氣缸壓縮壓力的檢測、分析與診斷

宮英偉

（北京汽車技師學(xué)院，北京 102606）

前言

隨著現(xiàn)在生活節(jié)奏的加快，城市范圍的不斷擴展，人們的生活和工作范圍不斷加大，汽車作為人們的代步工具已被頻繁使用，汽車的各項技術(shù)也在不斷發(fā)展和進(jìn)步。與此同時，汽車在使用過程中，隨著使用時間的延長或行駛里程的增加，其故障也會頻繁出現(xiàn)，為了確定汽車在使用時技術(shù)狀況良好，就要求我們對汽車的各項使用性能做檢測。而發(fā)動機使用性能的好壞，大多是以動力性和經(jīng)濟性指標(biāo)來衡量。對于汽油發(fā)動機，影響其動力性能的三大因素包括密封性、點火性能及空燃比，其中氣缸密封性是表征發(fā)動機動力性的重要參數(shù)，對發(fā)動機的技術(shù)狀況有著直接的影響。當(dāng)氣缸密封性不良時，發(fā)動機的功率和起動性能將會下降，燃油消耗量也會隨之增加。所以氣缸密封性的檢測顯的尤為突出，而氣缸壓縮壓力是檢測氣缸密封性好壞的一個至關(guān)重要的數(shù)據(jù)。

1 氣缸壓縮壓力的形成

氣缸壓縮壓力如何形成的呢？我們需要追溯到發(fā)動機的結(jié)構(gòu)和工作原理上。首先發(fā)動機主要分為兩大機構(gòu)和五大系統(tǒng)，其中兩大機構(gòu)中的曲柄連桿機構(gòu)和配氣機構(gòu)是構(gòu)成發(fā)動機燃燒室（如圖1所示）的主要部件，主要由活塞、活塞環(huán)、汽缸體、氣門、缸墊及火花塞孔組成。

圖1 燃燒室

其次對于四沖程汽油機來說，它的工作過程是曲軸旋轉(zhuǎn)兩周，發(fā)動機完成四沖程的一個循環(huán)：進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣。當(dāng)進(jìn)氣行程開始時如圖2中a圖所示，進(jìn)氣門開啟，排氣門關(guān)閉，活塞位于上止點位置，曲軸轉(zhuǎn)動活塞從上止點向下止點移動，可燃混合氣將會在壓力差的作用下進(jìn)入氣缸。壓縮行程開始時如圖2中b圖所示，進(jìn)、排氣門關(guān)閉，活塞在曲軸的帶動下從下止點向上止點移動，活塞上方的容積縮小，混合氣體在氣缸密封的情況下無法釋放出去而被壓縮，此時就形成了氣缸內(nèi)的壓縮壓力，簡稱“氣缸壓力”，也就是指發(fā)動機壓縮行程終了時燃燒室內(nèi)的氣體壓力。

圖2 進(jìn)氣行程和壓縮行程

2 氣缸壓縮壓力對發(fā)動機性能的影響

氣缸壓力是發(fā)動機一個十分重要的數(shù)據(jù)，對發(fā)動機性能影響極大，它幾乎與發(fā)動機的絕大多數(shù)性能都密切相關(guān)。若氣缸壓力達(dá)不到要求，發(fā)動機的一切性能指標(biāo)也都會達(dá)不到規(guī)范要求。氣缸壓力降低，會導(dǎo)致發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性下降，引起機車行駛無力、油耗增加、啟動困難等一系列故障。在發(fā)動機壓縮比、轉(zhuǎn)速和工作溫度一定的條件下，氣缸壓力與機油粘度、氣缸和活塞組配合的技術(shù)狀況、配氣機構(gòu)是否準(zhǔn)確和燃燒室的密封性等因素有關(guān)。所以通過對氣缸壓力的檢測，可以診斷氣缸、活塞組的密封情況；活塞環(huán)、氣門、缸墊等密封是否良好，以及氣門間隙的調(diào)整是否適當(dāng)?shù)取?/p>

3 影響氣缸壓力的主要因素

3.1 活塞與氣缸的磨損

由于燃燒氣體中含有酸性物質(zhì)對缸壁具有腐蝕作用，空氣、燃油和機油中的機械雜質(zhì)及不完全燃燒所生成的積炭，使活塞組、氣缸產(chǎn)生異常磨損，導(dǎo)致氣缸與活塞配合間隙過大，密封不良。發(fā)動機氣缸與活塞的配缸間隙是極為重要的技術(shù)參數(shù)。如果配缸間隙過大，將會出現(xiàn)“敲缸”和“竄氣”“竄油”，那么氣缸內(nèi)的壓縮壓力將會降低，發(fā)動機動力則會下降，燃油消耗量增加等。

3.2 活塞環(huán)的磨損

活塞環(huán)如圖3所示，它是燃油發(fā)動機內(nèi)部的核心部件，它與活塞、汽缸、汽缸壁等共同完成燃油氣體的密封。它以自身的彈力與氣缸壁貼合，使壓縮氣體不能從環(huán)外圓與氣缸壁之間通過，來保持活塞與氣缸壁之間的密封。如果活塞環(huán)磨損嚴(yán)重，就會導(dǎo)致活塞與活塞壁之間密封性降低，氣缸壓縮壓力就會明顯降低。

圖3 活塞環(huán)

3.3 氣缸襯墊燒蝕

圖4 氣缸襯墊

氣缸襯墊如圖4所示，它是機體頂面與汽缸蓋底面之間的密封件，其作用是保持氣缸密封不漏氣，防止高壓氣體竄出。那么在車輛行駛過程中，由于一些使用因素、維修因素和環(huán)境因素等的影響，氣缸襯墊就會發(fā)生燒蝕或損壞，發(fā)動機就會出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，從而導(dǎo)致汽缸壓縮壓力降低。

3.4 氣缸體與氣缸蓋的結(jié)合平面變形，缸蓋螺栓擰緊力矩不夠或松動

如果拆裝不當(dāng)和維護(hù)不及時，例如在高溫下拆卸氣缸蓋，或在裝氣缸蓋時不按規(guī)定的順序、次數(shù)擰緊螺栓或螺母，或預(yù)緊力不均勻，都會使氣缸與氣缸蓋的結(jié)合平面產(chǎn)生翹曲變形。一旦汽缸蓋表面發(fā)生變形，就會導(dǎo)致氣缸內(nèi)的密封性不良，氣缸壓縮壓力下降。

3.5 氣門的燒蝕及氣門座的變形

氣門是發(fā)動機的一種重要部件。它的作用是專門負(fù)責(zé)向發(fā)動機內(nèi)輸入空氣并排出燃燒后的廢氣。如果發(fā)動機長時間在大負(fù)荷下工作，超過了設(shè)計極限，會引起氣門的早期磨損；同時還會引起氣門導(dǎo)管、氣門座的變形，破壞了氣門的密封性，密封不良，在發(fā)動機壓縮時就會產(chǎn)生漏氣，氣缸壓縮壓力下降，發(fā)動機動力性不足。

4 氣缸壓縮壓力的檢測方法

通過發(fā)動機的結(jié)構(gòu)和工作原理可知，在發(fā)動機壓縮比、轉(zhuǎn)速和工作溫度一定的條件下，氣缸壓力與機油粘度、氣缸和活塞組配合的技術(shù)狀況、配氣機構(gòu)是否準(zhǔn)確和燃燒室的密封性等因素有關(guān)。通過對氣缸壓力的檢測，可以診斷氣缸、活塞組的密封情況；活塞環(huán)、氣門、缸墊等密封是否良好，以及氣門間隙的調(diào)整是否適當(dāng)?shù)取?/p>

4.1 檢測儀器

目前汽車維修廠廣泛使用的檢測汽車壓縮壓力的儀器是氣缸壓力表如圖5所示。它是一種專用壓力表，具有價格低廉、儀表輕巧、實用性強和檢測方便等優(yōu)點，一般由壓力表頭、導(dǎo)管、單向閥和接頭等組成，其中接頭分為管螺紋接頭和錐形橡膠接頭兩種。

圖5 氣缸壓力表

4.2 氣缸壓力表使用方法

氣缸壓力表的接頭由于制造形式不同它的使用方法也不同。管螺紋的接頭可以擰在火花塞或噴油器的螺紋孔中，橡膠接頭可以壓緊在火花塞或噴油器的螺紋孔中。那么與之相配套使用的導(dǎo)管中，軟導(dǎo)管適用于聯(lián)接管螺紋接頭與壓力表頭，金屬硬導(dǎo)管則適用于橡膠接頭與壓力表頭的聯(lián)接。

氣缸壓力表上的單向閥是控制氣缸壓力表與大氣之間是否相通，當(dāng)單向閥處于打開位置時，此時氣缸壓力表與大氣相通，氣缸壓力表指針數(shù)值為 0，以便繼續(xù)進(jìn)行其它缸的測量；當(dāng)單向閥處于關(guān)閉位置時，此時氣缸壓力表與大氣不相通，氣缸壓力表指針保持不變以便讀數(shù)和記錄數(shù)值。

氣缸壓力表的表頭顯示測量的氣缸壓力數(shù)值，其單位是Kpa。

4.3 汽缸壓力的檢測步驟

氣缸壓縮壓力的檢測步驟如下：

（1）將車輛放置在水平路面上，變速器擋位應(yīng)放在“P”檔或“N”檔。

（2）起動發(fā)動機，讓發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)，冷卻液溫度達(dá)到75℃以上。

（3）關(guān)閉點火開關(guān)，將鑰匙拔出。

（4）拆下空氣濾清器及進(jìn)氣管。

（5）拆下妨礙火花塞或噴油器拆卸的線束或零部件。

（6）如果是傳統(tǒng)點火系統(tǒng)，需把分電器中央高壓線拔下并搭鐵；如果是電控點火系統(tǒng)，需要根據(jù)結(jié)構(gòu)斷開點火線圈的總插頭。

（7）用壓縮空氣吹凈火花塞或噴油器周圍的灰塵或贓物。

（8）卸下全部的火花塞或噴油器，并按氣缸順序放置。（9）在發(fā)動機艙保險盒中拆下噴油泵繼電器。

（10）將連接好的氣缸壓力表的橡膠接頭擰緊到被測火花塞孔或錐形接頭壓緊在被測噴油器孔中。將鑰匙插入點火開關(guān)，踩下節(jié)氣門開關(guān)，使得節(jié)氣門置于全開狀態(tài)，擰動鑰匙至起動位置3～5s，用起動機帶動發(fā)動機的轉(zhuǎn)速應(yīng)在正常轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。(汽油機為250r／min)

（11）代氣缸壓力表頭指針位置保持最大壓力不變時將鑰匙擰至原位。

（12）讀取氣缸壓力表數(shù)值并記錄，記錄完畢后按下單向閥將氣缸壓力表指針回零。

（13）依照上述方法，依次測得其他缸，每缸測得三次，并計算出每缸汽缸壓力平均值。

5 檢測氣缸壓縮壓力的注意事項

（1）在測量氣缸壓縮壓力之前，須確保蓄電池電力充足。

（2）在測量氣缸壓縮壓力之前，氣缸蓋螺栓擰緊力矩值標(biāo)準(zhǔn)。

（3）在測量氣缸壓縮壓力之前，需要起動發(fā)動機，將發(fā)動機冷卻液溫度達(dá) 75℃以上。氣密性的好壞與發(fā)動機溫度有關(guān)，因此為了確保在發(fā)動機正常工作溫度下氣密性合格，必須要對氣缸預(yù)熱到發(fā)動機正常工作溫度，才能對氣密封性進(jìn)行檢驗。

（4）在檢測氣缸壓縮壓力之前，減少其空氣阻力，需要拆下空氣濾清器和進(jìn)氣管。

（5）在檢測氣缸壓縮壓力之前，為了防止電擊和著火，傳統(tǒng)點火系統(tǒng)，需把分電器中央高壓線拔下并搭鐵；如果是電控點火系統(tǒng)，需要根據(jù)結(jié)構(gòu)斷開點火線圈的總插頭。

（6）在檢測氣缸壓縮壓力之前，為了防止氣缸內(nèi)進(jìn)入灰塵和雜質(zhì)，需要用壓縮空氣吹凈火花塞或噴油器周圍的灰塵或贓物。

（7）在檢測氣缸壓縮壓力之前，為了防止噴油器噴油，需要拔下噴油泵繼電器。

（8）在檢測氣缸壓縮壓力時，起動機轉(zhuǎn)動曲軸，活塞工作應(yīng)不少于四個工作行程，否則測出壓力數(shù)值將不準(zhǔn)確。

（9）在檢測氣缸壓縮壓力時，為了減少進(jìn)氣阻力應(yīng)將節(jié)氣門置于全開位置。

6 氣缸壓縮壓力的數(shù)據(jù)分析

6.1 氣缸壓力的標(biāo)準(zhǔn)值

氣缸壓縮壓力標(biāo)準(zhǔn)值一般由汽車廠商提供。根據(jù) GB 18565-2001《營運車輛綜合性能要求和檢驗方法》的規(guī)定，在用汽車各氣缸壓力應(yīng)不小于原設(shè)計值的85%，每缸壓力與平均壓力的差：汽油機應(yīng)不大于8%，柴油機應(yīng)不大于10%。根據(jù) GB／T15746.2-1995《汽車修理質(zhì)量檢查評定標(biāo)準(zhǔn)·發(fā)動機大修》附錄 B 的規(guī)定：大修竣工發(fā)動機的氣缸壓力應(yīng)符合原設(shè)計規(guī)定，每缸壓力與各缸平均壓力的差，汽油機不超過8%，柴油機不超過10%。

常見幾種車型發(fā)動機氣缸壓縮壓力的標(biāo)準(zhǔn)值如表1所示。

表1 常見幾種車型氣缸壓縮壓力值

6.2 汽缸壓力檢測結(jié)果分析

6.2.1 氣缸壓力過高

氣缸壓力過高會使缸內(nèi)爆燃情況加劇，加快曲柄連桿機構(gòu)等的磨損程度，減少使用壽命，造成這種情況的主要原因是燃燒室內(nèi)的容積變小了，造成燃燒室容積變小的原因有：

（1）由于缸內(nèi)燃燒不正常使燃燒室內(nèi)積碳過多減小了燃燒室容積。

（2）由于缸蓋缸墊裝配不當(dāng)致使汽缸墊變簿減小了燃燒室容積。

（3）缸體缸缸蓋結(jié)合平面修理加工過多使燃燒室容積變小。

6.2.2 氣缸壓力不足

氣缸壓力不足就意味著氣缸密封性降低，將會使發(fā)動機功率下降，起動困難，若個別氣缸壓力不足會使發(fā)動機運轉(zhuǎn)不穩(wěn)定。下表2是導(dǎo)致氣缸壓力不足的故障原因。

表2 導(dǎo)致氣缸壓力不足的故障原因

在實際的汽缸壓力測試結(jié)果中可能會遇到以下情況：（序號參照上表）

（1）如果單個氣缸壓力過低可能是由于表2中的1、2、3、4、5、6、9 引起。

（2）如果各缸普遍低于規(guī)定值可能是由于表2中的3、5、6、7、8引起。

（3）如果相鄰兩缸壓力比較低但基本相同時，可能是由于兩缸之間汽缸墊燒穿引起。

（4）如果缸內(nèi)完全沒有壓力可能是氣門卡住，燒缺口或活塞燒穿，活塞環(huán)燒附在環(huán)槽內(nèi)。

7 氣缸壓縮壓力故障診斷

7.1 故障現(xiàn)象

一輛行駛了9萬公里的桑塔納 AJR 1.8L轎車，車主張先生表示近一段時間發(fā)動機怠速抖動很厲害，加速時動力性能很差，尾氣排放不好，并且發(fā)動機運轉(zhuǎn)時偶爾會伴有“嘭嘭嘭”的漏氣聲音。

7.2 診斷過程

（1）將此車輛啟動預(yù)熱，增大發(fā)動機轉(zhuǎn)速，用耳聽發(fā)動機漏氣聲音的位置。初步診斷是汽缸漏氣所致。

（2）取出氣缸壓力表，依上述汽缸壓力檢測步驟進(jìn)行各個缸的汽缸壓力檢測。檢測出的數(shù)據(jù)請見下表3。

表3 各缸汽缸壓力數(shù)據(jù)

7.3 診斷結(jié)果分析

根據(jù) GB18565-2001《營運車輛綜合性能要求和檢驗方法》的規(guī)定，在用汽車各氣缸壓力應(yīng)不小于原設(shè)計值的85%，每缸壓力與平均壓力的差：汽油機應(yīng)不大于 8%。經(jīng)檢測結(jié)果計算，第二缸的汽缸壓力數(shù)值低于桑塔納 AJR 1.8L轎車規(guī)定的汽缸壓力的80%。

計算各缸的壓力差是否超過平均值的5%。

平均值的最大值為：1050×（1+5%）=1102.5Kpa平均值的最小值為：1050×（1-5%）=997.5Kpa所測得的平均值如果在1102.5Kpa～997.5Kpa之間，則符合要求。

檢查結(jié)果一、三、四缸汽缸壓力數(shù)值均正常，第二缸小于平均值，應(yīng)檢查。由此判定發(fā)動機發(fā)生上述故障是由于第二缸汽缸壓力數(shù)值低造成的。

由上述分析，個別缸氣缸壓力過低，可能是該缸氣門燒蝕，或活塞連桿組機械故障，或氣缸墊蝕損壞而漏氣。為了作進(jìn)一步診斷和排除故障，使用專用工具按照正確拆卸螺栓順序拆卸汽缸蓋，檢查氣門和汽缸墊沒有燒蝕損壞，轉(zhuǎn)動曲軸，拆卸第二缸活塞，發(fā)現(xiàn)活塞環(huán)中的氣環(huán)已經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重變形和磨損，更換新的活塞環(huán)，并正確安裝活塞環(huán)、活塞以及按規(guī)定力矩擰緊汽缸蓋緊固螺栓。

檢查、安裝完畢進(jìn)行試車，先將發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)至正常溫度，增大發(fā)動機轉(zhuǎn)速，查看發(fā)動機動力性已恢復(fù)正常，無抖動，無異響，車輛故障排除。

8 總結(jié)

氣缸壓縮壓力的測量是檢測發(fā)動機性能的一項重要指標(biāo)，也是比較簡單快捷的發(fā)動機性能測量方法。通過測量氣缸壓縮壓力可以及時掌握發(fā)動機缸內(nèi)工作狀況的正常與否，可以及時發(fā)現(xiàn)問題解決問題，從而避免造成更大的損失。本篇論文基本上涵蓋了氣缸壓力的形成，測量方法及測量結(jié)果分析，不足之處，還請批評指正。

[1] 李婕.汽車檢測技術(shù),北京:機械工業(yè)出版社,2008.7.

[2] 張志沛.汽車發(fā)動機原理.北京:人民交通出版社,2002.

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[4] 李軍.汽車使用性能與檢測技術(shù).北京:人民交通出版社,2001.11.