氣缸壓縮壓力的檢測(cè)、分析與診斷

宮英偉

（北京汽車(chē)技師學(xué)院，北京 102606）

前言

隨著現(xiàn)在生活節(jié)奏的加快，城市范圍的不斷擴(kuò)展，人們的生活和工作范圍不斷加大，汽車(chē)作為人們的代步工具已被頻繁使用，汽車(chē)的各項(xiàng)技術(shù)也在不斷發(fā)展和進(jìn)步。與此同時(shí)，汽車(chē)在使用過(guò)程中，隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)或行駛里程的增加，其故障也會(huì)頻繁出現(xiàn)，為了確定汽車(chē)在使用時(shí)技術(shù)狀況良好，就要求我們對(duì)汽車(chē)的各項(xiàng)使用性能做檢測(cè)。而發(fā)動(dòng)機(jī)使用性能的好壞，大多是以動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)來(lái)衡量。對(duì)于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，影響其動(dòng)力性能的三大因素包括密封性、點(diǎn)火性能及空燃比，其中氣缸密封性是表征發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性的重要參數(shù)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)狀況有著直接的影響。當(dāng)氣缸密封性不良時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和起動(dòng)性能將會(huì)下降，燃油消耗量也會(huì)隨之增加。所以氣缸密封性的檢測(cè)顯的尤為突出，而氣缸壓縮壓力是檢測(cè)氣缸密封性好壞的一個(gè)至關(guān)重要的數(shù)據(jù)。

1 氣缸壓縮壓力的形成

氣缸壓縮壓力如何形成的呢？我們需要追溯到發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理上。首先發(fā)動(dòng)機(jī)主要分為兩大機(jī)構(gòu)和五大系統(tǒng)，其中兩大機(jī)構(gòu)中的曲柄連桿機(jī)構(gòu)和配氣機(jī)構(gòu)是構(gòu)成發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室（如圖1所示）的主要部件，主要由活塞、活塞環(huán)、汽缸體、氣門(mén)、缸墊及火花塞孔組成。

圖1 燃燒室

其次對(duì)于四沖程汽油機(jī)來(lái)說(shuō)，它的工作過(guò)程是曲軸旋轉(zhuǎn)兩周，發(fā)動(dòng)機(jī)完成四沖程的一個(gè)循環(huán)：進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣。當(dāng)進(jìn)氣行程開(kāi)始時(shí)如圖2中a圖所示，進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟，排氣門(mén)關(guān)閉，活塞位于上止點(diǎn)位置，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動(dòng)，可燃混合氣將會(huì)在壓力差的作用下進(jìn)入氣缸。壓縮行程開(kāi)始時(shí)如圖2中b圖所示，進(jìn)、排氣門(mén)關(guān)閉，活塞在曲軸的帶動(dòng)下從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)移動(dòng)，活塞上方的容積縮小，混合氣體在氣缸密封的情況下無(wú)法釋放出去而被壓縮，此時(shí)就形成了氣缸內(nèi)的壓縮壓力，簡(jiǎn)稱(chēng)“氣缸壓力”，也就是指發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮行程終了時(shí)燃燒室內(nèi)的氣體壓力。

圖2 進(jìn)氣行程和壓縮行程

2 氣缸壓縮壓力對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響

氣缸壓力是發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)十分重要的數(shù)據(jù)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響極大，它幾乎與發(fā)動(dòng)機(jī)的絕大多數(shù)性能都密切相關(guān)。若氣缸壓力達(dá)不到要求，發(fā)動(dòng)機(jī)的一切性能指標(biāo)也都會(huì)達(dá)不到規(guī)范要求。氣缸壓力降低，會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性下降，引起機(jī)車(chē)行駛無(wú)力、油耗增加、啟動(dòng)困難等一系列故障。在發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比、轉(zhuǎn)速和工作溫度一定的條件下，氣缸壓力與機(jī)油粘度、氣缸和活塞組配合的技術(shù)狀況、配氣機(jī)構(gòu)是否準(zhǔn)確和燃燒室的密封性等因素有關(guān)。所以通過(guò)對(duì)氣缸壓力的檢測(cè)，可以診斷氣缸、活塞組的密封情況；活塞環(huán)、氣門(mén)、缸墊等密封是否良好，以及氣門(mén)間隙的調(diào)整是否適當(dāng)?shù)取?/p>

3 影響氣缸壓力的主要因素

3.1 活塞與氣缸的磨損

由于燃燒氣體中含有酸性物質(zhì)對(duì)缸壁具有腐蝕作用，空氣、燃油和機(jī)油中的機(jī)械雜質(zhì)及不完全燃燒所生成的積炭，使活塞組、氣缸產(chǎn)生異常磨損，導(dǎo)致氣缸與活塞配合間隙過(guò)大，密封不良。發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸與活塞的配缸間隙是極為重要的技術(shù)參數(shù)。如果配缸間隙過(guò)大，將會(huì)出現(xiàn)“敲缸”和“竄氣”“竄油”，那么氣缸內(nèi)的壓縮壓力將會(huì)降低，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力則會(huì)下降，燃油消耗量增加等。

3.2 活塞環(huán)的磨損

活塞環(huán)如圖3所示，它是燃油發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的核心部件，它與活塞、汽缸、汽缸壁等共同完成燃油氣體的密封。它以自身的彈力與氣缸壁貼合，使壓縮氣體不能從環(huán)外圓與氣缸壁之間通過(guò)，來(lái)保持活塞與氣缸壁之間的密封。如果活塞環(huán)磨損嚴(yán)重，就會(huì)導(dǎo)致活塞與活塞壁之間密封性降低，氣缸壓縮壓力就會(huì)明顯降低。

圖3 活塞環(huán)

3.3 氣缸襯墊燒蝕

圖4 氣缸襯墊

氣缸襯墊如圖4所示，它是機(jī)體頂面與汽缸蓋底面之間的密封件，其作用是保持氣缸密封不漏氣，防止高壓氣體竄出。那么在車(chē)輛行駛過(guò)程中，由于一些使用因素、維修因素和環(huán)境因素等的影響，氣缸襯墊就會(huì)發(fā)生燒蝕或損壞，發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，從而導(dǎo)致汽缸壓縮壓力降低。

3.4 氣缸體與氣缸蓋的結(jié)合平面變形，缸蓋螺栓擰緊力矩不夠或松動(dòng)

如果拆裝不當(dāng)和維護(hù)不及時(shí)，例如在高溫下拆卸氣缸蓋，或在裝氣缸蓋時(shí)不按規(guī)定的順序、次數(shù)擰緊螺栓或螺母，或預(yù)緊力不均勻，都會(huì)使氣缸與氣缸蓋的結(jié)合平面產(chǎn)生翹曲變形。一旦汽缸蓋表面發(fā)生變形，就會(huì)導(dǎo)致氣缸內(nèi)的密封性不良，氣缸壓縮壓力下降。

3.5 氣門(mén)的燒蝕及氣門(mén)座的變形

氣門(mén)是發(fā)動(dòng)機(jī)的一種重要部件。它的作用是專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)向發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)輸入空氣并排出燃燒后的廢氣。如果發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間在大負(fù)荷下工作，超過(guò)了設(shè)計(jì)極限，會(huì)引起氣門(mén)的早期磨損；同時(shí)還會(huì)引起氣門(mén)導(dǎo)管、氣門(mén)座的變形，破壞了氣門(mén)的密封性，密封不良，在發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮時(shí)就會(huì)產(chǎn)生漏氣，氣缸壓縮壓力下降，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性不足。

4 氣缸壓縮壓力的檢測(cè)方法

通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理可知，在發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比、轉(zhuǎn)速和工作溫度一定的條件下，氣缸壓力與機(jī)油粘度、氣缸和活塞組配合的技術(shù)狀況、配氣機(jī)構(gòu)是否準(zhǔn)確和燃燒室的密封性等因素有關(guān)。通過(guò)對(duì)氣缸壓力的檢測(cè)，可以診斷氣缸、活塞組的密封情況；活塞環(huán)、氣門(mén)、缸墊等密封是否良好，以及氣門(mén)間隙的調(diào)整是否適當(dāng)?shù)取?/p>

4.1 檢測(cè)儀器

目前汽車(chē)維修廠(chǎng)廣泛使用的檢測(cè)汽車(chē)壓縮壓力的儀器是氣缸壓力表如圖5所示。它是一種專(zhuān)用壓力表，具有價(jià)格低廉、儀表輕巧、實(shí)用性強(qiáng)和檢測(cè)方便等優(yōu)點(diǎn)，一般由壓力表頭、導(dǎo)管、單向閥和接頭等組成，其中接頭分為管螺紋接頭和錐形橡膠接頭兩種。

圖5 氣缸壓力表

4.2 氣缸壓力表使用方法

氣缸壓力表的接頭由于制造形式不同它的使用方法也不同。管螺紋的接頭可以擰在火花塞或噴油器的螺紋孔中，橡膠接頭可以壓緊在火花塞或噴油器的螺紋孔中。那么與之相配套使用的導(dǎo)管中，軟導(dǎo)管適用于聯(lián)接管螺紋接頭與壓力表頭，金屬硬導(dǎo)管則適用于橡膠接頭與壓力表頭的聯(lián)接。

氣缸壓力表上的單向閥是控制氣缸壓力表與大氣之間是否相通，當(dāng)單向閥處于打開(kāi)位置時(shí)，此時(shí)氣缸壓力表與大氣相通，氣缸壓力表指針數(shù)值為 0，以便繼續(xù)進(jìn)行其它缸的測(cè)量；當(dāng)單向閥處于關(guān)閉位置時(shí)，此時(shí)氣缸壓力表與大氣不相通，氣缸壓力表指針保持不變以便讀數(shù)和記錄數(shù)值。

氣缸壓力表的表頭顯示測(cè)量的氣缸壓力數(shù)值，其單位是Kpa。

4.3 汽缸壓力的檢測(cè)步驟

氣缸壓縮壓力的檢測(cè)步驟如下：

（1）將車(chē)輛放置在水平路面上，變速器擋位應(yīng)放在“P”檔或“N”檔。

（2）起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，讓發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，冷卻液溫度達(dá)到75℃以上。

（3）關(guān)閉點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，將鑰匙拔出。

（4）拆下空氣濾清器及進(jìn)氣管。

（5）拆下妨礙火花塞或噴油器拆卸的線(xiàn)束或零部件。

（6）如果是傳統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)，需把分電器中央高壓線(xiàn)拔下并搭鐵；如果是電控點(diǎn)火系統(tǒng)，需要根據(jù)結(jié)構(gòu)斷開(kāi)點(diǎn)火線(xiàn)圈的總插頭。

（7）用壓縮空氣吹凈火花塞或噴油器周?chē)幕覊m或贓物。

（8）卸下全部的火花塞或噴油器，并按氣缸順序放置。（9）在發(fā)動(dòng)機(jī)艙保險(xiǎn)盒中拆下噴油泵繼電器。

（10）將連接好的氣缸壓力表的橡膠接頭擰緊到被測(cè)火花塞孔或錐形接頭壓緊在被測(cè)噴油器孔中。將鑰匙插入點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，踩下節(jié)氣門(mén)開(kāi)關(guān)，使得節(jié)氣門(mén)置于全開(kāi)狀態(tài)，擰動(dòng)鑰匙至起動(dòng)位置3～5s，用起動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)在正常轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。(汽油機(jī)為250r／min)

（11）代氣缸壓力表頭指針位置保持最大壓力不變時(shí)將鑰匙擰至原位。

（12）讀取氣缸壓力表數(shù)值并記錄，記錄完畢后按下單向閥將氣缸壓力表指針回零。

（13）依照上述方法，依次測(cè)得其他缸，每缸測(cè)得三次，并計(jì)算出每缸汽缸壓力平均值。

5 檢測(cè)氣缸壓縮壓力的注意事項(xiàng)

（1）在測(cè)量氣缸壓縮壓力之前，須確保蓄電池電力充足。

（2）在測(cè)量氣缸壓縮壓力之前，氣缸蓋螺栓擰緊力矩值標(biāo)準(zhǔn)。

（3）在測(cè)量氣缸壓縮壓力之前，需要起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，將發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度達(dá) 75℃以上。氣密性的好壞與發(fā)動(dòng)機(jī)溫度有關(guān)，因此為了確保在發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作溫度下氣密性合格，必須要對(duì)氣缸預(yù)熱到發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作溫度，才能對(duì)氣密封性進(jìn)行檢驗(yàn)。

（4）在檢測(cè)氣缸壓縮壓力之前，減少其空氣阻力，需要拆下空氣濾清器和進(jìn)氣管。

（5）在檢測(cè)氣缸壓縮壓力之前，為了防止電擊和著火，傳統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)，需把分電器中央高壓線(xiàn)拔下并搭鐵；如果是電控點(diǎn)火系統(tǒng)，需要根據(jù)結(jié)構(gòu)斷開(kāi)點(diǎn)火線(xiàn)圈的總插頭。

（6）在檢測(cè)氣缸壓縮壓力之前，為了防止氣缸內(nèi)進(jìn)入灰塵和雜質(zhì)，需要用壓縮空氣吹凈火花塞或噴油器周?chē)幕覊m或贓物。

（7）在檢測(cè)氣缸壓縮壓力之前，為了防止噴油器噴油，需要拔下噴油泵繼電器。

（8）在檢測(cè)氣缸壓縮壓力時(shí)，起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸，活塞工作應(yīng)不少于四個(gè)工作行程，否則測(cè)出壓力數(shù)值將不準(zhǔn)確。

（9）在檢測(cè)氣缸壓縮壓力時(shí)，為了減少進(jìn)氣阻力應(yīng)將節(jié)氣門(mén)置于全開(kāi)位置。

6 氣缸壓縮壓力的數(shù)據(jù)分析

6.1 氣缸壓力的標(biāo)準(zhǔn)值

氣缸壓縮壓力標(biāo)準(zhǔn)值一般由汽車(chē)廠(chǎng)商提供。根據(jù) GB 18565-2001《營(yíng)運(yùn)車(chē)輛綜合性能要求和檢驗(yàn)方法》的規(guī)定，在用汽車(chē)各氣缸壓力應(yīng)不小于原設(shè)計(jì)值的85%，每缸壓力與平均壓力的差：汽油機(jī)應(yīng)不大于8%，柴油機(jī)應(yīng)不大于10%。根據(jù) GB／T15746.2-1995《汽車(chē)修理質(zhì)量檢查評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)·發(fā)動(dòng)機(jī)大修》附錄 B 的規(guī)定：大修竣工發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸壓力應(yīng)符合原設(shè)計(jì)規(guī)定，每缸壓力與各缸平均壓力的差，汽油機(jī)不超過(guò)8%，柴油機(jī)不超過(guò)10%。

常見(jiàn)幾種車(chē)型發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸壓縮壓力的標(biāo)準(zhǔn)值如表1所示。

表1 常見(jiàn)幾種車(chē)型氣缸壓縮壓力值

6.2 汽缸壓力檢測(cè)結(jié)果分析

6.2.1 氣缸壓力過(guò)高

氣缸壓力過(guò)高會(huì)使缸內(nèi)爆燃情況加劇，加快曲柄連桿機(jī)構(gòu)等的磨損程度，減少使用壽命，造成這種情況的主要原因是燃燒室內(nèi)的容積變小了，造成燃燒室容積變小的原因有：

（1）由于缸內(nèi)燃燒不正常使燃燒室內(nèi)積碳過(guò)多減小了燃燒室容積。

（2）由于缸蓋缸墊裝配不當(dāng)致使汽缸墊變簿減小了燃燒室容積。

（3）缸體缸缸蓋結(jié)合平面修理加工過(guò)多使燃燒室容積變小。

6.2.2 氣缸壓力不足

氣缸壓力不足就意味著氣缸密封性降低，將會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降，起動(dòng)困難，若個(gè)別氣缸壓力不足會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定。下表2是導(dǎo)致氣缸壓力不足的故障原因。

表2 導(dǎo)致氣缸壓力不足的故障原因

在實(shí)際的汽缸壓力測(cè)試結(jié)果中可能會(huì)遇到以下情況：（序號(hào)參照上表）

（1）如果單個(gè)氣缸壓力過(guò)低可能是由于表2中的1、2、3、4、5、6、9 引起。

（2）如果各缸普遍低于規(guī)定值可能是由于表2中的3、5、6、7、8引起。

（3）如果相鄰兩缸壓力比較低但基本相同時(shí)，可能是由于兩缸之間汽缸墊燒穿引起。

（4）如果缸內(nèi)完全沒(méi)有壓力可能是氣門(mén)卡住，燒缺口或活塞燒穿，活塞環(huán)燒附在環(huán)槽內(nèi)。

7 氣缸壓縮壓力故障診斷

7.1 故障現(xiàn)象

一輛行駛了9萬(wàn)公里的桑塔納 AJR 1.8L轎車(chē)，車(chē)主張先生表示近一段時(shí)間發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)很厲害，加速時(shí)動(dòng)力性能很差，尾氣排放不好，并且發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)偶爾會(huì)伴有“嘭嘭嘭”的漏氣聲音。

7.2 診斷過(guò)程

（1）將此車(chē)輛啟動(dòng)預(yù)熱，增大發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，用耳聽(tīng)發(fā)動(dòng)機(jī)漏氣聲音的位置。初步診斷是汽缸漏氣所致。

（2）取出氣缸壓力表，依上述汽缸壓力檢測(cè)步驟進(jìn)行各個(gè)缸的汽缸壓力檢測(cè)。檢測(cè)出的數(shù)據(jù)請(qǐng)見(jiàn)下表3。

表3 各缸汽缸壓力數(shù)據(jù)

7.3 診斷結(jié)果分析

根據(jù) GB18565-2001《營(yíng)運(yùn)車(chē)輛綜合性能要求和檢驗(yàn)方法》的規(guī)定，在用汽車(chē)各氣缸壓力應(yīng)不小于原設(shè)計(jì)值的85%，每缸壓力與平均壓力的差：汽油機(jī)應(yīng)不大于 8%。經(jīng)檢測(cè)結(jié)果計(jì)算，第二缸的汽缸壓力數(shù)值低于桑塔納 AJR 1.8L轎車(chē)規(guī)定的汽缸壓力的80%。

計(jì)算各缸的壓力差是否超過(guò)平均值的5%。

平均值的最大值為：1050×（1+5%）=1102.5Kpa平均值的最小值為：1050×（1-5%）=997.5Kpa所測(cè)得的平均值如果在1102.5Kpa～997.5Kpa之間，則符合要求。

檢查結(jié)果一、三、四缸汽缸壓力數(shù)值均正常，第二缸小于平均值，應(yīng)檢查。由此判定發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生上述故障是由于第二缸汽缸壓力數(shù)值低造成的。

由上述分析，個(gè)別缸氣缸壓力過(guò)低，可能是該缸氣門(mén)燒蝕，或活塞連桿組機(jī)械故障，或氣缸墊蝕損壞而漏氣。為了作進(jìn)一步診斷和排除故障，使用專(zhuān)用工具按照正確拆卸螺栓順序拆卸汽缸蓋，檢查氣門(mén)和汽缸墊沒(méi)有燒蝕損壞，轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸，拆卸第二缸活塞，發(fā)現(xiàn)活塞環(huán)中的氣環(huán)已經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重變形和磨損，更換新的活塞環(huán)，并正確安裝活塞環(huán)、活塞以及按規(guī)定力矩?cái)Q緊汽缸蓋緊固螺栓。

檢查、安裝完畢進(jìn)行試車(chē)，先將發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)至正常溫度，增大發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，查看發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性已恢復(fù)正常，無(wú)抖動(dòng)，無(wú)異響，車(chē)輛故障排除。

8 總結(jié)

氣缸壓縮壓力的測(cè)量是檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，也是比較簡(jiǎn)單快捷的發(fā)動(dòng)機(jī)性能測(cè)量方法。通過(guò)測(cè)量氣缸壓縮壓力可以及時(shí)掌握發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)工作狀況的正常與否，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題，從而避免造成更大的損失。本篇論文基本上涵蓋了氣缸壓力的形成，測(cè)量方法及測(cè)量結(jié)果分析，不足之處，還請(qǐng)批評(píng)指正。

[1] 李婕.汽車(chē)檢測(cè)技術(shù),北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.7.

[2] 張志沛.汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)原理.北京:人民交通出版社,2002.

[3] 譚本忠.汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造與維修.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.3.

[4] 李軍.汽車(chē)使用性能與檢測(cè)技術(shù).北京:人民交通出版社,2001.11.