斷缸測速法估算發(fā)動(dòng)機(jī)功率的原理與應(yīng)用

摘 要：一定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)，可以通過測量各缸單缸斷火時(shí)轉(zhuǎn)速下降值來估算發(fā)動(dòng)機(jī)功率，介紹了其原理并進(jìn)行了驗(yàn)證，敘述了其在汽車維修故障診斷中的應(yīng)用，它能區(qū)別出發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力下降故障是機(jī)械損失過多引起，還是燃燒不良引起。

關(guān)鍵詞：斷缸測速;發(fā)動(dòng)機(jī)功率;原理;應(yīng)用

中圖分類號：TK407文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.08.015

1 原理分析

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率值的大小直接影響到汽車動(dòng)力性能的好壞。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率亦稱發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率，在數(shù)值上等于發(fā)動(dòng)機(jī)指示功率與機(jī)械損失功率之差[1]，因而通過測量指示功率和機(jī)械損失功率，可間接知道汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率。

將多缸發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定在某一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)無負(fù)荷或有負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，通過檢測儀器自動(dòng)控制或手動(dòng)控制發(fā)動(dòng)機(jī)某一汽缸不工作，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，其變化值與發(fā)動(dòng)機(jī)原轉(zhuǎn)速之百分比即為功率平衡百分?jǐn)?shù)[2]。功率平衡百分?jǐn)?shù)反映了發(fā)動(dòng)機(jī)各缸相對功率的大小，而各缸斷缸后的轉(zhuǎn)速變化值之和反映了發(fā)動(dòng)機(jī)指示功率或有效功率的高低，其原理如下。

2 試驗(yàn)驗(yàn)證

以下是一輛桑塔納2000GSi汽車發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)情況。

一輛桑塔納2000GSi發(fā)動(dòng)機(jī)，冷卻液溫度10 ℃，冷啟動(dòng)后，以轉(zhuǎn)速1160～1200 r/min運(yùn)轉(zhuǎn)，依次拔掉第3、4、2、1缸噴油器電插頭，使對應(yīng)缸不工作，分別測量各缸斷火前后發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化值，再將變化值除以發(fā)動(dòng)機(jī)原轉(zhuǎn)速值，得到該缸功率平衡百分?jǐn)?shù)，該試驗(yàn)測量值如表1所示。

經(jīng)過以上試驗(yàn)后，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度有了一定提高，但仍然沒有達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的溫度，這時(shí)停機(jī)，隔一小段時(shí)間繼續(xù)試驗(yàn)。啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行第2次試驗(yàn)，踩下油門一點(diǎn)點(diǎn)，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速保持在1360～1400 r/min，依次拔掉第3、4、2、1缸噴油器電插頭，測量發(fā)動(dòng)機(jī)各缸功率平衡百分?jǐn)?shù)，其結(jié)果如表2所示。

經(jīng)過前面二次試驗(yàn)后，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度進(jìn)一步上升，停機(jī)，隔一小段時(shí)間繼續(xù)試驗(yàn)，這時(shí)冷卻液溫度已達(dá)到70 ℃，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行第3次試驗(yàn)，踩下油門一點(diǎn)點(diǎn)，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速保持在1360～1400 r/min，依次拔掉第3、4、2、1缸噴油器電插頭，測量發(fā)動(dòng)機(jī)各缸功率平衡百分?jǐn)?shù)，其結(jié)果如表3所示。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

通過以上試驗(yàn)，可作如下分析：

（1）由表1和表2可看出，發(fā)動(dòng)機(jī)各缸功率平衡百分?jǐn)?shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)斷缸前轉(zhuǎn)速值大小有關(guān)，斷缸前發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越高，其功率平衡百分?jǐn)?shù)越大;轉(zhuǎn)速越低，功率平衡百分?jǐn)?shù)越小。

（2）各缸功率平衡百分?jǐn)?shù)值大小反映發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失功率大小。以上試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)均沒有帶負(fù)載，屬于怠速運(yùn)轉(zhuǎn)。表2和表3顯示，雖然單缸斷火前，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速都相同，平均為1380 r/min，但單缸斷火后發(fā)動(dòng)機(jī)各缸功率平衡百分?jǐn)?shù)的平均值卻不同，表2為23.2%～27.5%，而表3為17.4%，主要是表2試驗(yàn)數(shù)據(jù)是在發(fā)動(dòng)機(jī)溫度還沒達(dá)到正常溫度測量的，水溫偏低，發(fā)動(dòng)機(jī)本身需要加熱及發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦阻力較大，要消耗一部分指示功率，所以發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失功率和指示功率都較大。而表3試驗(yàn)數(shù)據(jù)是在發(fā)動(dòng)機(jī)溫度接近正常值時(shí)測量，所以功率百分?jǐn)?shù)不但偏小，而且穩(wěn)定。

（3）汽車發(fā)動(dòng)機(jī)油門位置值決定了發(fā)動(dòng)機(jī)各缸每循環(huán)供油量大小，而發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷、轉(zhuǎn)速一定時(shí)，即保持發(fā)動(dòng)機(jī)在某一固定工況下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所需油量小與大反映了發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)工作質(zhì)量好與壞。循環(huán)工作質(zhì)量好壞又反映了發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火提前角（汽油機(jī)）、供油提前角（柴油機(jī)）、配氣相位等調(diào)整參數(shù)及汽缸密封性等性能參數(shù)的好壞。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失功率和有效功率一定時(shí)，指示功率也一定。而指示功率一定時(shí)，油門位置有可能不同。發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整參數(shù)或性能參數(shù)不好時(shí)，所需油門位置大;發(fā)動(dòng)調(diào)整參數(shù)或性能參數(shù)好時(shí)，所需油門位置就小。所以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)在某一轉(zhuǎn)速無負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所處的油門位置可判定其指示功率大小。

如上所述可見，功率平衡法不但能測量發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率，而且在測量發(fā)動(dòng)機(jī)功率的過程中可診斷發(fā)動(dòng)機(jī)功率低的具體原因，幫助判斷是由機(jī)械損失功率大引起，還是由指示功率低引起，從而為盡快排除故障打下基礎(chǔ)。不僅如此，功率平衡法通過測量和計(jì)算得到多缸發(fā)動(dòng)機(jī)各缸功率平衡百分?jǐn)?shù)后，經(jīng)過比較它們的差異，可明確判定與平均值相差較大的缸存在著故障，從而進(jìn)一步縮短了故障診斷時(shí)間。

4 應(yīng)用

利用功率平衡法可幫助汽車動(dòng)力不足故障的診斷。汽車動(dòng)力不足，可能是汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械效率低，也可能是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)功率低。發(fā)動(dòng)機(jī)功率低又分發(fā)動(dòng)機(jī)本身傳動(dòng)機(jī)構(gòu)阻力大引起和發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸壓力低等燃燒質(zhì)量影響因素引起兩種情況。判定汽車發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力是否低，可將汽車變速器放在空擋位置，通過專用夾具固定發(fā)動(dòng)機(jī)油門在某一位置，使發(fā)動(dòng)機(jī)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油溫度達(dá)到某一固定值時(shí)，使各缸依次斷火，測量單缸斷火時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，計(jì)算各缸功率平衡百分?jǐn)?shù)和平均值，并比較它們間的差異。對功率平衡百分?jǐn)?shù)過低或過高的缸分析原因，尋找可能存在的故障并解決;根據(jù)各缸功率平衡百分?jǐn)?shù)的平均值高低，與標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)的值進(jìn)行對比，判斷發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失的高低，確定發(fā)動(dòng)機(jī)各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是否有故障。如以上情況都正常，再看油門踏板是否在規(guī)定位置，如果踏板位置偏下，說明發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火提前角（汽油機(jī)）、供油提前角（柴油機(jī)）、配氣相位、汽缸壓力、氣門密封等方面存在問題。

5 結(jié)論

發(fā)動(dòng)機(jī)無負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，各缸功率平衡百分?jǐn)?shù)的平均值大小反映了發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失功率的大小，發(fā)動(dòng)機(jī)帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，多缸發(fā)動(dòng)機(jī)各缸功率平衡百分?jǐn)?shù)的平均值大小反映了發(fā)動(dòng)機(jī)在該轉(zhuǎn)速下有效功率的高低。借助于汽車油門專用固定夾具可以測量發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械損失功率和發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒性能好壞。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周龍保. 內(nèi)燃機(jī)學(xué)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

[2] 陳錦華. 汽車檢測與診斷技術(shù)[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，2012.