进气管真空度检测在发动机故障判断中的应用

张耀辉，翁建红

（广东轻工职业技术学院，广东广州　510300）



进气管真空度检测在发动机故障判断中的应用

张耀辉，翁建红

（广东轻工职业技术学院，广东广州510300）

摘要：通过对汽油发动机进气管真空度的测量，可以检测汽油发动机的性能及明确故障部位，以便进行准确的维修。以本田F22及丰田5A汽油发动机为研究对象，对发动机在各种故障情况下的真空变化用真空测试仪进行检测，同时用发动机分析仪等对进行辅助测试，分析典型故障发生时的真空度变化。通过定量定性分析，找出其真空度变化规律，为故障诊断提供依据和思路。

关键词：发动机检测；故障模拟；真空度变化

汽油发动机进气管道的真空检测技术

汽油发动机运转过程中由于进气行程的作用，同时进气管道中空气滤清器、节气门等对空气流动产生阻力，在进气岐管中会产生真空度。该真空度是由各缸在交替进行进气行程时造成的。如数值较高且真空表指针表现也较稳定，反映到汽油发动机的工作中就是平稳、有力、加速性良好。汽油发动机进气岐管真空度的大小及其稳定性与发动机的结构及进气系统密封性、汽油发动机转速、汽缸的数量、点火系统的工作性能、可燃混合气的品质等有密切联系，并与它们的变化有关系。另外，进气岐管真空度还受到节气门开度的影响，并与其成反比。

用真空表检测进气管真空度，只要能将设备与发动机进气歧管进行连接即可，不需要对发动机进行解体，需要拆卸的零件量极少，甚至不要拆卸任何零件，检测过程快速简便，且设备便宜。通过检测进气管真空度，可以诊断汽油发动机多种故障，为明确汽油发动机故障部位提供极大帮助。因此利用真空表对进气岐管真空度进行检测并分析故障成因就成了一种可行的不解体检测方法。

2　　测试系统组成及实验方案设计

2.1样本发动机主要技术参数

汽油发动机真空检测样本原计划采用丰田5A汽油发动机，但因其气门间隙调节很繁琐，因此在实际测试时增加了本田F22汽油发动机作为实验设备。

F22汽油发动机的外形如图1所示，直列四缸四冲程水冷式SOHC VTEC电控汽油喷射发动机；排量2156mL；压缩比为9.3。丰田5A汽油发动机如图2所示，直列式水冷四缸四冲程16气门电喷式汽油机，排量1498mL；压缩比9.8。

图1　本田F22电喷汽油发动机

图2　丰田5A电喷汽油发动机

2.2测试系统的组成

（1）汽油发动机真空测试仪和燃油压力表。真空测试仪如图3所示，测量汽油发动机进气管的真空值，是实验的主要设备之一。燃油压力表用于测量发动机燃油压力，确定故障发生时准确的燃油压力值，使实验结果更加科学可靠。

图3　汽油发动机真空测试仪

（2）汽车专用万用表和气缸压力表。故障模拟时用专用万用表测量各种信号量的变化，明确信号的值及变化幅度，提高实验的科学性。用气缸压力表测量发动机气缸压力，为故障现象的分析提供帮助，提高实验的科学性。

（3）汽油发动机分析仪和点火正时灯。如图4所示发动机分析仪通过读取汽油发动机的数据流掌握汽油发动机故障模拟情况。汽油发动机点火正时灯用于汽油发动机点火提前角的检测。

图4　汽油发动机分析仪

2.3实验方案设计

针对汽油发动机常见故障，本次实验选择了汽油发动机进气管漏气、汽油发动机气门密封变差、混合气浓度不正常、点火系统不正常、排气系统阻塞、汽油发动机缺缸、配气正时不正常等故障进行模拟，记录故障现象的同时重点观察汽油发动机真空度的变化及特点。

（1）进气系统故障模拟。汽油发动机进气管漏气故障实验又分为轻微漏气与严重漏气，以此观察不同漏气量对汽油发动机的影响及影响程度。气门密封变差故障，采用将汽油发动机气门间隙调小的方法进行模拟，同样我们针对不同间隙值进行了模拟。

（2）混合气浓度不正常故障模拟。混合气浓度不正常主要通过改变进气压力传感器的信号来实现，本次实验是人为的使该传感器漏气从而改变其信号值的方法进行的。

（3）点火系统故障模拟。点火系统不正常耳故障则选择了改变点火高压线的电阻及改变火花塞间隙的方法进行模拟。汽油发动机缺缸故障，没有采用传统的断火方式进行，而是采用断油方式，效果一样但后者更加环保。

（4）配气正时故障模拟。配气正时不正常故障我们采用将原正时皮带人为错动2个齿的方法进行模拟。在原计划中还有汽油发动机燃油压力不正常故障的模拟，因为在模拟观察中容易造成燃油的泄漏，形成火灾隐患，所以临时取消了。

（5）真空度测试步骤。①启动汽油发动机，并使其以高于怠速的转速空转30min以上，使汽油发动机达到正常温度。②将真空表软管接到进气歧管的测压孔上，注意测压孔的选择一定要在节气门与进气门之间。③变速器挂空挡，汽油发动机怠速运转。④读取真空表上的示值。

3　　实验数据与实验结果分析

3.1进气管轻微漏气对真空的影响

（1）测试设备与仪器。丰田5A-FE汽油发动机；正原ZY-212多功能汽车检测仪；真空表；点火正时灯。

（2）测试前汽油发动机主要工作参数。转速：850r/min；工况：怠速；水温：90℃；喷油脉宽：2.3ms；点火提前角：15°± 1°；进气管真空：60kPa。

（3）模拟故障。汽油发动机进气管轻微漏气。

（4）实验数据与实验现象描述。转速：900r/min；工况：怠速；水温：90℃；点火提前角：13°～14°；喷油脉宽：3.8ms。真空读数：第一组58～60kPa轻微抖动，第二组55～60kPa轻微抖动。

（5）实验结果分析。进气管轻微漏气后导致汽油发动机进气管真空度变小，因该发动机采用进气压力检测进气量，进而决定发动机每工作循环喷油量，真空度变小后喷油脉宽由2.3ms变为3.8ms，混合气明显变浓，使汽油发动机怠速转速略有上升，同时因汽油发动机工作变差，进气管真空波动加剧。

3.2进气管严重漏气对进气管真空影响

（1）测试设备与仪器。丰田5A-FE汽油发动机；正原ZY-212多功能汽车检测仪；真空表；点火正时灯。

（2）测试前汽油发动机主要工作参数。转速：850r/min；工况：怠速；水温：90℃；喷油脉宽：2.3ms；点火提前角：15°± 1°；进气管真空：60kPa。

（3）模拟故障。汽油发动机进气管严重漏气。

（4）实验数据与实验现象描述。转速：800～900r/min；工况：怠速；水温：90℃；点火提前角：7°～12；喷油脉宽：4.1ms。真空读数：第一组51～58kPa轻微抖动；第二组55～58kPa轻微抖动。

（5）实验结果分析。进气管严重漏气后导致汽油发动机进气管真空度变小，因该汽油发动机采用进气压力检测进气量，进而决定汽油发动机每工作循环喷油量，真空度变小后喷油脉宽由2.3ms变为4.1ms，混合气变浓，使汽油发动机怠速转速略有上升，同时因汽油发动机工作变差，进气管真空波动严重且怠速不稳定。

3.3进气门轻微漏气对进气管真空的影响

（1）测试设备与仪器。本田F22汽油发动机；真空表；正原ZY-212多功能汽车检测仪。

（2）测试前汽油发动机主要工作参数。转速：1000r/min；工况：怠速；水温：93℃；喷油脉宽：3.7ms；进气管真空：65kPa。

（3）模拟故障。第一缸一个进气门间隙调整为0（汽油发动机为双进气门）。

（4）实验数据与实验现象描述。怠速严重抖动。真空读数：第一组56～58kPa表针剧烈抖动；第二组54～55kPa表针剧烈抖动；第三组53～56kPa表针剧烈抖动。

（5）实验结果分析。汽油发动机一个进气门间隙变为0，汽油发动机工作到达正常温度后，因为气门受热膨胀会出现气门关闭不严而漏气，漏入的气体直接导致真空度减小，同时间接导致混合气变浓，因汽油发动机每工作循环就漏气一次，因此真空波动剧烈，且汽油发动机怠速严重抖动。

3.4进气门严重漏气对进气管真空的影响

（1）测试设备与仪器。本田F22汽油发动机；真空表；正原ZY-212多功能汽车检测仪。

（2）测试前汽油发动机主要工作参数。转速：920r/min；工况：怠速；水温：93℃；喷油脉宽：3.7ms；进气管真空：65kPa。

（3）模拟故障。第一缸进气门间隙全部调整为0（汽油发动机为双进气门）。

（4）实验数据与实验现象描述。启动后汽油发动机剧烈抖动，汽油发动机真空降低到29～30kPa。（喷油脉宽：5ms）。

（5）实验结果分析。汽油发动机两个进气门间隙变为0，汽油发动机工作到达正常温度后，因为气门受热膨胀会出现气门关闭不严而漏气，漏入的气体直接导致真空度减小，同时间接导致混合气变浓，因汽油发动机每工作循环就漏气一次，因此真空波动剧烈，且汽油发动机怠速严重抖动。因为漏气量大故障开度下降数值大，汽油发动机的抖动也很严重。

3.5混合气浓度不正常对进气管真空的影响

（1）测试设备与仪器。丰田5A-FE汽油发动机；正原ZY-212多功能汽车检测仪；真空表；点火正时灯。

（2）测试前汽油发动机主要工作参数。转速：850r/min；工况：怠速；水温：90℃；喷油脉宽：2.3ms；点火提前角：15°± 1°；进气管真空度：60kPa。

（3）模拟故障。汽油发动机进气压力传感器真空管漏气。

（4）实验数据与实验现象描述。转速：900r/min；工况：怠速；水温：90℃；喷油脉宽：3.8ms；点火提前角：13°～14°。

真空读数：第一组58～60kPa剧烈摆动；第二组55～60kPa轻微抖动。

（5）实验结果分析。汽油发动机进气压力传感器真空管漏气后，进气管真空变小，该信号失准，导致汽油发动机喷油量增加，混合气变浓，因汽油发动机怠速时特有的工作不确定性，真空出现不稳定现象。

3.6排气系统阻塞对进气管真空的影响

（1）测试设备与仪器。丰田5A-FE汽油发动机；正原ZY-212多功能汽车检测仪；真空表。

（2）测试前汽油发动机主要工作参数。转速：820r/min；工况：怠速；水温：90℃；喷油脉宽：2.3ms；进气管真空：60kPa。

（3）模拟故障。排气管堵塞。

（4）实验数据与实验现象描述。加速无力。数据：第一组51～55kPa表针轻微抖动；第二组50～54kPa表针轻微抖动；第三组51～54kPa表针轻微抖动。

（5）实验结果分析。排气系统阻塞后，汽油发动机排气阻力加大，废气倒流进气缸，导致汽油发动机功率损失，转速降低，同时各缸工作质量下降后吸力下降，出现真空波动。

3.7配气正时不正常对进气管真空的影响

（1）测试设备与仪器。丰田5A-FE汽油发动机；正原ZY-212多功能汽车检测仪；真空表；点火正时灯。

（2）测试前汽油发动机主要工作参数。转速：850r/min；工况：怠速；水温：90℃；喷油脉宽：2.3ms；点火提前角：15°± 1°；进气管真空：60kPa。

（3）模拟故障。汽油发动机正时皮带错位，凸轮轴朝气门早开方向提前2个齿。

（4）实验数据与实验现象描述。转速：880r/min；工况：怠速；水温：90℃；点火提前角：15°。真空读数：56～58kPa轻微抖动。

（5）实验结果分析。汽油发动机配气相位变化后汽油发动机进气效率下降，真空降低，波动加剧。

4　测试分析结论

（1）发动机的所有故障都会导致进气管真空度的降低。从实验数据看，所有故障都导致了发动机怠速真空值的下降，且随故障对发动机影响的程度不同真空度降低的程度不同。其中排气管堵塞和进气管严重漏气对进气管真空影响较大，实验使用的丰田发动机正常怠速真空值为60kPa，排气管堵塞和进气管严重漏气时其最低值都达到了50kPa左右，而其他故障最低值都在53kPa左右；气门严重漏气对真空度的影响最大，本实验用本田发动机正常怠速真空值为65kPa，气门严重漏气时怠速真空值只有29～30kPa。

（2）所有故障都导致了发动机怠速时真空波动。通过实验可见，如果故障对所有缸均有影响，则出现真空的轻微波动，如果只对单缸有影响，则出现真空的剧烈波动。如进气管漏气、排气管堵塞及正时错乱等情况，真空值波动较小。而在对发动机单缸有影响时，如发动机单个气缸漏气及出现缺缸故障时，真空值波动较大。

（3）点火系统性能下降时真空出现无规律摆动。发动机点火系统性能下降和断缸故障的现象不同，断缸时因某缸完全不工作，所以发动机怠速真空出现剧烈抖动。而发动机点火系统性能下降时，发动机并未完全中断点火，因为怠速时混合气质量存在不确定性的特点，这就导致发动机工作的不确定性，这种不确定性表现为真空出现无规律摆动。

参考文献

［1］王良斌.发动机进气歧管真空度及其故障诊断技术［J］.汽车维修与保养，2010，（1）.

The Application of Intake Tube Vacuum Degree Detection in Engine Fault Diagnosis

ZHANG Yao-hui，WENG Jian-hong
（Guangdong Industry Technical College，Guangzhou，Guangdong 510300，China）

Abstract:Through measurement of the vacuum of gasoline engine intake pipe，we can test the performance of the gasoline engine and find out the fault parts to make sure repair in time.Taking gasoline engine of Honda F22 and Toyota 5A as object，test the engine vacuum degree change under different fault condition with vacuum tester.Meanwhile，use engine analysis meter to do auxiliary tests to analyze the engine vacuum degree change under typical fault condition.Then through quantitative analysis and qualitative analysis，finds out the vacuity change rule and provides the theory basis for the fault diagnosis and ideas.

Key words:engine performance test；fault simulation；vacuum degree change

作者简介：张耀辉（1972-），研究生，讲师，主要研究方向：车辆工程。

收稿日期：2015-12-15

中图分类号：U472

文献标识码：A

文章编号：2095-980X（2016）01-0020-03