发动机气缸压力波形分析

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,如运转启动机,在活塞第1次压缩行程时,气缸压力表指针达到8 bar(1 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 。

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,启动发动机,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(tdc)到下止点(bdc)再到tdc两次 。
(2) b点为排气门打开点,即e vo (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 valveclose),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 valveclose),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 。’

推荐阅读