利用氣缸壓力波形診斷汽車故障

鐘云剛

（漳州吉興汽車銷售有限公司，福建 漳州 363005）

1 氣缸密封性

氣缸密封性是保證發(fā)動機缸內(nèi)壓力正常并有足夠輸出的基本條件，也是影響發(fā)動機燃油經(jīng)濟性的一個重要因素。因此，通過氣缸密封性的檢測可較容易判斷發(fā)動機的基本技術狀況。氣缸密封性是由發(fā)動機活塞組、氣門與氣門座以及氣缸蓋、氣缸體、氣缸墊等零件保證的，發(fā)動機在使用過程中，配合副摩擦、氣門燒蝕、缸蓋因受力變形會導致氣缸密封性變差。另外氣門正時機構、進排氣系統(tǒng)堵塞、液壓挺柱等故障也會造成氣缸壓力變化。

2 氣缸密封性的測試

氣缸密封性的表征參數(shù)有氣缸壓縮壓力、氣缸漏氣量、進氣管真空度等，在發(fā)動機怠速抖動、汽車加速超車無力、汽車爬坡無力等現(xiàn)象時，通常會先檢查發(fā)動機技術狀況，而在這3個參數(shù)中，經(jīng)常會通過氣缸壓力表先測量氣缸壓力。傳統(tǒng)的壓縮表，包含一個施拉德（Schrader）閥，它可以測量峰值壓縮壓力，但對于一些氣門正時的變化、氣門故障無法檢測。利用示波器和大范圍的壓力傳感器可以快速且準確地確定發(fā)動機的燃燒條件情況。在氣缸內(nèi)和整個循環(huán)過程中，壓力傳感器可以測量壓力上升和下降的完整范圍，包括真空。這比起傳統(tǒng)的壓縮試驗，提供了明顯的優(yōu)點，如可以檢測壓縮循環(huán)的微小變化，以及用壓縮表檢測不到的故障，可用來識別進/排氣門開啟、關閉時刻，診斷氣門是否提前開啟或卡滯、判斷三元催化器是否堵塞、診斷點火提前角及配氣機構正時等機械故障。

3 標準氣缸壓力波形

當發(fā)動機技術狀況良好時，其氣缸壓力的標準波形如圖1所示。從波形上主要觀測以下幾點。

圖1 標準氣缸壓力波形

1）峰值壓力A 這個點就是活塞運行到上止點的時刻。波峰的壓力值就是從K點的氣體壓縮到A點時的值。壓力值的大小取決于活塞到氣缸蓋的容積，活塞到達上止點時氣缸內(nèi)的壓力達到最大值。在A點處活塞停止向上運動，并準備向下止點運動。這個最大壓力值會隨著發(fā)動機運行的工況不同而改變。點燃式發(fā)動機在起動過程中的氣缸壓縮的壓力約為9 bar。當這個起動壓縮壓力下降到約6.2 bar以下時，就表明氣缸內(nèi)的壓力不足以支持烴鏈的燃燒。發(fā)動機在怠速狀態(tài)下的壓縮壓力應為約4.8 bar，如果降到2.8 bar以下就會造成氣缸失火，即氣缸內(nèi)的壓力不足以支持烴鏈的燃燒。

2）壓縮線B與膨脹線C 壓縮線與膨脹線應對于標尺線對稱，即壓縮行程的波形弧度和做功行程的波形弧度是相同的，這代表著在壓縮和膨脹過程中氣密性良好。

3）膨脹時缸內(nèi)最低壓力點D 活塞在做功行程下降到一定程度會出現(xiàn)負壓。這實際上是由于此時氣缸內(nèi)沒有真正做功而形成的（此時的氣缸內(nèi)沒有燃燒，可以把它看作是一個抽氣機，所以當活塞下降到一定程度會出現(xiàn)負壓）。

4 利用缸壓波形分析故障

1）膨脹壓下降過快 某車在行駛中突然熄火，無法起動。發(fā)動機正常工作的前提有3個要素：足夠的壓縮壓力、強火花的正時點火、適當?shù)目扇蓟旌蠚狻z查點火、噴油正常，然后檢查缸壓波形。從圖2中可看出，膨脹線比較陡，但缸壓峰值可達到10 bar，說明氣缸密封性是好的，但在做功行程氣缸內(nèi)的壓力下降過快，說明排氣門打開過早，造成氣體泄漏。經(jīng)檢查，故障原因是：正時跳齒造成進排氣機構工作錯亂，更換正時皮帶和張緊輪之后故障排除。這個故障中若用傳統(tǒng)的缸壓表，缸壓正常，可能誤認為發(fā)動機機械正常，但通過缸壓波形就能明查秋毫。

圖2 膨脹壓下降過快

2）排氣壓力過高 某發(fā)動機存在失火現(xiàn)象，測試缸壓波形。從圖3中可看出，在排氣行程時氣缸內(nèi)壓力達到了1.144 bar，而正常的排氣行程壓力接近0bar，將正常波形與故障波形對比，可清楚看見不正常缸的排氣行程壓力過高（圖4），說明排氣不通暢。經(jīng)檢查三元催化，發(fā)現(xiàn)三元催化堵塞嚴重。

圖3 排氣行程壓力過高

圖4 正常波形與故障波形的對比

3）排氣行程出現(xiàn)尖峰 某車型發(fā)動機，停放半年后無法起動。更換了蓄電池、起動機、機油，發(fā)動機起動時能正常運轉，但無法起動。檢查高壓火，正常。檢查油路，燃油噴射霧化正常。檢查電控系統(tǒng)，無故障碼。有油有火，發(fā)動機正常工作三要素中只有機械方面可能存在問題，因此檢查缸壓波形（圖5）。經(jīng)測量，缸壓正?？蛇_14bar，但在排氣行程末期，缸壓升高，應該是排氣門關閉過早或者排氣堵塞。檢查排氣系統(tǒng)正常，那原因只有排氣門關閉過早。分析車輛停放時間較久，液壓挺柱里面可能無油，造成排氣門間隙過大，開度不足，過早關閉使得廢氣排不出去，新鮮氣體無法進入氣缸，從而造成發(fā)動機不能起動。后經(jīng)外源方式多次起動發(fā)動機，建立機油壓力，使機油充入液壓挺柱，發(fā)動機正常起動。再檢查缸壓波形，已恢復正常，說明判斷正確。

圖5 故障波形

5 總結

以上幾個案例中，缸壓如果利用傳統(tǒng)缸壓表測試，都是正常的，但機械部分并不正常，原因在于傳統(tǒng)的壓力表只能粗略顯示氣缸壓力，并不能準確顯示缸壓變化細節(jié)。利用缸壓波形可以清楚看到發(fā)動機在整個循環(huán)中氣缸內(nèi)壓力的變化情況，從而準確分析并判斷汽車故障所在。事實上，除了采用缸壓傳感器可以測試氣缸壓力外，還可以測試曲軸箱壓力、排氣壓力，通過與正時信號相結合，能夠更準確地分析判斷更多的汽車故障。