圖1 冷試機(jī)的應(yīng)用
冷試能夠提前發(fā)現(xiàn)發(fā)動機(jī)裝配過程中總成件（或零部件）的問題和缺陷，并把缺陷控制在生產(chǎn)線內(nèi)，從而達(dá)到提升產(chǎn)品質(zhì)量的目的。
隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，人們對發(fā)動機(jī)質(zhì)量要求越來越高，因此發(fā)動機(jī)出廠質(zhì)量控制工作變得越來越重要。早期由于發(fā)動機(jī)制造技術(shù)和質(zhì)量控制手段的落后，發(fā)動機(jī)的裝配質(zhì)量往往難以得到有效控制，發(fā)動機(jī)故障率較高。為了保證發(fā)動機(jī)的出廠質(zhì)量，先期各發(fā)動機(jī)廠家都采取了發(fā)動機(jī)出廠時100%進(jìn)行熱試（Hot Test）的質(zhì)量監(jiān)控方式。但是熱試節(jié)拍慢時間長，需要大量的熱試設(shè)備，同時消耗大量的燃油、機(jī)油和冷卻液等，熱試后返工成本也較高，而且在現(xiàn)代化的工廠內(nèi)熱試對環(huán)境污染以及安全影響也非常大。在安全、成本節(jié)約、環(huán)境保護(hù)以及發(fā)動機(jī)質(zhì)量提升的綜合需求加大的情況下，冷試（Cold Test）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
冷試原理
冷試技術(shù)嚴(yán)格來說應(yīng)該是一種質(zhì)量檢測的手段，是對發(fā)動機(jī)裝配完成后的各系統(tǒng)進(jìn)行綜合測試的技術(shù)，通常設(shè)在發(fā)動機(jī)裝配線的尾部，主要是通過冷試機(jī)上加裝的各傳感器信號來監(jiān)控和測量發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的各項參數(shù)，并同標(biāo)準(zhǔn)模板進(jìn)行數(shù)據(jù)對比和分析，從而進(jìn)行故障診斷。冷試能夠提前發(fā)現(xiàn)發(fā)動機(jī)裝配過程中總成件（或零部件）的問題和缺陷，把缺陷控制在生產(chǎn)線內(nèi)，從而達(dá)到提升產(chǎn)品質(zhì)量的目的。
圖2 冷試基本原理
冷試一般包含三大系統(tǒng)：機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)。機(jī)械系統(tǒng)由為各參數(shù)測量而設(shè)計的機(jī)械定位、夾緊、舉升和封堵等機(jī)構(gòu)組成。數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)采集通過在機(jī)械機(jī)構(gòu)上安裝的傳感器的信號，并采用不同的數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，通過先期的故障映像（Mapping）來自動判定發(fā)動機(jī)是否合格并分析故障原因，它可以通過用戶界面將各測試結(jié)果顯示出來，以利于故障的處理。
冷試機(jī)的應(yīng)用和冷試基本原理如圖1、圖2所示。具體為：
1.采用外部驅(qū)動來轉(zhuǎn)動發(fā)動機(jī)曲軸，測量發(fā)動機(jī)不同工況下的參數(shù)；
2.將某臺已知的合格發(fā)動機(jī)設(shè)為基準(zhǔn)發(fā)動機(jī)，其特性參數(shù)處于一定的范圍內(nèi)；
3.如果某臺發(fā)動機(jī)的參數(shù)與基準(zhǔn)不符，則表明該發(fā)動機(jī)有某些缺陷或故障。
冷試技術(shù)的核心內(nèi)容就是數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)原理和機(jī)械系統(tǒng)示意圖如圖2、圖3所示。
圖3 數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)原理
冷試測試項目
冷試的測試項目主要包括：扭矩（Torque）測試、進(jìn)氣真空度（Intake Vacuum）、排氣壓力（Exhaust Pressure）、機(jī)油壓力和溫度（Oil Pressure and Temperature）、發(fā)動機(jī)正時（Engine Timing）、點(diǎn)火測試（Ignition Test）、電氣測試（Electrical Test）、NVH和增壓器測試（Turbocharger Test）等。下面將分項予以簡單介紹。
1.扭矩（Torque）測試
扭矩測試一般需要測試起動扭矩（Break-away Torque）和運(yùn)轉(zhuǎn)扭矩（Running Torque）。通過對驅(qū)動扭矩最大值、最小值、平均值、變化范圍和最大、最小位置的測量，來發(fā)現(xiàn)發(fā)動機(jī)的摩擦副是否存在故障缺陷，并判斷發(fā)動機(jī)是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常（測試曲線如圖4、圖5所示）。
圖4 起動扭矩曲線
冷試的扭矩測量方法：通過在電機(jī)與發(fā)動機(jī)聯(lián)結(jié)軸之間加裝扭矩傳感器來測量發(fā)動機(jī)的驅(qū)動扭矩，為了保護(hù)扭矩傳感器，一般需要在扭矩傳感器后面增加一個超越離合器。該扭矩測量方法非常精確，可以達(dá)到±1%的精度，價格相對較高。一般冷試機(jī)上都使用扭矩傳感器來進(jìn)行扭矩的測量。
圖5 運(yùn)轉(zhuǎn)扭矩曲線
通過扭矩測量，一般可以發(fā)現(xiàn)發(fā)動機(jī)如下幾個問題：各缸工作的均衡性、氣門是否泄露、配缸間隙是否正常、火花塞是否漏裝或者安裝不良及正時是否正常等。
2.進(jìn)氣真空度（Intake Vacuum）測量
進(jìn)氣真空度的測量也叫進(jìn)氣壓力測量，通過安裝在進(jìn)氣側(cè)的壓力傳感器來測量進(jìn)氣壓力的變化，以檢查進(jìn)氣門泄漏和確認(rèn)進(jìn)氣執(zhí)行機(jī)構(gòu)的故障/缺陷和安裝在進(jìn)氣口附件的其他部件（如噴油嘴）。根據(jù)發(fā)動機(jī)安裝狀態(tài)不同，有多個傳感器（未安裝進(jìn)氣歧管總成如圖6所示）和單個傳感器（安裝了進(jìn)氣歧管總成如圖7所示）等測試形式。
圖6 多個傳感器測量時的進(jìn)氣壓力曲線
3.排氣壓力（Exhaust Pressure）測試
通過安裝在排氣側(cè)的壓力傳感器來測量排氣壓力的變化以檢查氣門泄漏和確認(rèn)進(jìn)氣執(zhí)行機(jī)構(gòu)等故障。根據(jù)發(fā)動機(jī)的安裝狀態(tài)的不同，也有多個傳感器和單個傳感器的測量方式。
其他測試項目不再一一贅述?？傊湓囍饕褪抢脵C(jī)械機(jī)構(gòu)將各傳感器予以有效連接，并通過測量信號的采集和分析，來判斷發(fā)動機(jī)工作是否正常，并通過有效的故障映像（Mapping）來判定各故障部位。
圖7 單傳感器測量時的進(jìn)氣壓力曲線
冷試的故障映像
故障映像（Mapping）通過對標(biāo)準(zhǔn)合格的發(fā)動機(jī)進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)，采集不同的數(shù)據(jù)并分析后，可以通過預(yù)先的參數(shù)設(shè)置，在發(fā)動機(jī)測試時直接判斷出發(fā)動機(jī)的故障原因，從而減少故障排查時間。Mapping一般需要至少3～5臺發(fā)動機(jī)，并需要制作故障模擬。
Mapping的一般判斷原理為，通過各測量數(shù)據(jù)的變化，并結(jié)合發(fā)動機(jī)的工作原理，建立矩陣對應(yīng)，從而可以有效地判定出發(fā)動機(jī)的故障原因和部位。
冷試的優(yōu)、缺點(diǎn)及應(yīng)用
1.冷試的優(yōu)點(diǎn)
（1）可以在裝配過程中更早地發(fā)現(xiàn)缺陷，減少返工返修成本；
（2）可以在造成發(fā)動機(jī)損壞前發(fā)現(xiàn)缺陷；
（3）可以為維修人員提供更多的有關(guān)缺陷的信息；
（4）在工作工程中可以持續(xù)改進(jìn)，提高總體質(zhì)量水平；
（5）可以“學(xué)會”檢測新的缺陷；
（6）不需要燃油供給、冷卻系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)，節(jié)約投資成本；
（7）測試節(jié)拍短、效率高；
（8）定義精確、低風(fēng)險而且經(jīng)過驗(yàn)證；
（9）柔性產(chǎn)品，可以由用戶定義適合自己的測試；
（10）可以兼容新產(chǎn)品的柔性設(shè)計。
2.冷試的不足之處
（1）冷試不能測試還未安裝的部件的狀態(tài)；
（2）冷試不能測試發(fā)動機(jī)輸出功率；
（3）由于發(fā)動機(jī)沒有點(diǎn)火，測試結(jié)果不完全和發(fā)動機(jī)使用狀態(tài)相一致，導(dǎo)致一些問題得不到發(fā)現(xiàn)。
3.冷試的應(yīng)用
正是由于冷試的這些優(yōu)點(diǎn)，冷試技術(shù)才得到了越來越多的應(yīng)用。在國內(nèi)，越來越多的發(fā)動機(jī)廠家逐漸接觸國外冷試機(jī)制造廠家，并希望通過冷試機(jī)的有效使用提高發(fā)動機(jī)生產(chǎn)裝配過程的質(zhì)量，以保證和提高發(fā)動機(jī)出廠質(zhì)量。
結(jié)語
由于冷試機(jī)不能測試出發(fā)動機(jī)的輸出功率，并且由于沒有點(diǎn)火做功，其測試結(jié)果也不完全和發(fā)動機(jī)實(shí)際使用狀態(tài)相一致，所以冷試技術(shù)的應(yīng)用并不能完全作為發(fā)動機(jī)出廠質(zhì)量的惟一監(jiān)控手段。
故障映像（Mapping）的一般判斷原理
作為冷試機(jī)的有效補(bǔ)充，發(fā)動機(jī)的出廠熱試也是一個必要的質(zhì)量監(jiān)控手段。特別是在發(fā)動機(jī)剛投產(chǎn)時，由于過程質(zhì)量還不夠穩(wěn)定，100%的熱試是必需的。
隨著發(fā)動機(jī)的逐漸批量生產(chǎn)，熱試的比例將逐漸降低。一般情況下，在發(fā)動機(jī)批量生產(chǎn)后，熱試的比例一般在3%～5%左右。
綜上所述，作為現(xiàn)代發(fā)動機(jī)制造技術(shù)的有效應(yīng)用，冷試技術(shù)正在得到充分的應(yīng)用和推廣，冷試技術(shù)將成為發(fā)動機(jī)質(zhì)量監(jiān)控越來越重要的一種監(jiān)控手段。
