求冷測試臺處于恒溫的測試環(huán)境中。但由于發(fā)動機(jī)的運轉(zhuǎn)，機(jī)油溫度不可避免的會有所升高，機(jī)油黏度與機(jī)油溫度是一種反比的關(guān)系，這樣，在測試軟件已經(jīng)確定好的特定檢測轉(zhuǎn)速下，不同溫度的機(jī)油所產(chǎn)生的機(jī)油壓力也便會有一個很大范圍內(nèi)的波動，這種情況非常不利于我們測試標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定，也影響我們對產(chǎn)品質(zhì)量的檢測。

為了解決該問題，我們引入油溫補(bǔ)償?shù)母拍顏韺C(jī)油壓力進(jìn)行一定的補(bǔ)償，即通過利用某一個關(guān)于機(jī)油溫度的指數(shù)函數(shù)，對機(jī)油壓力進(jìn)行補(bǔ)償，將不同溫度下檢測到的機(jī)油壓力，通過該指數(shù)函數(shù)都換算到相同溫度下的機(jī)油壓力，這樣便有了一個統(tǒng)一的檢測平臺來確定機(jī)油壓力是否正確。

根據(jù)實際情況的需要，我們可以選擇使用熱電偶式溫度傳感器或者紅外非接觸式溫度傳感器對機(jī)油溫度進(jìn)行檢測。

機(jī)油壓力的修正算法為經(jīng)驗補(bǔ)償公式，公式中的相關(guān)參數(shù)將通過試驗來確定。

另外，機(jī)油溫度補(bǔ)償也可以采用以下公式

上述修正算法公式是由下述經(jīng)驗公式推導(dǎo)得到的

所以，可以通過對大量可以做為標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)動機(jī)進(jìn)行實驗，測得多組壓力和溫度的數(shù)據(jù)，再通過擬合的方法得出a、b系數(shù)值。

另外，我們還可以通過以下的修正公式表達(dá)式來表示機(jī)油壓力補(bǔ)償。

利用多項式，我們可以對大量可以作為標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)動機(jī)進(jìn)行試驗，測取多組機(jī)油壓力與對應(yīng)機(jī)油溫度的數(shù)據(jù)，然后將這些機(jī)油壓力與機(jī)油溫度帶入以上所用到的多項式，通過擬合的方法得出a，b的系數(shù)值。 (對于多項式的補(bǔ)償公式，其函數(shù)項越多，所反映的校準(zhǔn)后的機(jī)油壓力越精確，但對應(yīng)的測試程序所需要進(jìn)行的運算也越復(fù)雜，在實際生產(chǎn)中，我們一般選擇5次多項式即可滿足測試的精度要求)。

下圖9所示為機(jī)油溫度與機(jī)油壓力測試的一部分對應(yīng)值，通過這些測試數(shù)據(jù)，我們得到某油溫補(bǔ)償多項式的f(t)：

圖9 機(jī)油壓力與機(jī)油溫度散點圖

7. 冷測試臺相關(guān)的配套設(shè)施

7.1 試漏設(shè)備

由于發(fā)動機(jī)冷試驗過程中沒有汽油、廢氣排放以及冷卻水，因此某些必須在發(fā)動機(jī)實際運行中才能發(fā)現(xiàn)的漏油、漏水等缺陷，在冷試驗中無法正確體現(xiàn)，這就要求發(fā)動機(jī)裝配線上的裝配過程有嚴(yán)格的控制流程，試漏設(shè)備作為冷試驗的一種補(bǔ)充檢測設(shè)備，在其中充當(dāng)了非常重要的角色。

通過試漏，我們能發(fā)現(xiàn)發(fā)動機(jī)裝配過程中的密封缺陷，從而補(bǔ)充了冷試驗不能檢測漏油及漏水的缺陷，達(dá)到更好控制產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

7.2 裝配線的多種防錯措施

冷試驗臺是一種檢測設(shè)備，作為檢測設(shè)備，不可避免的有其不足之處，某些既有的缺陷，有可能在冷試驗過程中無法檢測，這樣，為了控制產(chǎn)品質(zhì)量，我們便需要在裝配過程中對這些可能的缺陷控制起來，例如強(qiáng)化來件質(zhì)量，加強(qiáng)裝配過程中的零件檢查及裝配防錯等。

7.3 一定比例的熱試抽檢

針對某些生產(chǎn)特殊時期，還需要抽調(diào)不同比率的發(fā)動機(jī)進(jìn)行熱試檢測，并及時將熱試發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行匯總分析，判定其風(fēng)險程度以及相應(yīng)的裝配線和冷試驗臺的改進(jìn)方案。對特定時期的發(fā)動機(jī)可以適當(dāng)提高熱試比率，并在運行平穩(wěn)后逐步恢復(fù)正常水平。

8. 結(jié)束語

發(fā)動機(jī)冷測試是現(xiàn)代發(fā)動機(jī)生產(chǎn)中的一種較先進(jìn)的測試方式，與傳統(tǒng)的熱試驗相比，它有其獨特的優(yōu)勢，能夠在快節(jié)拍的生產(chǎn)節(jié)奏下達(dá)到更精確控制發(fā)動機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量的目的，目前也正在被越來越多的發(fā)動機(jī)生產(chǎn)廠家作為發(fā)動機(jī)產(chǎn)品檢驗的方式。

在國內(nèi)，由于產(chǎn)品及零件的一致性問題，某些發(fā)動機(jī)生產(chǎn)廠家也在考慮采用介于早期的冷拖熱磨試驗與現(xiàn)代冷試之間的試驗臺架，即利用現(xiàn)階段的冷測試技術(shù)檢測關(guān)鍵點，然后再用傳統(tǒng)的熱試驗臺架進(jìn)行發(fā)動機(jī)整機(jī)的檢測，以期達(dá)到更好的質(zhì)量控制的目的。但從長遠(yuǎn)來看，高精度的發(fā)動機(jī)冷試驗仍然是發(fā)動機(jī)生產(chǎn)廠家進(jìn)行產(chǎn)品檢測的一種發(fā)展趨勢。