发动机冷试振动测试原理
振动试验原理
振动试验原理振动试验是指通过对被试对象施加不同频率和幅值的振动载荷，以模拟实际工作条件下的振动环境，对被试对象进行振动响应和振动疲劳性能的评估。
振动试验原理是振动工程领域的重要基础知识，对于振动试验的设计、实施和结果分析具有重要的指导意义。
振动试验的原理主要包括振动激励、振动响应和振动疲劳性能三个方面。
首先，振动激励是指在振动试验中施加在被试对象上的振动载荷，其目的是模拟实际工作条件下的振动环境。
振动激励可以通过振动台、电动机、压电陶瓷等设备产生，其特点是能够提供不同频率、幅值和波形的振动信号，以满足不同振动试验的要求。
在振动试验中，合理选择和设计振动激励是保证试验结果准确可靠的关键。
其次，振动响应是指被试对象在受到振动激励后产生的振动运动和应力响应。
振动响应的特点是具有频率、幅值、相位和波形等多种参数，通过对振动响应的监测和分析，可以了解被试对象的振动特性和结构动力响应，为振动试验的结果评估提供重要依据。
最后，振动疲劳性能是指被试对象在长期振动作用下的疲劳寿命和疲劳破坏特性。
振动疲劳性能的评估是振动试验的重要目的之一，通过对被试对象进行振动疲劳试验和分析，可以预测其在实际工作条件下的寿命和可靠性，为改进产品设计和工程结构提供科学依据。
在进行振动试验时，需要注意以下几点原则：首先，合理设计振动试验方案，包括确定振动激励的频率、幅值和波形，选择合适的振动台和传感器，确保试验的可靠性和有效性。
其次，严格控制试验条件，包括环境温度、湿度和振动载荷的稳定性，避免外部干扰对试验结果的影响。
最后，合理分析和评估试验结果，包括振动响应的频谱分析、疲劳寿命的预测和结构动力学的分析，以确保试验结果的科学性和可靠性。
总之，振动试验原理是振动工程领域的重要内容，对于振动试验的设计、实施和结果分析具有重要的指导意义。
只有深入理解振动试验原理，才能够保证振动试验的科学性和可靠性，为改进产品设计和工程结构提供有效的技术支持。
发动机冷试技术及一汽大众EA211发动机冷试技术的应用总结
发动机冷试技术及一汽大众EA211发动机冷试技术的应用总
结
发动机冷试技术及一汽大众EA211发动机冷试技术的应用
总结
张喜州；张国鑫；马智博
【摘要】摘要：发动机作为汽车的核心部件，其质量直接影响整车性能，随着对汽车发动机制造质量、整机性能要求的日趋提高，利用冷试技术准确检测与快速诊断发动机故障的研究越来越为国内外汽车行业所重视，通常在发动机生产线末端都安装有冷试设备来对发动机总成质量进行检测。
本文阐述了冷试测试技术的基本原理以及部分故障分析、诊断过程，针对一汽大众EA211发动机冷试测试设备的主要功能进行了研究，同时对生产中遇到的部分问题进行经验总结。
【期刊名称】《内燃机与配件》
【年(卷),期】2019(000)024
【总页数】6
【关键词】发动机；冷试；关键技术；测试一致性；NVH（震动与噪声）
0 引言
随着科学技术的进步，大量的微电子控制技术在发动机生产制造及控制中广泛的应用，促使了发动机冷试技术的日趋成熟。
相比传统的热试测试系统，冷试有如下优点：①冷试能较早地发现缺陷或错误装配的零件而降低废品率，从而更好的保证发动机的质量。
②同传统热试测试相比，冷试测试节拍更短，成本、投资更低廉。
测试不需要冷却液和燃油，且没有废气产生。
但是冷试也存在不足：①冷试的测试时间较短，使发动机稳定工作时间太短，易发生错误报警。
②没有点火及燃烧过程、无热量和压力产生。
冷试不能检测同热循环有关的缺。
发动机冷试设备原理及测试方法PPT幻灯片课件
2. 总成的涡轮增压器测试
• 单独的涡轮增压器测试台
28
冷试发展方向
1. 单独的涡轮增压器测试
• 涡轮增压器动态测试系统示意图
1) 涡轮侧进口压力测试 2) 涡轮侧出口压力测试 3) 压缩机侧进口压力测试 4) 压缩机侧出口压力测试 5) 涡轮转速、振动测试 6) 旁通阀功能测试 7) 可变喷嘴VNT功能测试
在发动机冷试线，因设备、工装、零件等各方面的因素影响，发动机冷试的FTQ平均约94%～96%。 为提高冷试FTQ，减少返修，提升生产效率，现较多发动机工厂将点火测试从冷试中分离，安排在冷 试前的工位进行单独检测。
27
冷试发展方向
增压发动机测试技术
涡轮增压装置是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加发动机的进气量，从而提高发动机的功率和 扭矩。 在增压器高速旋转的工作情况下，涡轮轴均需要机油对其进行润滑，需要冷却水进行冷却。因此现 阶段增压器都有进油管、回油管和进水管、回水管，需要对增压发动机进行油道、水道的泄漏测试。 根据不同厂家涡轮增压器产品的不同，目前具有以下几种测试工艺。
1
目录
冷试定义 设备原理及构造 设备测试方法 发展方向
2
冷试定义
什么是冷试？
冷试是一种检测总装流程错误及发动机零件缺陷的工具。 冷试技术严格来说应该是一种质量检测的手段，是对发动机装配 完成后的各系统进行综合测试的技术。 冷试相比热试有明显的优点和缺点： 1、优点：无需消耗燃油，成本降低且对环境无污染；测试时间短、 安全性也相对较高； 2、缺点：要求零件、装配质量达到相当精度要求，需要建立庞大 的数据库作为基础数据、不能检测热力循环中的相关缺陷；
冷试不需要燃料及冷却液，无内燃、无热量、无污染产生
发动机进气及排气过程中的冷测试技术
线变化情况。当排气阀门接近完全关闭位置时，进气阀门开始
2 发动机冷测试曲线分析
开启。在这个短暂的时间内，进气阀门和排气阀门同时处于开 启状态，这种情况称为“交叠”（overlap）状态。正像排气冲程
发动机冷测试的结果如图 2 的曲线所示，该曲线是对一组 中所讨论的那样，排气压力和汽缸压力达到最大值。而此时，在
在做功冲程之前的 TDC（汽缸顶） 点，压力达到最大值。但是，这个压力 没有被任何压力传感器所检测。因为进 气阀和排气阀都是关闭的，进气口和排 气口处的压力传感器将检测不到任何 压力的变化，即进气和排气过程中压力
TDC 12 10 8 6 4 2 0
做功冲程
BDC
排气冲程
TDC
进气冲程
BDC
排气阀高度
进气压力测试主要用于发现汽缸进气口连接处和进气阀等 处总的衬垫泄漏。排气压力测试可用来评价汽缸的压缩能力等。 在冷测试过程中，进气口压力测试和排气口压力测试互相配合 工作，可以准确发现并辨别发动机是否存在漏气孔、阀门密封 问题、活塞垫圈安装问题、汽缸壁问题、冲击调节阀调节问题， 以及时序配合等潜在的问题。这种测试的结果可以用发动机输 出力矩的测试结果来验证。
能力测试非常相似，不同点在于：①压力测试位置在进气和排气 变形，孔尺寸不恰当；⑦孔表面边缘存在刻线、划痕或碎片。
口，而不是在汽缸本身上；②压力测试是连续的；③在冷测试过 2.3 进气冲程
程中，如果发动机正常的话，当进气阀和排气阀都关闭时，不论
在进气冲程开始时刻，从图 2 中可看到最为复杂的压力曲
活塞是否运动，进气口和排气口压力都不会有任何改变。
进气阀高度
压缩冲程
曲线为一条平直的线，这将保持到排气
角度/°
发动机振动测试方法及分析
数值较大容易引起机体的强烈振动O 1. 2 为1
2 P R t o s !c ! r =M r
1
发动机振动原理分析
引起该类型直列四缸汽油发动机振动的主要激励
离心惯性力 a 其引起的离心惯性力 P 设旋转部件质量为 Mr r
可能来于三个方面1 一是活塞连杆等往复运动部件的 往复惯性力 S二是由曲轴飞轮等旋转部件上不平衡质 量引起的离心惯性力S 三是燃气压力O 下面分别对该 三种激励进行分析1 1. 1 往复惯性力 四缸发动机理论上各气缸的往复惯性力可以表示为1
测点 4 0. 17 2. 30 1. 23 5. 21 4. 46 10. 60 10. 16 22. 30 23. 47 32. 26
测点 5 0. 15 3. 35 3. 14 7. 90 3. 87 13. 10 8. 86 46. 58 26. 64 48. 83
作者简介" 张晨彬 ( 1979 -) $ 男$ 天津$ 东南大学 机械电子工程专业硕士$研究方向I机械振动O
燃气压力是发动机的内力, 在机体内平衡不会向 外传递,但是当其变化剧烈时会引起倾翻力矩使得发 动机产生振动0 由于曲轴每转两周产生一个燃气压力 高峰,所以燃气压力的频率为曲轴回转频率的一半0 1. 4 整机振动分析 发动机总成及其悬置系统组成的弹性振动的固有 频率通常不超过 30 H Z , 在此范围内发动机的振动只 存在刚体模态, 因此可以把发动机简化为空间刚体0 这样,发动机总成悬置系统即构成了具有空间 6 自由 度的弹性振动系统< 其物理模型见图 1 > 0
ZH AN G Ch en -bi n ,XU E Ch en g-ci , Dp ar t m nt o f Mc hani c al E ngi n r i ng, So ut hE as t u ni l r s i t y N an i ng 210096 , C hi na)
发动机冷态测试工艺及其参数
发动机冷态测试工艺及其参数作者：张天华来源：《科技风》2018年第22期摘要：发动机冷态测试作为一种新兴的先进的发动机测试工艺率先在上海通用汽车各条发动机装配线投入使用。
本文介绍了发动机冷态测试（以下简称“冷试”）技术以及各测试参数的意义，并在冷试的实际应用中实现对测试参数的设置和优化。
关键词：发动机；冷态测试；参数优化发动机冷态测试（简称冷试），是运用先进的模拟技术，在不加汽油的情况下，对发动机运转时的启动扭矩、油压、振动、点火、进气、排气等一系列发动机关键的性能指标进行综合检测。
冷试系统一般是由工作台、操作控制面板（HMI）、数据采集处理计算机等组成，具有高效率，低能耗，噪声小，无排放、柔性化程度较高等优点。
1 发动机冷试参数测试参数主要包括以下几大类：环境参数：包括温度，湿度，气压等环境参数，外界环境的变化会对发动机冷试结果有一定影响。
机油压力：包括在150RPM下的机油压力，机油泵各齿油压，卸荷压力等。
在开始测试时即检测150RPM油压指标，若超差则冷试测试程序立即自动停止，以防止发动机部件在无机油润滑情况下运转造成损伤。
发动机机油泵质量，油路相关部件装配问题，发动机油道阻塞等均可从这类指标中判断出来。
驱动扭矩：驱动扭矩是指冷试台的交流伺服电机驱动发动机转动时所需的扭矩，主要由发动机泵气功产生的扭矩和发动机部件磨擦扭矩两部分组成，主要用以判断发动机运动副中是否有异物或磨损。
进气真空度：当发动机转动时，压力传感器感到的是吸气负压，因此称为进气“真空度”，主要检查进气管路是否通畅，有无泄漏，凸轮轴相位是否正确。
排气压力：通过排气压力的变化以及特定指标如排气压力峰值，峰值角度，开启角度，泄露值等检测排气路的通畅，发动机正时以及气门密封性、活塞组件在气缸中工作的情况。
点火参數：包括点火峰值最大值、最小值、平均值，点火宽度最大值、最小值、平均值，点火峰值与宽度的比值，点火线圈峰值平均值、差值等一系列测试参数，用来检测发动机点火系统各部件性能及装配质量，如火花塞，点火线圈，火花塞线束等。
1.冷测试原理及参数测试(类别简析)
发动机冷测试技术在汽车生产中的应用作者：王永涛郭东栋文章出处：/art_38355.html发布时间：2010/08/161. 前言随着汽车工业的不断发展，现代汽车对可靠性、安全性的要求不断提高，以及系统的日趋复杂化，生产中对发动机的快速全面诊断越来越受到人们的重视；而随着相关测试技术的不断进步以及计算机处理能力的迅速提高，目前越来越多的汽车生产厂家，开始采用具有较快节拍、较高质量检测水平、较低生产成本的发动机冷测试来进行发动机下线的高精度检测，以更好的确保产品质量。
由于发动机冷测试不像常规的热试验那样能够真实的表现发动机的功率和扭矩，而是通过间接的方式考察整机装配性能，在测试过程中更多的涉及到各种参数及曲线的分析，因此，在发动机冷试验过程中，测试项目及测试方案的选取相对而言就显得尤为重要，需要在实际生产中通过实践验证及不断调整来最终确定。
2. 发动机冷试验的测试原理发动机冷试验是用来检测内燃机装配质量的一种方法。
当采用冷测试技术检测发动机时，发动机不需要燃料来运行，也不需要冷却液进行冷却。
被测试的发动机进入测试台，通过气缸或液压缸夹紧发动机的进气、排气口，同时通过专用机油压力适配器连接到设备上，用抱爪或其它夹紧机构自动夹紧发动机的飞轮或适配器，测试台的伺服电机驱动发动机以不同的速度旋转，与此同时，测试系统通过数据采集卡同时从发动机进气口、出气口、夹紧机构的扭矩传感器以及主油道出口的压力传感器上采集数据，采集到的测试数据通过测试台专用软件进行分析，然后将分析结果与测试台已设定好的极限值进行比较，从而确定发动机是否被正确装配。
另外，设备通过测试程序对发动机上相关传感器发送执行操作的指令，同时发动机各种传感器及执行器也通过CAN-Line或K-Line将反馈信号反馈给测试台，测试台软件对发动机反馈的各种信息进行一系列的分析比较，最终确定发动机各传感器及执行器是否正常工作。
3. 发动机冷试验中的机械性能测试发动机冷试验中的机械性能测试，主要有扭矩测试（包括脱离扭矩、运转扭矩、监控扭矩等），进气真空度测试，排气压力测试，机油压力测试，发动机正时测试等。
什么是发动机冷试？发动机冷试和热试的区别是什么？
什么是发动机冷试？发动机冷试和热试的区别是什么？发动机在出厂前，每家工厂都会对发动机的性能进行测试，只有满足品质标准的产品才会被发往整车厂，目前各家发动机制造商通常采用的测试方法有两种，即发动机冷试、热试。
首先介绍下发动机的热试、冷试的特点。
热试：发动机外接冷却循环、燃油供给等点火运行，是发动机的真实着车状态，利用ECU采集发动机各传感器信号，根据ECU内部策略定性判断发动机故障，并将故障码输出到台架显示器。
同时，可通过人工检查，判断发动机有无三漏异响等问题。
冷试：采用电动机带动发动机，模拟发动机运转状态，利用传感器动态采集反映发动机性能的各项表征参数，通过系统软件的计算和分析，比对被测参数和标准状态的差异，对发动机质量进行定量判断。
冷试技术的核心是建立发动机缺陷的特征数学模型，故障数据库的健全程度决定冷试台架的应用水平。
发动机冷试基本原理发动机热试其实并不用过多描述，因为和正常装车后的状态基本一致，在这里我们重点说一下发动机冷试。
冷态测试需要在专门的设备上进行，通常称为冷试台架。
冷试台架是一种采用外部驱动来转动发动机曲轴。
其原理为：通过设备及发动机自带的传感器，采集不同工况下发动机的各项性能参数或曲线，并通过特定的运算及逻辑，同预设的标准限值进行比较，从而判定发动机是否符合特定要求的设备。
冷试台架的基本构成，主要有三个部分：1.冷试台架，用于测试发动机各项参数，并对发动机质量状态进行判断。
2.返修工作站，根据发动机流水号，从HOST服务器调取发动机测试信息，并显示发动机的具体问题。
3.HOST服务器，负责存储发动机的测试数据。
了解了冷试基本情况之后，其与传统的热试相比，有哪些优劣点呢？第一，质量控制方面：冷试测试精度高、测试全面、故障发现早，并可以增加或增强多项故障检测能力，例如：VVT卡滞、NVH等；当然缺点也很明显，由于无法点火测试，一些需要在热机情况下才能表现出来的故障，比如：漏油、漏水、发动机能否着车，不能完全反映出来。
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发动机冷试振动测试原理
冷试是指发动机在不点火的状态下，由电机拖动发动机曲轴运转，通过冷试台架的各项传感器对发动机各项性能指标进行监控，从而判断产品本身是否存在质量缺陷。
发动机冷试相比热试而言更加的安静、无污染。
在发动机冷试过程中，振动测试是非常关键的一项测试指标。
通过振动测试能够发现发动机装配过程中零件质量和零件配合问题导致的异响和共振，及时拦截缺陷发动机，改善产品质量。
1 冷试振动测试原理
1.1 振动信号采集
冷试测试过程中主要通过冷试台架内置的振动传感器来采集振动信号，并经过冷试台数据处理器计算，从而得到最终的振动测试结果。
如图1所示为冷试台振动信号采集原理。
图1冷试台振动信号采集原理
在直列四缸及三缸发动机冷试设备中，一般会设置2个振动传感器来进行检测，其中一个布置在缸体下部，另一个布置在缸盖上部，都要求垂直于发动机表面。
传感器根据其与发动机的接触方式分为接触式机械振动传感器和非接触式的激光振动传感器两种，在发动机冷试的研发阶段可以根据发动机和测试条件的不同选取合适的传感器，接触式机械加速度传感器的优点是外界干扰小，通过辅助装备可以在未完全加工的表面进行工作，缺点是量程小(上限大约在10khz)，易损坏；非接触式激光振动传感器的优点是量程范围大(上限大约在20khz)，缺点是外界干扰大，对环境工况要求较高。
图2 接触式振动传感器和非接触式激光振动传感器
测试信号中振动的强弱可以通过频率，速度，位移，加速度等参数来评价发动机振动特性，冷试测试中通常使用加速度来进行评价，其计算公式如下：
L α=20lg(αe αref
) 式中：αe 为加速度有效值，单位dB ， αref 为加速度参考值，国际常规值：10−6m/s2，中国常规值：10−5m/s2。
1.2振动信号的处理
冷试采集的振动信号为周期性振动，可以通过时域信号或者频域信号来进行表示。
其中时域波形可以表达信号随着时间的变化，时域是真实世界，是唯一实际存在的域。
而频域研究物理信号时以频率作为基本变量，它表述了信号的频率结果及频率与该频率信号幅度的关系。
例如在测试台中通过频域阶次信号来对发动机振动进行表示。
其原理是通过将振动传感器捕获到的原始时域振动信号通过快速傅里叶级数变换的形式变换成横坐标为阶次信号，纵坐标为能量的坐标曲线。
其中阶次信号为曲轴转速的倍数
或曲轴工作一圈发生的次数，例如2阶即为2倍的曲轴转速。
图3 冷试台振动测试曲线
如图3所示振动曲线，横坐标为振动阶次，纵坐标为振动加速度值，其中每个峰值均代表一个阶次的能量。
2振动源解析及窗口设定
2.1振动源解析
发动机振动的产生是由于各种相对移动的零部件和缸体、缸盖之间的交互作用引起。
振动源解析主要根据发动机上运动部件的运动规律和啮合频率进行分析，确认不动振动阶次所对应的运动零部件。
目前北京奔驰主要生产的发动机类型为直列四缸发动机，其运动系统包括曲轴平衡轴系统、曲轴正时链条滑块系统、曲轴机油泵链条系统、凸轮轴系统等。
冷试测试中将曲轴作为转动基础部件，其它转动部件相对基础部件转动倍数作为该零件的转动值，即阶次。
测试台中使用Ord进行表示。
如图4所示为发动机主要运动部件振动阶次关系。
图4 发动机主要运动部件振动阶次关系
例如曲轴正时链条系统中，曲轴主动轮的齿数为21，故其和齿条啮合的频次为曲轴每转一圈为21次。
曲轴齿轮的啮合频率永远是曲轴本身旋转速度的21倍，故定义曲轴齿轮和链条的啮合频率为21Ord,由于齿轮齿条系统的啮合特性，凸轮轴齿轮和齿条的啮合频率也是21Ord，故定义21Ord为曲轴正时链条系统的啮合频率。
另外，由于谐振作用，所以在21 Ord的整数倍的频率上会有谐振波得产生，故在评价21阶次的同时还需对42阶次和63阶次甚至84阶次进行评估。
同理可得曲轴机油泵链条系统的阶次为25、50、75，曲轴平衡轴系统的阶次为82、164，机油泵本身阶次为0.8333，平衡轴本身的阶次为
2，凸轮轴本身的阶次为0.5。
发动机主要运动部件及对应阶次如表1所示。
表1 发动机主要运动部件与振动阶次对应关系
阶次阶次定义对应零部件
21 Ord 曲轴正时链条系统缸体侧基础阶次曲轴齿轮、正时链条、张紧器、滑轨、滑轨
定位销
42 Ord 曲轴正时链条系统缸体侧谐振阶次曲轴齿轮、正时链条、张紧器、滑轨、滑轨
定位销
63 Ord 曲轴正时链条系统缸体侧谐振阶次曲轴齿轮、正时链条、张紧器、滑轨、滑轨
定位销
25 Ord 曲轴机油泵链条系统缸体侧基础阶次曲轴齿轮、机油泵链条、机油泵、滑轨
50 Ord 曲轴机油泵链条系统缸体侧谐振阶次曲轴齿轮、机油泵链条、机油泵、滑轨
75 Ord 曲轴机油泵链条系统缸体侧谐振阶次曲轴齿轮、机油泵链条、机油泵、滑轨
82 Ord 曲轴平衡轴系统缸体侧基础阶次曲轴齿轮、平衡轴齿轮
164 Ord 曲轴平衡轴系统缸体侧谐振阶次曲轴齿轮、平衡轴齿轮。