1. 前言

隨著汽車工業的不斷發展，現代汽車對可靠性、安全性的要求不斷提高，以及系統的日趨復雜化，生產中對發動機的快速全面診斷越來越受到人們的重視；而隨著相關測試技術的不斷進步以及計算機處理能力的迅速提高，目前越來越多的汽車生產廠家，開始采用具有較快節拍、較高質量檢測水平、較低生產成本的發動機冷測試來進行發動機下線的高精度檢測，以更好的確保產品質量。

由于發動機冷測試不像常規的熱試驗那樣能夠真實的表現發動機的功率和扭矩，而是通過間接的方式考察整機裝配性能，在測試過程中更多的涉及到各種參數及曲線的分析，因此，在發動機冷試驗過程中，測試項目及測試方案的選取相對而言就顯得尤為重要，需要在實際生產中通過實踐驗證及不斷調整來最終確定。

2. 發動機冷試驗的測試原理

發動機冷試驗是用來檢測內燃機裝配質量的一種方法。當采用冷測試技術檢測發動機時，發動機不需要燃料來運行，也不需要冷卻液進行冷卻。被測試的發動機進入測試臺，通過氣缸或液壓缸夾緊發動機的進氣、排氣口，同時通過專用機油壓力適配器連接到設備上，用抱爪或其它夾緊機構自動夾緊發動機的飛輪或適配器，測試臺的伺服電機驅動發動機以不同的速度旋轉，與此同時，測試系統通過數據采集卡同時從發動機進氣口、出氣口、夾緊機構的扭矩傳感器以及主油道出口的壓力傳感器上采集數據，采集到的測試數據通過測試臺專用軟件進行分析，然后將分析結果與測試臺已設定好的極限值進行比較，從而確定發動機是否被正確裝配。

另外，設備通過測試程序對發動機上相關傳感器發送執行操作的指令，同時發動機各種傳感器及執行器也通過CAN-Line或K-Line將反饋信號反饋給測試臺，測試臺軟件對發動機反饋的各種信息進行一系列的分析比較，最終確定發動機各傳感器及執行器是否正常工作。

3. 發動機冷試驗中的機械性能測試

發動機冷試驗中的機械性能測試，主要有扭矩測試（包括脫離扭矩、運轉扭矩、監控扭矩等），進氣真空度測試，排氣壓力測試，機油壓力測試，發動機正時測試等。

3.1 脫離扭矩測試

發動機從靜止狀態到開始運動的瞬間所產生的扭矩，稱為脫離扭矩。脫離扭矩的檢測主要是為了確認發動機內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，以避免高速運轉造成發動機不可逆轉的損壞，降低生產報廢成本。

3.2 燃油軌檢測

發動機的燃油噴射系統在出廠前都會進行一系列嚴格的測試以確保零件質量，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行檢測。

一般對燃油軌的檢測方式，是向燃油軌內通相當于發動機工作狀態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量。（圖1所示）

圖1 燃油軌檢測

3.3 進氣真空度測試

通過安裝在進氣側的壓力傳感器測量進氣真空度的變化情況，可以檢測出氣門泄漏、進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所示為進氣真空度檢測裝置的示意圖。密封面一側連接的是發動機進氣歧管，另一側的電磁閥控制氣路走向，有壓力傳感器與氣路相通。當不進行進氣真空度的檢測時，電磁閥控制閥門打開，氣道走向通往大氣，發動機正常進氣（圖2左）；當進行進氣真空度的檢測時，電磁閥控制閥門關閉，氣體通過消音器以一定的流量進入發動機，產生的進氣真空度便通過連通在消音器一側的壓力傳感器檢測到（圖2右）。

根據發動機整機測試的規劃，可以將進氣真空度測試分為單缸測試與整機測試。所謂整機測試，即將進氣歧管裝配好，在節氣門處連接出一管路到傳感器，對發動機整體進氣真空度進行測量。（圖3所示）

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

圖2 進氣真空度檢測示意圖

圖3 進氣真空度測試波形（多缸測試）

圖4 進氣真空度測試波形(單缸測試)

3.4 排氣壓力測試

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

根據不同的發動機構造，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。

排氣壓力測試與進氣真空度測試相結合，可以用來檢測進排氣系統的缺陷，如檢測氣門安裝是否到位，汽缸是否存在漏點，活塞環是否完全張開，正時系統及可變正時系統是否正確裝配，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

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

扭矩測試波形如圖8。

圖8 運轉扭矩

3.6 機油壓力測試

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

對機油壓力測試，我們主要設置有監控油壓和低速油壓、高速油壓測試。

監控油壓主要是為了確保在發動機整個測試循環過程中，各個相對運動件有足夠的潤滑；低速油壓是為了檢測發動機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油泵的卸荷閥（限壓閥）是否能正確開啟，防止發動機在高速運轉時因機油壓力過高而產生損壞。

3.7 發動機正時系統測試

發動機正時系統的檢測是一項綜合的工作，對于有精確角度控制的發動機來講，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。對于這種類型的發動機，我們在設置參數時，一般會將參數范圍設置為一個飛輪齒的寬度。

而目前我們大部分2.0排量以下的發動機，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、運轉扭矩等機械性能測試項，來間接的檢測發動機正時裝配是否正確。

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生轉折時的角度，來確定正時的安裝情況。

3.8 其它機械性能參數測試

對某些應用了可變正時技術的發動機，在冷試驗時還需要進一步檢測可變正時調節系統的工作狀況。

4. 發動機冷試驗中的電器性能測試

發動機冷試驗中的電器性能測試，主要包括發動機各種傳感器的測試、各個執行器的測試以及點火測試等。

4.1 各種傳感器測試

發動機在整車上運行時，發動機ECU模塊根據整車ECU系統傳來的指令，要求發動機各個執行器及傳感器進行相對應的調節工作，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行器的檢測，即是根據對傳感器信號反饋以及執行器運作時其電壓或電流信號會發生變化來執行檢測的。

舉例而言，節氣門在翻轉到不同位置時，會引起節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氣門位置，其對應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，便可以了解到節氣門執行器是否正常翻轉、節氣門位置傳感器是否正常工作等等。

4.2 點火系統的測試

測試臺控制發動機點火系統工作，并通過傳感器感應點火線圈工作過程中周圍磁場的變化，間接判斷點火系統的好壞。

點火系統的測試是一個比較復雜的測試過程，目前已有比較多的關于點火系統測試的文章，冷試驗對點火系統的測試，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是發動機冷試驗的一個基礎，它的含義就是在冷試驗臺正式投入使用之前，需要對一定數量的發動機進行各種狀況的測試，包括合格的發動機以及模擬生產中可能出現的各種類型的缺陷，通過搜集分析這些數據，來對冷試驗臺進行相應的驗證及調整，同時也積累對于特定車型發動機測試的初期經驗數據，形成一套初期的冷試驗測試系統，并需要在后續的批量生產中不斷進行總結修正。Mapping所進行的深入程度以及對數據的總結程度，極大的影響著冷試驗臺在生產中能否順利使用。

6. 機油溫度補償

因為冷測試臺的測試結果是測試程序自動分析處理并與數據庫中已有的標準進行比較判定，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境中。但由于發動機的運轉，機油溫度不可避免的會有所升高，機油黏度與機油溫度是一種反比的關系，這樣，在測試軟件已經確定好的特定檢測轉速下，不同溫度的機油所產生的機油壓力也便會有一個很大范圍內的波動，這種情況非常不利于我們測試標準的設定，也影響我們對產品質量的檢測。

為了解決該問題，我們引入油溫補償的概念來對機油壓力進行一定的補償，即通過利用某一個關于機油溫度的指數函數，對機油壓力進行補償，將不同溫度下檢測到的機油壓力，通過該指數函數都換算到相同溫度下的機油壓力，這樣便有了一個統一的檢測平臺來確定機油壓力是否正確。

根據實際情況的需要，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油溫度進行檢測。

機油壓力的修正算法為經驗補償公式，公式中的相關參數將通過試驗來確定。

另外，機油溫度補償也可以采用以下公式

上述修正算法公式是由下述經驗公式推導得到的

所以，可以通過對大量可以做為標準的發動機進行實驗，測得多組壓力和溫度的數據，再通過擬合的方法得出a、b系數值。

另外，我們還可以通過以下的修正公式表達式來表示機油壓力補償。

利用多項式，我們可以對大量可以作為標準的發動機進行試驗，測取多組機油壓力與對應機油溫度的數據，然后將這些機油壓力與機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的系數值。 (對于多項式的補償公式，其函數項越多，所反映的校準后的機油壓力越精確，但對應的測試程序所需要進行的運算也越復雜，在實際生產中，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所示為機油溫度與機油壓力測試的一部分對應值，通過這些測試數據，我們得到某油溫補償多項式的f(t)：

圖9 機油壓力與機油溫度散點圖

7. 冷測試臺相關的配套設施

7.1 試漏設備

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

通過試漏，我們能發現發動機裝配過程中的密封缺陷，從而補充了冷試驗不能檢測漏油及漏水的缺陷，達到更好控制產品質量的目的。

7.2 裝配線的多種防錯措施

冷試驗臺是一種檢測設備，作為檢測設備，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，為了控制產品質量，我們便需要在裝配過程中對這些可能的缺陷控制起來，例如強化來件質量，加強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

針對某些生產特殊時期，還需要抽調不同比率的發動機進行熱試檢測，并及時將熱試發現的問題進行匯總分析，判定其風險程度以及相應的裝配線和冷試驗臺的改進方案。對特定時期的發動機可以適當提高熱試比率，并在運行平穩后逐步恢復正常水平。

8. 結束語

發動機冷測試是現代發動機生產中的一種較先進的測試方式，與傳統的熱試驗相比，它有其獨特的優勢，能夠在快節拍的生產節奏下達到更精確控制發動機產品質量的目的，目前也正在被越來越多的發動機生產廠家作為發動機產品檢驗的方式。

在國內，由于產品及零件的一致性問題，某些發動機生產廠家也在考慮采用介于早期的冷拖熱磨試驗與現代冷試之間的試驗臺架，即利用現階段的冷測試技術檢測關鍵點，然后再用傳統的熱試驗臺架進行發動機整機的檢測，以期達到更好的質量控制的目的。但從長遠來看，高精度的發動機冷試驗仍然是發動機生產廠家進行產品檢測的一種發展趨勢。