随着汽车技术的发展，人们对发动机质量要求越来越高，发动机的出厂质量控制变得越来越重要。为保证发动机的出厂质量，前期主要采用100%热试。但由于热试节拍慢，需要耗费大量的燃油、机油及冷却液等，在安全、成本、环境保护及质量提升综合需求提升的情况下，冷试技术应运而生。

冷试的构成

1．冷试软件及硬件构成

冷试台架主要由伺服电动机、传送机构、夹紧机构、固定机构、PLC系统、传感器系统、测试计算机、文件服务器、报表计算机、维修计算机组成，其关联性如图1所示。

图 1 冷试硬件构成

发动机信号与冷试台架的对接处理关系如图2所示。根据现场情况，考虑操作的方便性和成本，一般报表计算机和维修计算机是共用的。

图 2 发动机信号与冷试台架的对接处理

2．冷试测试项

冷试测试过程如图3所示。冷试的主要测试项有导通测试、起动转矩测试、安全油压测试、1缸压缩上止点测试、正时测试、VVT测试、高速油压测试、高速振动测试、进气测试、排气测试、低速振动测试、运行转矩测试和节气门测试。

图 3 冷试测试过程

排气测试

排气测试模拟发动机工作时的排气过程（图4），在测试时进气道与大气相通，排气道封堵，并有传感器采集排气道的压力值，通过信号模块处理，转换成排气压力值与曲轴转角的关联图。

图 4 排气测试原理

排气测试的内容主要有：排气压力最大值、排气压力最小值、排气压力平均值、排气压力最大值位置、排气压力最小值位置、排气门开启位置、排气门关闭位置、排气门开启前泄漏值、排气门关闭后泄漏值（图5）。排气门还没关闭时，燃烧室与排气道腔体内的气体已经泄漏完并等于大气压力时，排气门关闭位置并不是真实的排气门关闭位置，而是恢复到大气压力值时的位置。

图 5 排气测试波形各特征位置

关联零件缺陷分析

以下仅针对直列4缸16气门不带VVT的自然吸气发动机的验证机进行举例分析。

1.进气门间隙

如图6所示，可见1缸进气门间隙正常，2缸其中一个进气门间隙偏小约60 mm，3缸其中一个进气门间隙偏小约40 mm，4缸的两个进气门间隙，均偏小约20 mm。进气门间隙偏小导致进气门提前打开延后关闭，燃烧室与排气道腔体内的高压气体更早地从进气道泄漏到大气，所以排气压力最大值变小，排气压力最大值位置变小。

图 6 进气门间隙偏小排气测试波形 图

如图7所示，可见1缸进气门间隙正常，2缸其中一个进气门间隙偏大约60 mm，3缸其中一个进气门间隙偏大约40 mm，4缸的两个进气门间隙都偏大约30 mm。进气门间隙偏大导致进气门延后打开提前关闭，燃烧室与排气道腔体内的高压气体更晚地从进气道泄漏到大气，导致腔体内压力值继续上升，所以排气压力最大值变大；排气压力最大值位置变大；本轮验证中，因为4缸两个进气门间隙都偏大，且与3缸单个排气门间隙偏大的量比较接近，致使气门叠开角变小更为明显，所以4缸排气门开启前、关闭后的压力值和最大值变大更为明显。

图 7 进气门间隙偏大排气测试波形

2.排气门间隙

如图8所示，可见1缸排气门间隙正常，2缸其中一个排气门间隙偏小约60  mm，3缸其中一个进气门间隙偏小约40 mm，4缸的两个进气门间隙均偏小约25  mm。排气门间隙偏小，排气门提前打开、延后关闭，则排气门开启位置变小，排气门关闭位置变大。

图 8 排气门间隙偏小排气测试波形

 如图9所示，可见1缸排气门间隙正常，2缸其中一个排气门间隙偏大约65 mm，3缸其中一个进气门间隙偏大约40 mm，4缸的两个进气门间隙均偏大约20 mm。排气门间隙偏大，排气门延后打开、提前关闭，则排气门开启位置变大，排气门关闭位置变小。排气门间隙的变化对排气压力最大值影响不明显。

图 9 排气门间隙偏大排气测试波形

3.正时系统

当波形为“排气链轮正时标记在链正时标记右边（错一齿）”时，排气门提前开启、提前关闭，排气门开启位置变小，排气门关闭位置变小。因为进气门开启时间不变，但排气门关闭的时间提前得非常多，燃烧室与排气道腔体内气体从进气道泄漏到大气的量明显变少，大量的高压气体被关在排气道腔体内，导致压力值明显上升，所以排气压力值都明显变大。

波形为“排气链轮正时标记在链正时标记左边（错一齿）”时，排气门延后开启、延后关闭，排气门开启位置变大，排气门关闭位置变大。正时系统没有错位的情况下，排气门关闭时排气道内的压力已经很低，即使排气门更晚关闭，腔体内的压力也没多少变化，所以各排气压力值无明显变化。

波形为“进气链轮正时标记在链正时标记右边（错一齿）”时，进气门提前开启、提前关闭，燃烧室与排气道腔体内的高压气体更早地从进气道泄漏到大气，排气压力最大值明显变小，排气压力最大值位置变小；因为正时位置是以进气凸轮轴信号和曲轴信号决定的，所以排气门开启位置和关闭位置变小。

当进气链轮正时标记在链正时标记左边（错一齿）时，进气门延后开启、延后关闭，燃烧室与排气道腔体内的高压气体更晚地从进气道泄漏到大气，又因为排气门关闭时间不变，更多的高压气体被关闭在排气道腔体内，所以各排气压力值明显变大，排气压力最大值位置也变大。因为正时位置是以进气凸轮轴信号和曲轴信号决定的，所以排气门开启位置和关闭位置变大。     

常见影响排气测试的潜在设备因素

排气测试是发动机冷试最为重要的测试项之一，绝大多数与燃烧室、进排气道、正时相关的零件，其尺寸发生变化时，在排气测试均有一定程度的体现。测试的精确性、稳定性除了与发动机本体相关，冷试台架本身的运行情况也有较大的影响。
根据多年的运行经验，以下几点的影响较为明显：①进、排气封堵的密封情况，包括密封时压紧力的一致性；②进、排气封堵管路、控制球阀、消声器的清洁度；③进、排气压力传感器的精度及标定情况；④进、排气压力传感器接线的可靠性、是否存在静电或信号干扰。

总结

冷试的测试内容与发动机的工作过程息息相关，要想用好冷试设备就必须对发动机的工作原理有足够的了解，还需要熟悉所需测试的发动机产品特征。冷试设备供应商主要是提供一个平台和基本的测试项，设备调试结束后，很多参数配置及系统设置都已经确定，但是我们的发动机产品是不断变化的，自身的零件也存在制造一致性的差异。

为了更好地利用冷试设备，提高缺陷设备运行的稳定性及可靠性，需要深入了解每一项参数配置对测试结果的影响，多做验证，明确其关联性。