冷试技术在发动机装配线的应用研究

彭加强，马保仁

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州 545007）

冷试技术在发动机装配线的应用研究

彭加强，马保仁

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州 545007）

发动机冷试技术作为一种新型的发动机装配质量在线检测技术，具有测试时间短、精度高、成本低、污染少等优点，在国内被越来越多的汽车厂商引入到发动机装配线上。以某发动机工厂装配线为例，阐述冷试基本概念、冷试主要测试项及测试过程中常见故障现象，并详细对冷试中机油压力检测、扭矩检测、正时检测、点火检测、振动检测、OCV检测及排气压力检测关键技术进行了研究。

发动机；冷试；关键技术

随着科学技术的进步，发动机冷试技术日趋成熟。由于传统的发动机热试试验时间长、使用成本高、产生污染等不足，目前发动机试验技术日益朝着以冷试试验为主，冷试和热试相结合的方向发展，这是当今世界各国汽车发动机生产试验的一种新潮流和发展趋势[1]。冷试与热试结合应用，既可以提高在线检测的效率，又能通过优势互补来严格控制发动机装配质量。本文对冷试中油压、扭矩、正时等关键技术进行研究，以期对冷试技术原理分析，使读者更加清晰的认识和理解发动机冷试技术。

1 冷试概念

冷试是一种对发动机装配质量进行综合检测的技术。在冷试开始时，完成必要装配后（一般是装配到发动机飞轮时）的发动机进入测试站，由冷试台架上的电机驱动装置拖动飞轮进行运转，由扭矩法兰控制发动机在不同的转速下运转，在不同检测阶段，通过安装在冷试试验台上的各种传感器采集相关信号，测试软件对信号进行处理后将测试值同标准值进行对比分析，进而判断发动机装配质量是否达标。因发动机在试验中不加入燃油，不存在燃烧，试验结束后发动机温度不高，故简称为冷试[2]。发动机冷试测试中通常包含以下几个主要检测项目：机油压力检测、扭矩检测、正时检测、点火检测、振动检测、OCV检测以及排气压力检测。根据不同发动机制造厂商，冷试检测项目也会有所差别。图1为该工厂冷试台架。

图1 冷试台架

2 冷试主要测试项

常见的冷试台架一般会对发动机机油进行压力检测、扭矩检测、正时检测、点火检测、振动检测、OCV检测及排气压力检测，但因不同汽车厂商不同，具体测试项目也不尽相同，例如，一些工厂测试时是带进气歧管进行测试，而一些工厂是不带进气歧管测试，图2是该厂发动机的主要测试项，详细描述了测试过程中具体阶段对应的发动机转速。

图2 测试项与发动机转速对比图

3 发动机关键检测技术

3.1 机油压力检测

机油压力检测在冷试中是很重要的一项测试，该检测分三个阶段检测，分别是：中速800 rpm、高速1 500 rpm和低速200 rpm，发动机在进入检测工位前注入适量机油，其机油压力检测是通过安装在台架上的压力传感器（公头）与安装在发动机主油道上的油压接头（母头）对接来测量的，台架上有两个测试传感器：高速和低速，用于检测不同转速对应的发动机机油压力值，由于发动机内部的油压跟油温有关，因此，在机油压力检测过程中，为了让压力传感器所测得的油压值如实反映发动机实际工况下的真实值，必须使用机油温度对机油压力进行修正。在冷试试验台上，通过采用油温传感器检测机油滤清器处的机油温度，再结合测试软件将所检测到的油温对油压进行补偿。机油压力检测曲线，如图3所示。图中曲线显示了发动机在不同转速下的机油压力值。故障曲线为漏装主轴承盖的情况下所引起的油压值过低，如图4所示，通过机油压力检测可以发现机油泵、机油滤清器是否有故障，油路是否堵塞，主轴瓦、连杆轴瓦漏装以及间隙不当等缺陷[3]。

图3 机油压力曲线

图4 机油压力不合格曲线分布

3.2 扭矩检测

扭矩检测分三个阶段检测，分别是：启动扭矩检测、持续阶段监控、低速扭矩检测。

具体方法为：在冷试测试驱动机构电机驱动轴上安装一个扭矩法兰来测量发动机的驱动扭矩[1]。由于电机的正拖及发动机的反拖作用，引起应变片的变化，从而采集到发动机的扭矩数值。在压缩冲程中，活塞从BDC（下止点）向TDC（上止点）运动，气体在汽缸内被压缩，扭矩曲线处于上升过程。当到达TDC（上止点）时，发动机内的气体产生反作用力，发动机带动电机旋转，扭矩曲线处于下降过程，如图5所示。通过对扭矩曲线的最大值、最小值、平均值、最大最小振幅等指标进行对比分析，可以发现是否漏装轴瓦、活塞是否有缺陷、活塞环是否缺失、运动副间是否有异物、进排气门是否泄漏等故障缺陷。

图5 扭矩曲线

3.3 正时检测

正时检测主要是对曲轴及凸轮轴信号进行检测，其检测方法是：通过霍尔传感器采集曲轴及凸轮轴转角信号，并将霍尔传感器输出的数字信号处理并转化成冷试系统的电信号。冷试系统中，曲轴及凸轮轴信号的检测是根据测试发动机本身的正时系统来进行程序设定的，通过凸轮轴信号与曲轴信号相对应，检测发动机凸轮轴传感器的电压脉冲。

由测试计算机对从发动机凸轮轴传感器采集的信号进行分析，当发动机的正时系统存在故障时，其在计算机上显示的信号图示将会出现凸轮轴信号与曲轴信号错位。正时检测主要是用来判定发动机的正时系统是否存在故障，如装配时，链条上正时标记未与正时链轮标记对齐，则会出现正时链条错齿等缺陷。在图6所示正时检测中，我们可以看到故障曲线与合格曲线发生了错位，经检查发现是由于发动机正时链轮处链条逆时针错装一齿所引起的。

3.4 点火检测

在冷试点火测试中试验中，冷试台架系统提供12 V的点火电压以模拟发动机的正常点火状态。当点火测试时，系统向点火线圈发送信号，点火线圈接收到点火信号以及系统供给的点火电压后，将能量向火花塞传递，火花塞开始点火。冷试中的点火检测正是利用了点火线圈中初级线圈和次级线圈之间的相互感应这个特性来进行检测的，通过磁场传感器来感应点火过程中磁场的变化情况，并记录感应的波形[2]。

图6 正时曲线_链条错齿

点火检测波形图，如图7所示。其主要监控点火过程点火持续时间、点火宽度、点火峰值等信息，通过对比测试值与参考值的变化来判断发动机是否正常点火。点火峰值反映的是火花塞要产生火花所要积蓄的能量的大小，而点火宽度反映的是火花持续的时间。通过分析所测波形的峰值、持续时间，可以对点火系统是否存在故障做出判定。通过点火检测可以发现火花塞间隙不适当、点火线圈中初级线圈和次级线圈的匝数不对、点火线圈断路等故障。

图7 1缸点火百分比

3.5 振动检测

在振动检测过程中，主要是靠安装在测试台架上的3个振动传感器来感应发动机振动情况，振动传感器分别安装在发动机链侧、发动机缸盖侧、飞轮侧，振动传感器将振幅传给处理器，经二阶滤波及测试软件处理后转化为电信号，通过对比实际值与参考值来判定发动机是否合格，是否因装配缺陷造成异常振动，正常波形如图8所示，图9显示了未安装连杆轴瓦造成振动值偏大的情况。

图8 缸盖侧振动曲线

图9 正时链侧振动不合格曲线

3.6 OCV检测

OCV检测原理主要是台架系统提供5 V电压给发动机OCV，在高速1 500 rpm条件下连续测试10个发动机工作循环，通过检测发动机在10个循环内相位角度是否能按要求改变，从而测试OCV是否正常工作。图10为正常测试OCV曲线。一般故障现象为在规定的循环内，OCV不能改变相应的角度，从而判断OCV工作不正常。

图10 OCV曲线

3.7 排气压力检测

排气压力检测通过安装在排气口位置的压力传感器来检测排气压力值，其检测原理跟进气压力检测类似。进排气压力测试时，冷试台架系统发送TDC（上止点）命令给传感器，传感器开始在曲轴角度位置720℃内开始采集一个运转周期内的进排气压力值，同时结合TDC（上止点）信号，在数据采集卡上对所采集到的数据进行分析计算，得出相应的压力值与曲轴位置对应关系[3]。排气压力检测中，根据发动机中排气口状态的不同，也有多个传感器和单个传感器的测量方式之分。本文研究的是多个传感器的情形，即每个排气口安装独立的传感器，采集到发动机单缸的波形，如图11所示。

通过排气压力检测，对排气压力波形图中的峰值、峰值对应曲轴角度位置等明显的特征值分析，可以检测出气门泄漏、活塞环漏装、活塞环装配不当、正时不对等故障。

图11 排气压力曲线

4 结束语

在冷试试验中，使用了大量高精度传感器和强大的数据收集处理软件，测试精度高，结果准确，易于分析，冷试技术在发动机装配质量在线检测中充分体现出了它的优越性。目前国内热试技术已比较成熟，已具备自主生产热试试验设备的能力，但国内冷试技术尚处于起步阶段，国内许多汽车厂商所用冷试台架基本都从国外进口。对冷试中的关键技术进行的分析和研究，对国内汽车发动机工厂冷试测试有较大的帮助，同时也为冷试台架的后续研发作了一个铺垫。

[1]朱敏慧.携手东菱振动—ATW冷试技术落户中国[J].汽车与配件，2008（21）：49.

[2]李鹤翔.长缸冷试技术在发动机生产上的应用[J].吉林大学学报，2008（9）：1-67.

[3]余世福.汽油发动机点火正时及故障模式的仿真模拟研究[J].四川大学学报，2005（4）：100-103.

Engine Cold Test Technology Studies in Assembly Line

PENG Jia-qiang，MA Bao-ren

（SAICGMWuling Automobile Co.，Ltd，Liuzhou Guangxi545007,China）

The engine cold test as a new type of on-line detection technology for engine assembly quality,is characterized with advantages such as short test time,high accuracy，low cost,less pollution，etc，and therefore is introduced to the engine assembly line bymore andmore automobilemanufacturers.This paper taking an example of one engine plant.Itelaborates the conceptof the cold testand the theory ofdefectmapping,meanwhile key technologies in cold test,like oil pressure test,torque test,timing test,ignition test，OCV test,exhaust pressure testwill researched in detail.

engine；cold test；key technology

U464

B

1672-545X（2014）04-0118-04

2014-01-06

彭加强（1987—），男，重庆垫江人，工程师，工学学士，研究方向：发动机拧紧与测试技术。