發動機氣缸壓力波形解讀

戈華飛

發動機氣缸壓力波形解讀

戈華飛

對于發動機氣缸壓力的測量，在國內最為普遍的方法是使用氣缸壓力表。其實用這個方法測得的并不是氣缸工作時的有效壓力，而是一個累積后的總壓力，如運轉起動機，在活塞第1次壓縮行程時，氣缸壓力表指針達到8 bar（1 bar=100 kPa），第2次壓縮行程時上升至9 bar，第3次壓縮行程時上升至10 bar。若壓縮壓力達不到標準的累積最大值，則判斷氣缸存在泄漏。當氣缸泄漏量較大時適用于此方法。

現在的發動機失火監控越來越精準，只要曲軸旋轉的加速度未達到標定時預設的條件，就會報發動機失火故障。在發動機工作時，混合氣燃燒形成的向下做功的壓力會從很小的泄漏點損失掉，從而引起推動活塞的力損失，導致向下的加速度減小。

對于較小的泄漏，很難用氣缸壓力表測量，這時可以進行氣缸壓力泄漏測試。當活塞處于壓縮上止點時，進氣門和排氣門都處于關閉狀態，此時往氣缸內充入壓縮空氣，正常情況下，會有10%以內的氣體從活塞環與氣缸壁之間泄漏，如果泄漏量大于10%，說明這個近似密閉的空間存在泄漏，此時可從幾個地方聽聲音，如果能聽到漏氣的聲音，說明有漏氣，比如進氣門漏氣，節氣門后方有漏氣聲；排氣門漏氣，排氣管有漏氣聲；氣缸體磨損或活塞環非正常漏氣，機油加注口有漏氣聲；氣缸墊漏氣，發動機冷卻液冒氣泡。

氣缸壓力泄漏測試與傳統的氣缸壓力測試相比，能更精準地判斷出故障點，且能判斷出更小的泄漏故障。然而氣缸壓力泄漏測試屬于靜態測試，不能反映活塞真正運動時發生的泄漏情況。那如何測量活塞真正運動時的氣缸壓力變化呢？為此，很多診斷軟件公司（PICO、ATS及FLUCK等）開發出了氣缸壓力傳感器，它能實時反映氣缸壓力的變化情況。以PICO公司開發的WSP 500X氣缸壓力傳感器為例，拆下某氣缸的火花塞，安裝氣缸壓力傳感器，起動發動機，通過采集的氣缸壓力波形反應氣缸的壓力變化。測試時，被測氣缸并不做功，而由其他氣缸帶著運轉，類似一個空氣泵。

氣缸壓力波形的優勢在于，能用時間軸的方式反應單位時間內所發生的信號變化，采樣頻率越高，這個時間單位就越小。圖1為發動機怠速運行時采集的氣缸壓力波形，它能反應活塞和氣門的運動信息，分析如下。

（1）A點為氣缸壓力的波峰，代表壓縮上止點，相鄰兩個波峰之間代表一個完整的發動機循環，即進氣、壓縮、做功及排氣過程，但這個氣缸是不做功的，氣體壓縮后進入膨脹釋放階段，所以做功行程用膨脹來替代。4個行程為720°曲軸轉角，每個行程分別是180°，活塞從上止點（TDC）到下止點（BDC）再到TDC兩次。

（2）B點為排氣門打開點，即EVO（Exhaust Valve Open），此時活塞從TDC往BDC運動。在EVO前，由于進氣門和排氣門均關閉，氣缸壓力下降，壓力釋放完后形成真空；在EVO后，由于排氣門打開，氣缸與大氣接通，氣缸壓力逐漸向大氣壓力靠近，恢復到0 bar。

圖1 發動機怠速運行時采集的氣缸壓力波形（截屏）

（3）C點為進氣門打開點，即IVO（Intake ValveOpen），此時活塞從BDC往TDC運動，由于排氣門仍為打開狀態，所以氣缸壓力沒有明顯變化，仍然為大氣壓力。

（4）D點為排氣門關閉點，即EVC（Exhaust Valve Close），此時活塞從TDC往BDC運動，進入進氣行程。在EVC前，由于排氣門和進氣門均打開，進氣效果不明顯；在EVC后，排氣門關閉，空氣全部從進氣門抽入，真空明顯開始形成。需要注意的是，有些車型的EVC在TDC前，就會使排氣末尾階段有個翹起的小波峰。

（5）E點為進氣門關閉點，即IVC（Intake Valve Close），此時活塞從BDC往TDC運動。在IVC后，由于進氣門和排氣門均關閉，氣缸壓力開始建立。

（6）F為整個發動機循環的氣缸壓力范圍，當與大氣相通時為0 bar，怠速時最高氣缸約為5.4 bar，真空的最低點在0.8 bar左右。

（7）G為整個波形的一些時間信息，如EVO、IVO、EVC、IVC這些點所對應的曲軸轉角。通過這些信息可以看出發動機的配氣相位是否與原廠標定的一致，從而判定發動機是否有故障。

（8）由橫坐標可知曲軸轉1圈為84 ms，那么1 min曲軸轉60×1 000/84=714圈，即發動機怠速轉速為714 r/min。

（9）已知曲軸轉1圈（360°）所經歷的時間為84 ms。1個發動機循環曲軸轉2圈，所經歷的時間為168 ms。EVO在31 ms處，對應的曲軸轉角為31×（720°/ 168）=133°，也就是在下至點前（BBDC）47°；IVO在82 ms處，對應的曲軸轉角為82×（720°/ 168）=352°，即上止點前（BTDC）8°；EVC在86 ms處，對應的曲軸轉角為86×（720°/ 168）=369°，即上止點后（ATDC）9°；IVC在136 ms處，對應的曲軸轉角為136×（720°/ 168）=583°，即下至點后（ABDC）43°。對應的配氣相位如圖2所示。

圖2 根據氣缸壓力波形計算的配氣相位

2017-03-03）