发动机冷试油压温度补偿功能的应用

周俊杰，聂灿明，凌以静

（上汽通用五菱汽车股份有限公司制造部，广西 柳州545007）

0 引言

冷试是发动机在冷状态下由外部电机驱动进行各项测试，由于在成本、环保、安全等方面的优势，冷试已取代热试成为主流的发动机装配线下线质量检测控制手段。

冷试通常包括正时测试、油压测试、VVT或VVL测试、进气测试、排气测试、NVH测试等内容，油压测试是冷试的核心测试项，通过监控发动机缸体主油道机油压力值检测发动机润滑系统的缺陷，其分为高速油压测试和低速油压测试。高速油压测试在1 500 rpm左右进行，低速油压测试在150 rpm左右进行。低速油压测试中，油压传感器通过测试机构与发动机缸体主油道接通实现低速油压的测量，获得油压测量值（Y）。低速油压测试能够探测的缺陷包括机油泵泄压阀常开、主轴瓦漏装、曲轴主轴颈直径偏小、主轴瓦偏薄、主轴瓦倒角过大、凸轮轴钢珠漏装等。

1 油温补偿法总体介绍

在冷试设备实际使用中，一般通过合格发动机批量测试数据计算出参数上下限值，并结合缺陷验证结果确定各参数限值（包括低速油压测试），如图1所示。由于低速油压各参数受温度变化影响大，油压测量值分布较不集中，上下限值设置较宽，过程探测能力减弱。

图1 参数上下限设置

为避免温度对低速油压测试的影响，可通过机油加热和油温补偿两种方式。机油加热需要将机油控制在较高恒定温度，效果明显，但伴随的问题是能源消耗大，机油受热挥发严重，车间员工抱怨，故不建议采用此方式。

油温补偿法引入一个新参数油压补偿值（Y补），该参数在油压测量值（Y）基础上进行温度补偿，将油压测量值补偿至基础油温下对应的油压，即油压补偿值（Y补），该参数基本不受温度影响，数据分布较集中，收严该参数限值，降低缺陷逃逸风险。

油温补偿法主要步骤：采集某机型的低速油压测量值、油温测试数据，通过数据拟合获得其理论油压-油温关系方程，预先设置方程阶数为5阶，形式如y=ax5+bx4+cx3+dx2+ex+f，获得5个常数系数项，并设置基础油温。根据理论油压-油温关系方程y（x）、实测油温x、基础油温x0，基础油温下的理论油压值Y0，对Y值进行增补或削减得到油压补偿值（Y补），该参数能够真实地反映发动机的真实特性且波动范围较小，能够有效提升低速油压测试的缺陷探测能力。理论油压-油温关系方程根据发动机实际特性得出，不同产品有不同的关系方程。

1.1 数据采集

针对某款机型，采集油温变化范围内对应的油压值，冷试油温变化范围一般在16℃～40℃之间，该温度范围根据厂房温度、机油温度等因素确定，机油温度通过管道由室外进入装配线，夏天机油温度高于厂房温度，冬天机油温度低于厂房温度。

进行数据采集前需要准备一台已经测试合格的发动机，并确认红外温度传感器和油压传感器是否都在正常标定周期内。由于所需要的起始油温较低，选择冬季采集较合理，若在夏天进行需对发动机或者机油进行降温处理；数据采集需要逐步提升油温，进行升温操作时要临时中断数据采集，升温结束后恢复至150 r/min并继续数据采集（升温操作流程：当采集的油温数据无法进一步上升时，提高发动机转速至500 r/min运行约5 min）。

打开测试软件的油压传感器油温补偿校准模块，采集数据时发动机转速设置与低速油压测试转速一致，发动机转速稳定后开始记录理论油压值y和油温x.整个数据采集过程中发动机油温从最低温逐步上升至所需的最高温度，中途发动机油温出现下降则需要重新采集数据。

1.2 理论油压-油温关系方程确定

进行油压温度补偿的核心任务就是确定理论油压-油温关系方程，对获得的理论油压和油温数据进行5阶多项式方程拟合处理，确定理论油压-油温关系方程：y=ax5+bx4+cx3+dx2+ex+f，即获得5个常数系数，x轴表示机油温度，y轴表示理论油压值。

1.3 油压补偿值计算公式

在低速油压测试算法设置中输入理论油压-油温关系方程，基础油温x0设为常温25℃，此时对应的理论油压值为y0，油压测量值Y，油温补偿值通过以下公式得到Y补=Y+（y0-yx）。

当机油温度x=25℃时，理论油压值为yx=y0，油压补偿值Y补=Y+0；

当机油温度x＞25℃时，理论油压值为yx＜y0，油压补偿值Y补=Y+（y0-yx）；

当机油温度x＜25℃时，理论油压值为yx＞y0，油压补偿值Y补=Y-（yx-y0）。

2 问题描述

温度下降导致发动机低速油压测量值升高，低速油压测试值限值根据往年测量数据设置，兼容往年的温度变化范围。2018/1/26温度降至历史低点，B15系列发动机低速油压测量值整体上升，超过参数上限值，导致冷试批量误判，如图2所示。

图2 低速油压测量值散点图

为避免批量误判，可采取以下几种方法：

①继续扩大低速油压测试测试值限值范围，兼容更宽的温度波动范围，避免误判；

②通过机油加热避免；

③通过油温补偿方式将油压实测值进行修正得到油压补偿值。

三种方法的优缺点分析：

方法①增加油压测量值限值范围，低速油压测试缺陷探测能力降低，缺陷流出风险加大。

方法②稳定有效，能够使低速油压测量值稳定在一定较小范围内，但会增加能源消耗，带来车间环境问题等。

方法③通过油温补偿法，新增油压补偿值参数，该参数能够稳定在一定范围内。补偿方程设置繁琐，每种机型都要单独配置。

因此计划通过方法①+③解决误判问题，油压测量值易受温度变化影响，直接将该参数限值放宽，避免误判。给油压补偿值设定较严格的限值，提高缺陷探测能力。

3 数据采集和方程拟合

准备一台B15系列发动机，让其在低速油压测试转速下运转，机油温度在发动机运转过程中会逐渐升高，同时采集机油温度和机油压力数据，如图3所示。

图3 油温-油压数据

当油温无法上升时需要进行升温操作，该过程不采集数据，其目的是提高机油温度，这也是采集的油压-油温数据拟合曲线后分布不连续的原因。

将采集的数据导入Excel表格，选中所有数据插入散点图，去除异常点，并在Excel中调出多项式界面拟合出5阶多项式方程，即理论油压-油温关系方程，如图4所示：y=-0.000 411 96x5+0.055 881 25x4-3.008 447 67x3+80.789 978 26x2-1.099 046 40x+6 363.550 521 13

4 效果验证

在B15系列机型的冷试测试计划低速油压测试算法设置中输入油压-油温关系方程的5个系数（a=-0.000 411 96，b=0.055 881 25，c=-3.008 447 67，d=80.78997826，e=-1.09904640，f=6363.55052113），基础油温设定为x0=25℃，理论油压值为y0=180 kPa。

当机油温度x=25℃时，油压补偿值Y补=Y；

当机油温度x＞25℃时，油压补偿值Y补=Y+（180-yx）；

当机油温度x＜25℃时，油压补偿值Y补=Y-（yx-180）。

设置完成后，低速油压测试窗口中出现两条波形，一条是油压测量值Y的波形，另一条是油压补偿值Y补的波形。当机油温度高于25℃时，油压测量值Y波形低于油压补偿值Y补波形，如下图5所示。

图4 理论油压-油温关系方程

图5 油压补偿值波形和油压原始值波形

油温补偿功能启用后，收集一段时间内同一台发动机的测试数据，如图6所示，随着温度的变化，油压补偿值的波动范围小，油压测量值的波动范围大。

图6 油温补偿效果验证图

故放宽油压测量值范围解决误判问题，设置低速油压补偿值的范围提升缺陷探测能力。通过批量数据计算后，低速油压最大值限值由100～300 kPa调整为100～350 kPa，低速油压补偿值限定值，低速油压最大值补偿值限值设置为125～240 kPa.

例如某台缺陷发动机常温下的低速油压实测值为80 kPa，其在低温环境下的测量值高于100 kPa，在合格范围内，但是油压温度补偿算法会对测量值修正到常温状态下，即油压补偿值仍然不合格。所以说油压补偿值的设置提高了发动机的缺陷探测能力。

5 结束语

本文介绍了油压温度补偿方法在冷试台架的应用，并有效解决了温度变化造成的冷试误判问题，并提高过程监控能力。温度补偿的方法已经广泛应用于工业生产的多个方面，机加工冷却液、计量仪器等，油压温度补偿方程的确定过于繁杂，每种机型都需要有专门的算法，对多机型柔性生产的产线而言，设备维护人员的工作量是很大的问题。