发动机及关键零部件制造技术-冷试检测项目

通常冷试会检测以下几项目：

1）线束的连接导通性检测。

2）传感器、执行器检测。

3）正时检测。

4）进、排气压力检测。

5）转矩检测。

6）油压检测。

7）NVH检测。

8）点火系统检测。

9）涡轮增压器检测。

图7-5所示为完整的冷试循环图。

本节将选取几项典型的检测项目讲解冷试台架是如何进行这些检测的。首先，需要说明为何要以720°曲轴旋转过程为周期来绘制测试曲线。四冲程活塞发动机在一个完整的720°曲轴旋转过程中将经历进气、压缩、做功以及排气这四个行程。而冷试所需要检测的大多数部件，其功能也都是在这个720°循环过程中实现。因此，在冷试过程中，测试曲线与发动机曲轴位置一一对应，以曲轴的720°完整循环为周期进行绘制。

1.曲轴位置的检测

图7-6所示为曲轴位置信号的生成。

当曲轴信号轮旋转时，轮齿的前沿先后经过MR1与MR2，从而输出了一个模拟信号。轮齿的后沿也同样生成一个模拟信号，并使前沿生成上述的上升信号。传感器内的电子元件将MR1和MR2产生的两个电信号相减，输出一个差分信号。当差分信号越过高起点时，将产生一个上升的数字信号。同样，当其下降时，则产生一个下降的数字信号。曲轴位置传感器根据曲轴上信号轮的不同形式来产生特定的连续脉冲信号。

上述过程所产生的是一个360°周期性参考信号。图7-7所示为曲轴位置信号。

图7-5 完整的冷试循环图

图7-6 曲轴位置信号的生成

1—测量齿轮 2—软铁 3—感应线圈 4—外壳 5—永磁铁 6—填充物

图7-7 曲轴位置信号

2.排气压力检测

如图7-8所示，排气压力曲线由安装在排气管路末端的排气压力传感器进行测量。

图7-9所示为单个气缸的排气压力曲线。点画线表示活塞在气缸TDC（上止点）与BDC（下止点）间的运动行进四个行程，分别是P（做功行程）、E（排气行程）、I（进气行程）以及C（压缩行程）。

如图7-9所示，由于排气提前角的存在，在做功行程（P）结束之前，排气门就已经打开，此时排气管路内的压力会一直下降直至活塞到达BDC（下止点）。然后，活塞开始上行，排气行程（E）开始，气缸内的空气通过排气门排出气缸，排气管路内的压力开始上升。由于进气提前角存在，在排气行程（E）结束之前进气门打开，因此排气管路内的压力下降会在活塞到达TDP之前出现。在排气门关闭之后，排气管路内的压力保持不变。

图7-8 排气压力传感器的位置

图7-9 单个气缸的排气压力曲线

由于气门重叠角的存在，进、排气门在某个时间段是同时开启的。如果D或A处的压力上升，则表明该排气门存在泄漏。此外，分析排气压力曲线还可判断发动机正时是否正常及挺柱等部件功能是否正常。

图7-10 进气压力的检测

3.进气压力的检测(www.xing528.com)

如图7-10所示，进气压力曲线由安装在进气管路前端的压力传感器进行测量。进气压力的测量方法与排气压力测量相类似。

图7-11所示为单个气缸的进气压力曲线。点画线表示活塞在气缸TDC与BDC之间的运动行进过程，并用四个不同的行程表示，分别是P（做功行程）、E（排气行程）、I（进气行程）以及C（压缩行程）。负压力值表示进气管内的真空度。

如图7-11所示，当活塞运动到TDC（上止点）之前，进气门就已经打开，此时排气行程尚未结束，活塞仍在向上运动排出气缸内的空气，因此进气管路内压力上升。

图7-11 单个气缸进气压力曲线

当活塞到达TDC（上止点）后，也就是图7-11中所示的F点位置，进气管路内开始形成真空。其后，随着活塞的不断下行（进气行程），进气管内的真空度不断增加，直至进气门关闭。

进气管路内的残留空气使进气压力基本保持不变，如图7-11中平滑的曲线部分所示。由于进气门关闭，进气管路内产生真空，因而该部分曲线的压力值还可用来分析进气管路和进气门是否泄漏。另外，分析进气压力曲线还可判断挺柱的功能以及发动机正时等是否正常。

4.转矩检测

通常检测以下两类转矩：

1）起动转矩（使发动机旋转时所需要的最大转矩），用来检查发动机是否堵转。发动机开始转动时，冷试计算机即对台架驱动轴上转矩传感器传来的信号进行分析，如图7-12所示。如果该测试未能通过，则终止测试。

图7-12 发动机堵转曲线

2）运转转矩。运转转矩曲线可以用来分析是否存在活塞密封圈和火花塞缺失以及进、排气门泄漏。

图7-13所示为4缸发动机的转矩波形图，并用不同窗口代表特定气缸的压缩行程。正转矩表明了当进气门与排气门同时关闭时，是发动机运转所必需的能量。负转矩是由做功行程中压缩空气反弹造成的。图7-13所示的气缸燃烧顺序是1-3-4-2。

图7-13 4缸发动机的转矩波形图

5.油压检测

油压曲线用来分析机油泵所产生的机油压力是否正常。通过安装在发动机主油道出口的工艺接头与台架机油压力测量管路的对接来实现机油压力的测量。如果在发动机开始运转时，机油泵未能建立起满足要求的油压，那么台架将会终止测试，以避免损坏发动机。在油压建立后，台架会对发动机在高、低转速下的油压均进行测量。高转速下的机油压力曲线如图7-14所示。

图7-14 高转速下的机油压力曲线

油温对油压测量的影响较大，因为当机油温度升高/降低时，机油黏性会降低/升高，此时在相同转速下机油泵产生的油压也会降低/升高，因此需要在测量软件中按照相应的油温使用算法对测得的油压进行补偿。

理想情况下，油压曲线应接近于一条直线。任何机油流动过程中的异常，将导致油压产生波动。低转速下机油压力曲线如图7-15所示。

油压曲线可用于判断油泵缺陷，油路堵死或油路泄漏等异常情况。

6.NVH检测

NVH（Noise，Vibration，Harshness），即噪声（Noise）、振动（Vibration）、声振粗糙度（Harshness）。测试是通过加速度传感器（将振动能量转化为电压信号）和麦克风来获取发动机运转时的噪声及振动信号。通常需要在三个部位放置加速度传感器来获取发动机的振动数据：气缸体前端、气缸体后端及气缸盖部位。NVH信号如图7-16所示。

图7-15 低转速下机油压力曲线

图7-16 NVH信号

在NVH测试中，可以检测出诸如连杆轴承缺失或失效、挺柱失效、火花塞松脱以及粗糙的气缸内壁等问题。

7.点火系统检测

点火电流曲线通过与初级点火线圈相连接的测量模块（DIVA）获取。

图7-17所示，台架电源对初级点火线圈进行充电（A—B阶段），充电完成后，微控制器控制充电电路的晶体管开关断开，初级线圈内的电流急速下降（B—C阶段），次级线圈内产生感应电流，当次级线圈内的感应电流的电压达到火花塞击穿电压后火花塞电极之间放电产生电火花，此时受次级线圈内电流变化的影响，初级线圈内的电流出现C—D阶段的变化（若无火花塞，则电流曲线上不会有C—D阶段而是平滑的下降。