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(jī)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(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性的一個(gè)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(jī)的基本技術(shù)狀況。氣缸密封性是由發(fā)動機(jī)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(jī)在使用過程中，配合副摩擦、氣門燒蝕、缸蓋因受力變形會導(dǎo)致氣缸密封性變差。另外氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)、進(jìn)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(jìn)氣管真空度等，在發(fā)動機(jī)怠速抖動、汽車加速超車無力、汽車爬坡無力等現(xiàn)象時(shí)，通常會先檢查發(fā)動機(jī)技術(shù)狀況，而在這3個(gè)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(gè)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(shí)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(zhǔn)確地確定發(fā)動機(jī)的燃燒條件情況。在氣缸內(nèi)和整個(gè)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(yàn)，提供了明顯的優(yōu)點(diǎn)，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(jìn)/排氣門開啟、關(guān)閉時(shí)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(diǎn)火提前角及配氣機(jī)構(gòu)正時(shí)等機(jī)械故障。

3 標(biāo)準(zhǔn)氣缸壓力波形

當(dāng)發(fā)動機(jī)技術(shù)狀況良好時(shí)，其氣缸壓力的標(biāo)準(zhǔn)波形如圖1所示。從波形上主要觀測以下幾點(diǎn)。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)氣缸壓力波形

1）峰值壓力A 這個(gè)點(diǎn)就是活塞運(yùn)行到上止點(diǎn)的時(shí)刻。波峰的壓力值就是從K點(diǎn)的氣體壓縮到A點(diǎn)時(shí)的值。壓力值的大小取決于活塞到氣缸蓋的容積，活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)氣缸內(nèi)的壓力達(dá)到最大值。在A點(diǎn)處活塞停止向上運(yùn)動，并準(zhǔn)備向下止點(diǎn)運(yùn)動。這個(gè)最大壓力值會隨著發(fā)動機(jī)運(yùn)行的工況不同而改變。點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)在起動過程中的氣缸壓縮的壓力約為9 bar。當(dāng)這個(gè)起動壓縮壓力下降到約6.2 bar以下時(shí)，就表明氣缸內(nèi)的壓力不足以支持烴鏈的燃燒。發(fā)動機(jī)在怠速狀態(tài)下的壓縮壓力應(yīng)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(yīng)對于標(biāo)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(shí)缸內(nèi)最低壓力點(diǎn)D 活塞在做功行程下降到一定程度會出現(xiàn)負(fù)壓。這實(shí)際上是由于此時(shí)氣缸內(nèi)沒有真正做功而形成的（此時(shí)的氣缸內(nèi)沒有燃燒，可以把它看作是一個(gè)抽氣機(jī)，所以當(dāng)活塞下降到一定程度會出現(xiàn)負(fù)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(jī)正常工作的前提有3個(gè)要素：足夠的壓縮壓力、強(qiáng)火花的正時(shí)點(diǎn)火、適當(dāng)?shù)目扇蓟旌蠚狻z查點(diǎn)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(dá)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(shí)跳齒造成進(jìn)排氣機(jī)構(gòu)工作錯(cuò)亂，更換正時(shí)皮帶和張緊輪之后故障排除。這個(gè)故障中若用傳統(tǒng)的缸壓表，缸壓正常，可能誤認(rèn)為發(fā)動機(jī)機(jī)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(jī)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(shí)氣缸內(nèi)壓力達(dá)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(yán)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(jī)，停放半年后無法起動。更換了蓄電池、起動機(jī)、機(jī)油，發(fā)動機(jī)起動時(shí)能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，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(jī)正常工作三要素中只有機(jī)械方面可能存在問題，因此檢查缸壓波形（圖5）。經(jīng)測量，缸壓正常可達(dá)14bar，但在排氣行程末期，缸壓升高，應(yīng)該是排氣門關(guān)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(guān)閉過早。分析車輛停放時(shí)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(guān)閉使得廢氣排不出去，新鮮氣體無法進(jìn)入氣缸，從而造成發(fā)動機(jī)不能起動。后經(jīng)外源方式多次起動發(fā)動機(jī)，建立機(jī)油壓力，使機(jī)油充入液壓挺柱，發(fā)動機(jī)正常起動。再檢查缸壓波形，已恢復(fù)正常，說明判斷正確。

圖5 故障波形

5 總結(jié)

以上幾個(gè)案例中，缸壓如果利用傳統(tǒng)缸壓表測試，都是正常的，但機(jī)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(zhǔn)確顯示缸壓變化細(xì)節(jié)。利用缸壓波形可以清楚看到發(fā)動機(jī)在整個(gè)循環(huán)中氣缸內(nèi)壓力的變化情況，從而準(zhǔn)確分析并判斷汽車故障所在。事實(shí)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(shí)信號相結(jié)合，能夠更準(zhǔn)確地分析判斷更多的汽車故障。