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发动机气缸压力波形解读

汽车维护与修理
04-17 14:35
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对于发动机气缸压力的测量,在国内最为普遍的方法是使用气缸压力表。其实用这个方法测得的并不是气缸工作时的有效压力,而是一个累积后的总压力,如运转起动机,在活塞第1次压缩行程时,气缸压力表指针达到8 bar(bar=100 kPa),第2次压缩行程时上升至9 bar第3次压缩行程时上升至10 bar若压缩压力达不到标准的累积最大值,则判断气缸存在泄漏。当气缸泄漏量较大时适用于此方法。

现在的发动机失火监控越来越精准,只要曲轴旋转的加速度未达到标定时预设的条件,就会报发动机失火故障。在发动机工作时,混合气燃烧形成的向下做功的压力会从很小的泄漏点损失掉,从而引起推动活塞的力损失,导致向下的加速度减小。

对于较小的泄漏,很难用气缸压力表测量,这时可以进行气缸压力泄漏测试。当活塞处于压缩上止点时,进气门和排气门都处于关闭状态,此时往气缸内充入压缩空气,正常情况下,会有10%以内的气体从活塞环与气缸壁之间泄漏,如果泄漏量大于10%,说明这个近似密闭的空间存在泄漏,此时可从几个地方听声音,如果能听到漏气的声音,说明有漏气,比如进气门漏气,节气门后方有漏气声;排气门漏气,排气管有漏气声;气缸体磨损或活塞环非正常漏气,机油加注口有漏气声;气缸垫漏气,发动机冷却液冒气泡。

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气缸压力泄漏测试与传统的气缸压力测试相比,能更精准地判断出故障点,且能判断出更小的泄漏故障。然而气缸压力泄漏测试属于静态测试,不能反映活塞真正运动时发生的泄漏情况。那如何测量活塞真正运动时的气缸压力变化呢?为此,很多诊断软件公司(PICO、ATS及FLUCK等)开发出了气缸压力传感器,它能实时反映气缸压力的变化情况。以PICO公司开发的WSP 500X气缸压力传感器为例,拆下某气缸的火花塞,安装气缸压力传感器,起动发动机,通过采集的气缸压力波形反应气缸的压力变化。测试时,被测气缸并不做功,而由其他气缸带着运转,类似一个空气泵。

气缸压力波形的优势在于,能用时间轴的方式反应单位时间内所发生的信号变化,采样频率越高,这个时间单位就越小。图1为发动机怠速运行时采集的气缸压力波形,它能反应活塞和气门的运动信息,分析如下。

(1)A点为气缸压力的波峰,代表压缩上止点,相邻两个波峰之间代表一个完整的发动机循环,即进气、压缩、做功及排气过程,但这个气缸是不做功的,气体压缩后进入膨胀释放阶段,所以做功行程用膨胀来替代。4个行程为720°曲轴转角,每个行程分别是180°,活塞从上止点(T)到下止点(BDC)再到TDC两次。

(2)B点为排气门打开点,即EVO(Exhaust Valve Open),此时活塞从TDC往BDC运动。在EVO前,由于进气门和排气门均关闭,气缸压力下降,压力释放完后形成真空;在EVO后,由于排气门打开,气缸与大气接通,气缸压力逐渐向大气压力靠近,恢复到0 bar

(3)C点为进气门打开点,即IVO(Intake Valve Open),此时活塞从BDC往TDC运动,由于排气门仍为打开状态,所以气缸压力没有明显变化,仍然为大气压力。

(4)D点为排气门关闭点,即EVC(Exhaust Valve Close),此时活塞从TDC往BDC运动,进入进气行程。在EVC前,由于排气门和进气门均打开,进气效果不明显;在EVC后,排气门关闭,空气全部从进气门抽入,真空明显开始形成。需要注意的是,有些车型的EVC在TDC前,就会使排气末尾阶段有个翘起的小波峰。

(5)E点为进气门关闭点,即IVC(Intake Valve Close),此时活塞从BDC往TDC运动。在IVC后,由于进气门和排气门均关闭,气缸压力开始建立。

(6)F为整个发动机循环的气缸压力范围,当与大气相通时为0 bar,怠速时最高气缸约为5.4 bar,真空的最低点在0.8 bar左右。

(7)G为整个波形的一些时间信息,如EVO、IVO、EVC、IVC这些点所对应的曲轴转角。通过这些信息可以看出发动机的配气相位是否与原厂标定的一致,从而判定发动机是否有故障。

(8)由横坐标可知曲轴转1圈为84 ms,那么1 min曲轴转60×1 000/84=714圈,即发动机怠速转速为714 r/min

(9)已知曲轴转1圈(360°)所经历的时间为84 ms。1个发动机循环曲轴转2圈,所经历的时间为168 ms。EVO在31ms处,对应的曲轴转角为31×(720°/ 168)=133°,也就是在下至点前(BBDC)47°;IVO在82 ms处,对应的曲轴转角为82×(720°/ 16)=352°,即上止点前(BTDC)8°;EVC在86 ms处,对应的曲轴转角为86×(720°/ 168=369°,即上止点后(ATDC)9°;IVC在136 ms处,对应的曲轴转角为136×(720°/ 168)=583°,即下至点后(ABDC)43°。对应的配气相位如图2所示。

图1 发动机怠速运行时采集的气缸压力波形(截屏)

END

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