圖1 冷試機的應用
冷試能夠提前發(fā)現(xiàn)發(fā)動機裝配過程中總成件（或零部件）的問題和缺陷，并把缺陷控制在生產(chǎn)線內(nèi)，從而達到提升產(chǎn)品質量的目的。
隨著汽車技術的發(fā)展，人們對發(fā)動機質量要求越來越高，因此發(fā)動機出廠質量控制工作變得越來越重要。早期由于發(fā)動機制造技術和質量控制手段的落后，發(fā)動機的裝配質量往往難以得到有效控制，發(fā)動機故障率較高。為了保證發(fā)動機的出廠質量，先期各發(fā)動機廠家都采取了發(fā)動機出廠時100%進行熱試（Hot Test）的質量監(jiān)控方式。但是熱試節(jié)拍慢時間長，需要大量的熱試設備，同時消耗大量的燃油、機油和冷卻液等，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)境保護以及發(fā)動機質量提升的綜合需求加大的情況下，冷試（Cold Test）技術應運而生。
冷試原理
冷試技術嚴格來說應該是一種質量檢測的手段，是對發(fā)動機裝配完成后的各系統(tǒng)進行綜合測試的技術，通常設在發(fā)動機裝配線的尾部，主要是通過冷試機上加裝的各傳感器信號來監(jiān)控和測量發(fā)動機運轉的各項參數(shù)，并同標準模板進行數(shù)據(jù)對比和分析，從而進行故障診斷。冷試能夠提前發(fā)現(xiàn)發(fā)動機裝配過程中總成件（或零部件）的問題和缺陷，把缺陷控制在生產(chǎn)線內(nèi)，從而達到提升產(chǎn)品質量的目的。
圖2 冷試基本原理
冷試一般包含三大系統(tǒng)：機械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)。機械系統(tǒng)由為各參數(shù)測量而設計的機械定位、夾緊、舉升和封堵等機構組成。數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)采集通過在機械機構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果顯示出來，以利于故障的處理。
冷試機的應用和冷試基本原理如圖1、圖2所示。具體為：
1.采用外部驅動來轉動發(fā)動機曲軸，測量發(fā)動機不同工況下的參數(shù)；
2.將某臺已知的合格發(fā)動機設為基準發(fā)動機，其特性參數(shù)處于一定的范圍內(nèi)；
3.如果某臺發(fā)動機的參數(shù)與基準不符，則表明該發(fā)動機有某些缺陷或故障。
冷試技術的核心內(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、進氣真空度（Intake Vacuum）、排氣壓力（Exhaust Pressure）、機油壓力和溫度（Oil Pressure and Temperature）、發(fā)動機正時（Engine Timing）、點火測試（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）和運轉扭矩（Running Torque）。通過對驅動扭矩最大值、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)動機的摩擦副是否存在故障缺陷，并判斷發(fā)動機是否運轉正常（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：通過在電機與發(fā)動機聯(lián)結軸之間加裝扭矩傳感器來測量發(fā)動機的驅動扭矩，為了保護扭矩傳感器，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，可以達到±1%的精度，價格相對較高。一般冷試機上都使用扭矩傳感器來進行扭矩的測量。
圖5 運轉扭矩曲線
通過扭矩測量，一般可以發(fā)現(xiàn)發(fā)動機如下幾個問題：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.進氣真空度（Intake Vacuum）測量
進氣真空度的測量也叫進氣壓力測量，通過安裝在進氣側的壓力傳感器來測量進氣壓力的變化，以檢查進氣門泄漏和確認進氣執(zhí)行機構的故障/缺陷和安裝在進氣口附件的其他部件（如噴油嘴）。根據(jù)發(fā)動機安裝狀態(tài)不同，有多個傳感器（未安裝進氣歧管總成如圖6所示）和單個傳感器（安裝了進氣歧管總成如圖7所示）等測試形式。
圖6 多個傳感器測量時的進氣壓力曲線
3.排氣壓力（Exhaust Pressure）測試
通過安裝在排氣側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進氣執(zhí)行機構等故障。根據(jù)發(fā)動機的安裝狀態(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?，冷試主要就是利用機械機構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氣壓力曲線
冷試的故障映像
故障映像（Mapping）通過對標準合格的發(fā)動機進行反復試驗，采集不同的數(shù)據(jù)并分析后，可以通過預先的參數(shù)設置，在發(fā)動機測試時直接判斷出發(fā)動機的故障原因，從而減少故障排查時間。Mapping一般需要至少3～5臺發(fā)動機，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，并結合發(fā)動機的工作原理，建立矩陣對應，從而可以有效地判定出發(fā)動機的故障原因和部位。
冷試的優(yōu)、缺點及應用
1.冷試的優(yōu)點
（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)動機損壞前發(fā)現(xiàn)缺陷；
（3）可以為維修人員提供更多的有關缺陷的信息；
（4）在工作工程中可以持續(xù)改進，提高總體質量水平；
（5）可以“學會”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、低風險而且經(jīng)過驗證；
（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)動機輸出功率；
（3）由于發(fā)動機沒有點火，測試結果不完全和發(fā)動機使用狀態(tài)相一致，導致一些問題得不到發(fā)現(xiàn)。
3.冷試的應用
正是由于冷試的這些優(yōu)點，冷試技術才得到了越來越多的應用。在國內(nèi)，越來越多的發(fā)動機廠家逐漸接觸國外冷試機制造廠家，并希望通過冷試機的有效使用提高發(fā)動機生產(chǎn)裝配過程的質量，以保證和提高發(fā)動機出廠質量。
結語
由于冷試機不能測試出發(fā)動機的輸出功率，并且由于沒有點火做功，其測試結果也不完全和發(fā)動機實際使用狀態(tài)相一致，所以冷試技術的應用并不能完全作為發(fā)動機出廠質量的惟一監(jiān)控手段。
故障映像（Mapping）的一般判斷原理
作為冷試機的有效補充，發(fā)動機的出廠熱試也是一個必要的質量監(jiān)控手段。特別是在發(fā)動機剛投產(chǎn)時，由于過程質量還不夠穩(wěn)定，100%的熱試是必需的。
隨著發(fā)動機的逐漸批量生產(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)動機制造技術的有效應用，冷試技術正在得到充分的應用和推廣，冷試技術將成為發(fā)動機質量監(jiān)控越來越重要的一種監(jiān)控手段。
