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動機缸內壓力正常并有足夠輸出的基本條件，也是影響發動機燃油經濟性的一個重要因素。因此，通過氣缸密封性的檢測可較容易判斷發動機的基本技術狀況。氣缸密封性是由發動機活塞組、氣門與氣門座以及氣缸蓋、氣缸體、氣缸墊等零件保證的，發動機在使用過程中，配合副摩擦、氣門燒蝕、缸蓋因受力變形會導致氣缸密封性變差。另外氣門正時機構、進排氣系統堵塞、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有氣缸壓縮壓力、氣缸漏氣量、進氣管真空度等，在發動機怠速抖動、汽車加速超車無力、汽車爬坡無力等現象時，通常會先檢查發動機技術狀況，而在這3個參數中，經常會通過氣缸壓力表先測量氣缸壓力。傳統的壓縮表，包含一個施拉德（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確地確定發動機的燃燒條件情況。在氣缸內和整個循環過程中，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。這比起傳統的壓縮試驗，提供了明顯的優點，如可以檢測壓縮循環的微小變化，以及用壓縮表檢測不到的故障，可用來識別進/排氣門開啟、關閉時刻，診斷氣門是否提前開啟或卡滯、判斷三元催化器是否堵塞、診斷點火提前角及配氣機構正時等機械故障。

3 標準氣缸壓力波形

當發動機技術狀況良好時，其氣缸壓力的標準波形如圖1所示。從波形上主要觀測以下幾點。

圖1 標準氣缸壓力波形

1）峰值壓力A 這個點就是活塞運行到上止點的時刻。波峰的壓力值就是從K點的氣體壓縮到A點時的值。壓力值的大小取決于活塞到氣缸蓋的容積，活塞到達上止點時氣缸內的壓力達到最大值。在A點處活塞停止向上運動，并準備向下止點運動。這個最大壓力值會隨著發動機運行的工況不同而改變。點燃式發動機在起動過程中的氣缸壓縮的壓力約為9 bar。當這個起動壓縮壓力下降到約6.2 bar以下時，就表明氣缸內的壓力不足以支持烴鏈的燃燒。發動機在怠速狀態下的壓縮壓力應為約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 壓縮線與膨脹線應對于標尺線對稱，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）膨脹時缸內最低壓力點D 活塞在做功行程下降到一定程度會出現負壓。這實際上是由于此時氣缸內沒有真正做功而形成的（此時的氣缸內沒有燃燒，可以把它看作是一個抽氣機，所以當活塞下降到一定程度會出現負壓）。

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。發動機正常工作的前提有3個要素：足夠的壓縮壓力、強火花的正時點火、適當的可燃混合氣。檢查點火、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，但缸壓峰值可達到10 bar，說明氣缸密封性是好的，但在做功行程氣缸內的壓力下降過快，說明排氣門打開過早，造成氣體泄漏。經檢查，故障原因是：正時跳齒造成進排氣機構工作錯亂，更換正時皮帶和張緊輪之后故障排除。這個故障中若用傳統的缸壓表，缸壓正常，可能誤認為發動機機械正常，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 某發動機存在失火現象，測試缸壓波形。從圖3中可看出，在排氣行程時氣缸內壓力達到了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。經檢查三元催化，發現三元催化堵塞嚴重。

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）排氣行程出現尖峰 某車型發動機，停放半年后無法起動。更換了蓄電池、起動機、機油，發動機起動時能正常運轉，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，無故障碼。有油有火，發動機正常工作三要素中只有機械方面可能存在問題，因此檢查缸壓波形（圖5）。經測量，缸壓正常可達14bar，但在排氣行程末期，缸壓升高，應該是排氣門關閉過早或者排氣堵塞。檢查排氣系統正常，那原因只有排氣門關閉過早。分析車輛停放時間較久，液壓挺柱里面可能無油，造成排氣門間隙過大，開度不足，過早關閉使得廢氣排不出去，新鮮氣體無法進入氣缸，從而造成發動機不能起動。后經外源方式多次起動發動機，建立機油壓力，使機油充入液壓挺柱，發動機正常起動。再檢查缸壓波形，已恢復正常，說明判斷正確。

圖5 故障波形

5 總結

以上幾個案例中，缸壓如果利用傳統缸壓表測試，都是正常的，但機械部分并不正常，原因在于傳統的壓力表只能粗略顯示氣缸壓力，并不能準確顯示缸壓變化細節。利用缸壓波形可以清楚看到發動機在整個循環中氣缸內壓力的變化情況，從而準確分析并判斷汽車故障所在。事實上，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，通過與正時信號相結合，能夠更準確地分析判斷更多的汽車故障。