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發動機氣缸壓力波形解讀
發布日期:2018-09-15
對於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並不是氣缸工作時的有效壓力,而是一個累積後的總壓力,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(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於此方法。


現在的發動機失火監控越來越精準,隻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。






對於較小的泄漏,很難用氣缸壓力表測量,這時可以進行氣缸壓力泄漏測試。當活塞處於壓縮上止點時,進氣門和排氣門都處於關閉狀態,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,如果泄漏量大於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,節氣門後方有漏氣聲;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於靜態測試,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,被測氣缸並不做功,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於,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,氣體壓縮後進入膨脹釋放階段,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(T)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,由於進氣門和排氣門均關閉,氣缸壓力下降,壓力釋放完後形成真空;在EVO後,由於排氣門打開,氣缸與大氣接通,氣缸壓力逐漸向大氣壓力靠近,恢複到0 bar
 
(3)C點為進氣門打開點,即IVO(Intake Valve Open),此時活塞從BDC往TDC運動,由於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,由於排氣門和進氣門均打開,進氣效果不明顯;在EVC後,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後,由於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範圍,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,那麽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°)所經曆的時間為84 ms。1個發動機循環曲軸轉2圈,所經曆的時間為168 ms。EVO在31ms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°/ 16)=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°,即上止點後(ATDC)9°;IVC在136 ms處,對應的曲軸轉角為136×(720°/ 168)=583°,即下至點後(ABDC)43°。對應的配氣相位如圖2所示。、


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