基于Ambra冷試軟件的進氣壓力和排氣壓力測試優化

謝相勇

摘 要：本文針對意大利AVL冷試設備對氣門間隙缺陷的探測能力較弱，通過氣門間隙缺陷mapping驗證，對比缺陷發動機壓力曲線和正常壓力曲線的差異，并基于Ambra軟件涉及的算法，新增部分測試參數，以提高冷試探測氣門間隙缺陷的能力。

關鍵詞：冷試 進氣測試 排氣測試 軟件優化

Intake Test and Exhaust Test Improvement in Cold Test

Xie Xiangyong

Abstract：For Italy AVL cold test equipment， the ability to detect defect that the valve clearance of engine is small or big is low.The author knew the curves difference between the normal engine and the defective engine through the mapping ， added some new parameters and limits based on the algorithm of Ambra software ， to improve the cold test detection ability of the defects about the engine valve clearance.

Key words：Cold Test; Intake test;Exhaust test; Software optimization

1 進氣、排氣壓力測試原理

冷試系統在進氣口和排氣口處各缸分別安裝壓力傳感器（圖1：某4缸發動機單缸排氣封堵），用以檢測發動機在一個完整工作循環內的進氣和排氣壓力變化，輔以相位檢測得到壓力對應的發動機曲軸轉角，電腦擬合成一條以相位為橫坐標、壓力為縱坐標的壓力曲線，如圖2所示。在曲線中選取n個特征點并根據統計學等知識設定各點上下極限，比較實際測試參數數值與極限的關系，從而自動識別發動機氣門間隙小或大、氣環密封不嚴、氣門關閉不嚴、正時系統錯誤等缺陷。

如圖3是一條典型的排氣壓力曲線。排氣壓力曲線故障診斷原理：如果進氣門密封不嚴、活塞環漏氣或者火花塞安裝缺陷造成的氣缸漏氣，會導致A-D間（排氣沖程）波形不正常，C點處壓力值會過小；E-A段是壓縮沖程和做功沖程，此時排氣門關閉，若波形出現升降的情況，可能會是排氣門處泄漏；如果進排、氣門挺柱的工作狀況不正常或者進排氣門打開時間不正確，會使B、C、D點位置和C點處壓力值發生變化。

2 現狀

對于機械式氣門挺柱，在高效率短節拍的生產情況下，若出現氣門間隙測量誤差，將對發動機排放產生較大影響。冷試的進氣壓力測試，擬合出進氣平均壓力曲線（圖4： 進氣AVG曲線）和一階導壓力曲線（圖5：進氣DER1曲線），設定5個參數，詳見圖４和圖５；排氣壓力測試，擬合出排氣平均壓力曲線（圖6：排氣AVG曲線）和二階導壓力曲線（圖7：排氣DER2曲線），也設定了5個不同的參數，詳見圖6和圖7。

通過上述10個參數對發動機氣門間隙進行監控，但實際效果并不理想。

3 冷試mapping

冷試中“mapping”是指利用故障映像原理，測試帶特定缺陷的發動機，通過對比缺陷發動機和正常發動機的測試結果，找出差異，從而優化冷試參數極限達到測試軟件自動識別相同發動機缺陷的系列活動。

為提升冷試臺架進氣、排氣壓力測試對氣門間隙缺陷的探測度，我們做了氣門間隙冷試“mapping”，設計了氣門間隙小和間隙大2種缺陷模式。本案中研究產品是四氣門發動機，單缸進氣或排氣有2個氣門。進氣氣門間隙是（0.10±0.025）mm，排氣氣門間隙是（0.27±0.025）mm。機械挺柱的每個等級最大相差0.02mm，比如1.000～1.020mm之間所有挺柱定義為第20級挺柱，1.021～1.040mm之間的挺柱則定義為第21級挺柱。詳細的氣門間隙缺陷設置見表1：mapping缺陷設置。

發動機測試的結果如下：

（1）進氣門間隙小

從圖8來看，最大值和正常曲線沒有任何變化，而最大值所在相位角度在批量數據上無明顯區別，現有冷試參數識別氣門間隙小這種缺陷較難。另外，發動機必定存在客觀差異，曲線精確性受傳感器精度和采樣頻率等因素影響，繼續增加了識別的難度。但是，曲線顯示進氣門開啟角度差異明顯，α-β≈8°，通過該角度能識別相應缺陷，并且容錯率高。如圖9所示，DER1曲線經過算法的轉換，數值差異更大，與AVG曲線可互為補充。

（2）進氣門間隙大

缺陷發動機進氣曲線與正常發動機曲線難以區分，只從圖10排氣DER2曲線可見缺陷發動機曲線有一點點差異，可設置零值角進行考核，但效果可能不好，誤判性高。

（3）排氣氣門間隙小或大

排氣門間隙小缺陷表現跟進氣門類似，如圖11所示，氣門提前打開，不再贅述；如圖12所示，排氣門間隙大比進氣門間隙大的曲線區別尚且不如，因為本案中0.06mm（3個挺柱等級的間隙）在進氣門中的占比是60%，而在排氣門間隙中的占比只有22.2%，理論影響更小。

從缺陷發動機和正常發動機的各種曲線對比分析，雖然現有參數無法識別相關缺陷，但是通過添加新參數，可識別間隙小的缺陷，也可提高對間隙大缺陷的探測能力。

4 新參數

Ambra冷試測試系統中，可從算法表２中選擇要添加的新參數，從而提高進氣測試和排氣測試的缺陷探測能力。具體的方法和步驟如下：

（1）參照差異，選定算法，增加新參數及其初始極限。比如進氣門氣門間隙小，針對氣門提前打開的AVG曲線可設定γ角時壓力不同，通過MAX算法基本確定開啟角度的差異，如圖13進氣AVG曲線新參數。在虛線選定的窗口內，缺陷發動機的壓力最大值≥12kpa，而正常的發動機壓力壓力最大＜6kpa，設定新參數【進氣門開啟時壓力值】的極限（-1，10）kpa，則可自動識別氣門間隙小的缺陷。

（2）打開參數編輯器APE，在邏輯【logic】選項卡中找到對應機型的診斷程序，在結構樹中點開診斷參數【Diagnosis Parameter】項，右擊可新增/復制參數，并設定極限，如圖14診斷參數。注意選擇正確的曲線和算法。

（3）新增/復制參數后，第2項邏輯輸入【Logic input】會自動生成，無需理會。為鎖定不合適發動機，需在邏輯鎖定【Logic block】右擊增加新的語句，如圖15。

（4）在報警【Anomalies】選項卡中，右擊父選項，選中【Add SUBANOMALY】可插入新的臺架報警，如圖16。

（5）如圖17，當增加完報警后，找到應用的診斷程序，在診斷程序的缺陷【defect】選項中應用新的報警；

5 影響判定的其它因素

在實際應用中，我們發現凸輪軸型線中的緩沖段，特別是開啟過程的緩沖段，對氣門提前打開判斷的影響不可忽視。在本案研究的產品中，該段凸輪軸的跳動公差±0.02mm，而從型線譜可知，每相差0.016mm，凸輪軸角度增加1°，那么在整個循環中凸輪軸跳動公差可產生2.5°的差異。因為氣門間隙公差±0.025mm，所以氣門間隙和凸輪軸凸桃型線跳動公差的影響相當。如果凸輪軸凸桃型線一致性不好，將嚴重影響冷試判斷。

上文提到的設定【氣門開啟時壓力值】，因為各缸的傳感器校準差異，各缸氣門關閉時壓力值會根據標定結果向上或向下有少許偏移，所以最好各缸的參數根據實際情況設置不同極限，并根據標定結果而微調。

6 小結

冷試的探測能力并不是一成不變的，零件或者測試環境的變化，可導致測試結果的差異。現實中我們需要結合實際生產情況，并借助mapping活動，不斷優化參數或參數極限，不斷提高或者保持較高的冷試缺陷探測能力。就像我們通過冷試mapping的驗證、軟件參數的修改，使冷試中進氣測試和排氣測試，提高對氣門間隙缺陷的探測能力一樣。

參考文獻：

[1]徐兆坤.汽車發動機原理.北京：清華大學出版社，2002.

[2]林巨廣，許華，任永強，朱振東.發動機冷試關鍵技術的研究[J].機械設計與制造，2012.