冷試技術在發動機裝配線的應用研究

彭加強，馬保仁

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

冷試技術在發動機裝配線的應用研究

彭加強，馬保仁

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

發動機冷試技術作為一種新型的發動機裝配質量在線檢測技術，具有測試時間短、精度高、成本低、污染少等優點，在國內被越來越多的汽車廠商引入到發動機裝配線上。以某發動機工廠裝配線為例，闡述冷試基本概念、冷試主要測試項及測試過程中常見故障現象，并詳細對冷試中機油壓力檢測、扭矩檢測、正時檢測、點火檢測、振動檢測、OCV檢測及排氣壓力檢測關鍵技術進行了研究。

發動機；冷試；關鍵技術

隨著科學技術的進步，發動機冷試技術日趨成熟。由于傳統的發動機熱試試驗時間長、使用成本高、產生污染等不足，目前發動機試驗技術日益朝著以冷試試驗為主，冷試和熱試相結合的方向發展，這是當今世界各國汽車發動機生產試驗的一種新潮流和發展趨勢[1]。冷試與熱試結合應用，既可以提高在線檢測的效率，又能通過優勢互補來嚴格控制發動機裝配質量。本文對冷試中油壓、扭矩、正時等關鍵技術進行研究，以期對冷試技術原理分析，使讀者更加清晰的認識和理解發動機冷試技術。

1 冷試概念

冷試是一種對發動機裝配質量進行綜合檢測的技術。在冷試開始時，完成必要裝配后（一般是裝配到發動機飛輪時）的發動機進入測試站，由冷試臺架上的電機驅動裝置拖動飛輪進行運轉，由扭矩法蘭控制發動機在不同的轉速下運轉，在不同檢測階段，通過安裝在冷試試驗臺上的各種傳感器采集相關信號，測試軟件對信號進行處理后將測試值同標準值進行對比分析，進而判斷發動機裝配質量是否達標。因發動機在試驗中不加入燃油，不存在燃燒，試驗結束后發動機溫度不高，故簡稱為冷試[2]。發動機冷試測試中通常包含以下幾個主要檢測項目：機油壓力檢測、扭矩檢測、正時檢測、點火檢測、振動檢測、OCV檢測以及排氣壓力檢測。根據不同發動機制造廠商，冷試檢測項目也會有所差別。圖1為該工廠冷試臺架。

圖1 冷試臺架

2 冷試主要測試項

常見的冷試臺架一般會對發動機機油進行壓力檢測、扭矩檢測、正時檢測、點火檢測、振動檢測、OCV檢測及排氣壓力檢測，但因不同汽車廠商不同，具體測試項目也不盡相同，例如，一些工廠測試時是帶進氣歧管進行測試，而一些工廠是不帶進氣歧管測試，圖2是該廠發動機的主要測試項，詳細描述了測試過程中具體階段對應的發動機轉速。

圖2 測試項與發動機轉速對比圖

3 發動機關鍵檢測技術

3.1 機油壓力檢測

機油壓力檢測在冷試中是很重要的一項測試，該檢測分三個階段檢測，分別是：中速800 rpm、高速1 500 rpm和低速200 rpm，發動機在進入檢測工位前注入適量機油，其機油壓力檢測是通過安裝在臺架上的壓力傳感器（公頭）與安裝在發動機主油道上的油壓接頭（母頭）對接來測量的，臺架上有兩個測試傳感器：高速和低速，用于檢測不同轉速對應的發動機機油壓力值，由于發動機內部的油壓跟油溫有關，因此，在機油壓力檢測過程中，為了讓壓力傳感器所測得的油壓值如實反映發動機實際工況下的真實值，必須使用機油溫度對機油壓力進行修正。在冷試試驗臺上，通過采用油溫傳感器檢測機油濾清器處的機油溫度，再結合測試軟件將所檢測到的油溫對油壓進行補償。機油壓力檢測曲線，如圖3所示。圖中曲線顯示了發動機在不同轉速下的機油壓力值。故障曲線為漏裝主軸承蓋的情況下所引起的油壓值過低，如圖4所示，通過機油壓力檢測可以發現機油泵、機油濾清器是否有故障，油路是否堵塞，主軸瓦、連桿軸瓦漏裝以及間隙不當等缺陷[3]。

圖3 機油壓力曲線

圖4 機油壓力不合格曲線分布

3.2 扭矩檢測

扭矩檢測分三個階段檢測，分別是：啟動扭矩檢測、持續階段監控、低速扭矩檢測。

具體方法為：在冷試測試驅動機構電機驅動軸上安裝一個扭矩法蘭來測量發動機的驅動扭矩[1]。由于電機的正拖及發動機的反拖作用，引起應變片的變化，從而采集到發動機的扭矩數值。在壓縮沖程中，活塞從BDC（下止點）向TDC（上止點）運動，氣體在汽缸內被壓縮，扭矩曲線處于上升過程。當到達TDC（上止點）時，發動機內的氣體產生反作用力，發動機帶動電機旋轉，扭矩曲線處于下降過程，如圖5所示。通過對扭矩曲線的最大值、最小值、平均值、最大最小振幅等指標進行對比分析，可以發現是否漏裝軸瓦、活塞是否有缺陷、活塞環是否缺失、運動副間是否有異物、進排氣門是否泄漏等故障缺陷。

圖5 扭矩曲線

3.3 正時檢測

正時檢測主要是對曲軸及凸輪軸信號進行檢測，其檢測方法是：通過霍爾傳感器采集曲軸及凸輪軸轉角信號，并將霍爾傳感器輸出的數字信號處理并轉化成冷試系統的電信號。冷試系統中，曲軸及凸輪軸信號的檢測是根據測試發動機本身的正時系統來進行程序設定的，通過凸輪軸信號與曲軸信號相對應，檢測發動機凸輪軸傳感器的電壓脈沖。

由測試計算機對從發動機凸輪軸傳感器采集的信號進行分析，當發動機的正時系統存在故障時，其在計算機上顯示的信號圖示將會出現凸輪軸信號與曲軸信號錯位。正時檢測主要是用來判定發動機的正時系統是否存在故障，如裝配時，鏈條上正時標記未與正時鏈輪標記對齊，則會出現正時鏈條錯齒等缺陷。在圖6所示正時檢測中，我們可以看到故障曲線與合格曲線發生了錯位，經檢查發現是由于發動機正時鏈輪處鏈條逆時針錯裝一齒所引起的。

3.4 點火檢測

在冷試點火測試中試驗中，冷試臺架系統提供12 V的點火電壓以模擬發動機的正常點火狀態。當點火測試時，系統向點火線圈發送信號，點火線圈接收到點火信號以及系統供給的點火電壓后，將能量向火花塞傳遞，火花塞開始點火。冷試中的點火檢測正是利用了點火線圈中初級線圈和次級線圈之間的相互感應這個特性來進行檢測的，通過磁場傳感器來感應點火過程中磁場的變化情況，并記錄感應的波形[2]。

圖6 正時曲線_鏈條錯齒

點火檢測波形圖，如圖7所示。其主要監控點火過程點火持續時間、點火寬度、點火峰值等信息，通過對比測試值與參考值的變化來判斷發動機是否正常點火。點火峰值反映的是火花塞要產生火花所要積蓄的能量的大小，而點火寬度反映的是火花持續的時間。通過分析所測波形的峰值、持續時間，可以對點火系統是否存在故障做出判定。通過點火檢測可以發現火花塞間隙不適當、點火線圈中初級線圈和次級線圈的匝數不對、點火線圈斷路等故障。

圖7 1缸點火百分比

3.5 振動檢測

在振動檢測過程中，主要是靠安裝在測試臺架上的3個振動傳感器來感應發動機振動情況，振動傳感器分別安裝在發動機鏈側、發動機缸蓋側、飛輪側，振動傳感器將振幅傳給處理器，經二階濾波及測試軟件處理后轉化為電信號，通過對比實際值與參考值來判定發動機是否合格，是否因裝配缺陷造成異常振動，正常波形如圖8所示，圖9顯示了未安裝連桿軸瓦造成振動值偏大的情況。

圖8 缸蓋側振動曲線

圖9 正時鏈側振動不合格曲線

3.6 OCV檢測

OCV檢測原理主要是臺架系統提供5 V電壓給發動機OCV，在高速1 500 rpm條件下連續測試10個發動機工作循環，通過檢測發動機在10個循環內相位角度是否能按要求改變，從而測試OCV是否正常工作。圖10為正常測試OCV曲線。一般故障現象為在規定的循環內，OCV不能改變相應的角度，從而判斷OCV工作不正常。

圖10 OCV曲線

3.7 排氣壓力檢測

排氣壓力檢測通過安裝在排氣口位置的壓力傳感器來檢測排氣壓力值，其檢測原理跟進氣壓力檢測類似。進排氣壓力測試時，冷試臺架系統發送TDC（上止點）命令給傳感器，傳感器開始在曲軸角度位置720℃內開始采集一個運轉周期內的進排氣壓力值，同時結合TDC（上止點）信號，在數據采集卡上對所采集到的數據進行分析計算，得出相應的壓力值與曲軸位置對應關系[3]。排氣壓力檢測中，根據發動機中排氣口狀態的不同，也有多個傳感器和單個傳感器的測量方式之分。本文研究的是多個傳感器的情形，即每個排氣口安裝獨立的傳感器，采集到發動機單缸的波形，如圖11所示。

通過排氣壓力檢測，對排氣壓力波形圖中的峰值、峰值對應曲軸角度位置等明顯的特征值分析，可以檢測出氣門泄漏、活塞環漏裝、活塞環裝配不當、正時不對等故障。

圖11 排氣壓力曲線

4 結束語

在冷試試驗中，使用了大量高精度傳感器和強大的數據收集處理軟件，測試精度高，結果準確，易于分析，冷試技術在發動機裝配質量在線檢測中充分體現出了它的優越性。目前國內熱試技術已比較成熟，已具備自主生產熱試試驗設備的能力，但國內冷試技術尚處于起步階段，國內許多汽車廠商所用冷試臺架基本都從國外進口。對冷試中的關鍵技術進行的分析和研究，對國內汽車發動機工廠冷試測試有較大的幫助，同時也為冷試臺架的后續研發作了一個鋪墊。

[1]朱敏慧.攜手東菱振動—ATW冷試技術落戶中國[J].汽車與配件，2008（21）：49.

[2]李鶴翔.長缸冷試技術在發動機生產上的應用[J].吉林大學學報，2008（9）：1-67.

[3]余世福.汽油發動機點火正時及故障模式的仿真模擬研究[J].四川大學學報，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

彭加強（1987—），男，重慶墊江人，工程師，工學學士，研究方向：發動機擰緊與測試技術。