气缸压缩压力的检测、分析与诊断

2018-03-20宫英伟

汽车实用技术 2018年5期

宫英伟

（北京汽车技师学院，北京 102606）

前言

随着现在生活节奏的加快，城市范围的不断扩展，人们的生活和工作范围不断加大，汽车作为人们的代步工具已被频繁使用，汽车的各项技术也在不断发展和进步。与此同时，汽车在使用过程中，随着使用时间的延长或行驶里程的增加，其故障也会频繁出现，为了确定汽车在使用时技术状况良好，就要求我们对汽车的各项使用性能做检测。而发动机使用性能的好坏，大多是以动力性和经济性指标来衡量。对于汽油发动机，影响其动力性能的三大因素包括密封性、点火性能及空燃比，其中气缸密封性是表征发动机动力性的重要参数，对发动机的技术状况有着直接的影响。当气缸密封性不良时，发动机的功率和起动性能将会下降，燃油消耗量也会随之增加。所以气缸密封性的检测显的尤为突出，而气缸压缩压力是检测气缸密封性好坏的一个至关重要的数据。

1 气缸压缩压力的形成

气缸压缩压力如何形成的呢？我们需要追溯到发动机的结构和工作原理上。首先发动机主要分为两大机构和五大系统，其中两大机构中的曲柄连杆机构和配气机构是构成发动机燃烧室（如图1所示）的主要部件，主要由活塞、活塞环、汽缸体、气门、缸垫及火花塞孔组成。

图1 燃烧室

其次对于四冲程汽油机来说，它的工作过程是曲轴旋转两周，发动机完成四冲程的一个循环：进气、压缩、作功、排气。当进气行程开始时如图2中a图所示，进气门开启，排气门关闭，活塞位于上止点位置，曲轴转动活塞从上止点向下止点移动，可燃混合气将会在压力差的作用下进入气缸。压缩行程开始时如图2中b图所示，进、排气门关闭，活塞在曲轴的带动下从下止点向上止点移动，活塞上方的容积缩小，混合气体在气缸密封的情况下无法释放出去而被压缩，此时就形成了气缸内的压缩压力，简称“气缸压力”，也就是指发动机压缩行程终了时燃烧室内的气体压力。

图2 进气行程和压缩行程

2 气缸压缩压力对发动机性能的影响

气缸压力是发动机一个十分重要的数据，对发动机性能影响极大，它几乎与发动机的绝大多数性能都密切相关。若气缸压力达不到要求，发动机的一切性能指标也都会达不到规范要求。气缸压力降低，会导致发动机动力性、经济性下降，引起机车行驶无力、油耗增加、启动困难等一系列故障。在发动机压缩比、转速和工作温度一定的条件下，气缸压力与机油粘度、气缸和活塞组配合的技术状况、配气机构是否准确和燃烧室的密封性等因素有关。所以通过对气缸压力的检测，可以诊断气缸、活塞组的密封情况；活塞环、气门、缸垫等密封是否良好，以及气门间隙的调整是否适当等。

3 影响气缸压力的主要因素

3.1 活塞与气缸的磨损

由于燃烧气体中含有酸性物质对缸壁具有腐蚀作用，空气、燃油和机油中的机械杂质及不完全燃烧所生成的积炭，使活塞组、气缸产生异常磨损，导致气缸与活塞配合间隙过大，密封不良。发动机气缸与活塞的配缸间隙是极为重要的技术参数。如果配缸间隙过大，将会出现“敲缸”和“窜气”“窜油”，那么气缸内的压缩压力将会降低，发动机动力则会下降，燃油消耗量增加等。

3.2 活塞环的磨损

活塞环如图3所示，它是燃油发动机内部的核心部件，它与活塞、汽缸、汽缸壁等共同完成燃油气体的密封。它以自身的弹力与气缸壁贴合，使压缩气体不能从环外圆与气缸壁之间通过，来保持活塞与气缸壁之间的密封。如果活塞环磨损严重，就会导致活塞与活塞壁之间密封性降低，气缸压缩压力就会明显降低。

图3 活塞环

3.3 气缸衬垫烧蚀

图4 气缸衬垫

气缸衬垫如图4所示，它是机体顶面与汽缸盖底面之间的密封件，其作用是保持气缸密封不漏气，防止高压气体窜出。那么在车辆行驶过程中，由于一些使用因素、维修因素和环境因素等的影响，气缸衬垫就会发生烧蚀或损坏，发动机就会出现漏气现象，从而导致汽缸压缩压力降低。

3.4 气缸体与气缸盖的结合平面变形，缸盖螺栓拧紧力矩不够或松动

如果拆装不当和维护不及时，例如在高温下拆卸气缸盖，或在装气缸盖时不按规定的顺序、次数拧紧螺栓或螺母，或预紧力不均匀，都会使气缸与气缸盖的结合平面产生翘曲变形。一旦汽缸盖表面发生变形，就会导致气缸内的密封性不良，气缸压缩压力下降。

3.5 气门的烧蚀及气门座的变形

气门是发动机的一种重要部件。它的作用是专门负责向发动机内输入空气并排出燃烧后的废气。如果发动机长时间在大负荷下工作，超过了设计极限，会引起气门的早期磨损；同时还会引起气门导管、气门座的变形，破坏了气门的密封性，密封不良，在发动机压缩时就会产生漏气，气缸压缩压力下降，发动机动力性不足。

4 气缸压缩压力的检测方法

通过发动机的结构和工作原理可知，在发动机压缩比、转速和工作温度一定的条件下，气缸压力与机油粘度、气缸和活塞组配合的技术状况、配气机构是否准确和燃烧室的密封性等因素有关。通过对气缸压力的检测，可以诊断气缸、活塞组的密封情况；活塞环、气门、缸垫等密封是否良好，以及气门间隙的调整是否适当等。

4.1 检测仪器

目前汽车维修厂广泛使用的检测汽车压缩压力的仪器是气缸压力表如图5所示。它是一种专用压力表，具有价格低廉、仪表轻巧、实用性强和检测方便等优点，一般由压力表头、导管、单向阀和接头等组成，其中接头分为管螺纹接头和锥形橡胶接头两种。

图5 气缸压力表

4.2 气缸压力表使用方法

气缸压力表的接头由于制造形式不同它的使用方法也不同。管螺纹的接头可以拧在火花塞或喷油器的螺纹孔中，橡胶接头可以压紧在火花塞或喷油器的螺纹孔中。那么与之相配套使用的导管中，软导管适用于联接管螺纹接头与压力表头，金属硬导管则适用于橡胶接头与压力表头的联接。

气缸压力表上的单向阀是控制气缸压力表与大气之间是否相通，当单向阀处于打开位置时，此时气缸压力表与大气相通，气缸压力表指针数值为 0，以便继续进行其它缸的测量；当单向阀处于关闭位置时，此时气缸压力表与大气不相通，气缸压力表指针保持不变以便读数和记录数值。

气缸压力表的表头显示测量的气缸压力数值，其单位是Kpa。

4.3 汽缸压力的检测步骤

气缸压缩压力的检测步骤如下：

（1）将车辆放置在水平路面上，变速器挡位应放在“P”档或“N”档。

（2）起动发动机，让发动机正常运转，冷却液温度达到75℃以上。

（3）关闭点火开关，将钥匙拔出。

（4）拆下空气滤清器及进气管。

（5）拆下妨碍火花塞或喷油器拆卸的线束或零部件。

（6）如果是传统点火系统，需把分电器中央高压线拔下并搭铁；如果是电控点火系统，需要根据结构断开点火线圈的总插头。

（7）用压缩空气吹净火花塞或喷油器周围的灰尘或赃物。

（8）卸下全部的火花塞或喷油器，并按气缸顺序放置。（9）在发动机舱保险盒中拆下喷油泵继电器。

（10）将连接好的气缸压力表的橡胶接头拧紧到被测火花塞孔或锥形接头压紧在被测喷油器孔中。将钥匙插入点火开关，踩下节气门开关，使得节气门置于全开状态，拧动钥匙至起动位置3～5s，用起动机带动发动机的转速应在正常转速范围内。(汽油机为250r／min)

（11）代气缸压力表头指针位置保持最大压力不变时将钥匙拧至原位。

（12）读取气缸压力表数值并记录，记录完毕后按下单向阀将气缸压力表指针回零。

（13）依照上述方法，依次测得其他缸，每缸测得三次，并计算出每缸汽缸压力平均值。

5 检测气缸压缩压力的注意事项

（1）在测量气缸压缩压力之前，须确保蓄电池电力充足。

（2）在测量气缸压缩压力之前，气缸盖螺栓拧紧力矩值标准。

（3）在测量气缸压缩压力之前，需要起动发动机，将发动机冷却液温度达 75℃以上。气密性的好坏与发动机温度有关，因此为了确保在发动机正常工作温度下气密性合格，必须要对气缸预热到发动机正常工作温度，才能对气密封性进行检验。

（4）在检测气缸压缩压力之前，减少其空气阻力，需要拆下空气滤清器和进气管。

（5）在检测气缸压缩压力之前，为了防止电击和着火，传统点火系统，需把分电器中央高压线拔下并搭铁；如果是电控点火系统，需要根据结构断开点火线圈的总插头。

（6）在检测气缸压缩压力之前，为了防止气缸内进入灰尘和杂质，需要用压缩空气吹净火花塞或喷油器周围的灰尘或赃物。

（7）在检测气缸压缩压力之前，为了防止喷油器喷油，需要拔下喷油泵继电器。

（8）在检测气缸压缩压力时，起动机转动曲轴，活塞工作应不少于四个工作行程，否则测出压力数值将不准确。

（9）在检测气缸压缩压力时，为了减少进气阻力应将节气门置于全开位置。

6 气缸压缩压力的数据分析

6.1 气缸压力的标准值

气缸压缩压力标准值一般由汽车厂商提供。根据 GB 18565-2001《营运车辆综合性能要求和检验方法》的规定，在用汽车各气缸压力应不小于原设计值的85%，每缸压力与平均压力的差：汽油机应不大于8%，柴油机应不大于10%。根据 GB／T15746.2-1995《汽车修理质量检查评定标准·发动机大修》附录 B 的规定：大修竣工发动机的气缸压力应符合原设计规定，每缸压力与各缸平均压力的差，汽油机不超过8%，柴油机不超过10%。

常见几种车型发动机气缸压缩压力的标准值如表1所示。

表1 常见几种车型气缸压缩压力值

6.2 汽缸压力检测结果分析

6.2.1 气缸压力过高

气缸压力过高会使缸内爆燃情况加剧，加快曲柄连杆机构等的磨损程度，减少使用寿命，造成这种情况的主要原因是燃烧室内的容积变小了，造成燃烧室容积变小的原因有：

（1）由于缸内燃烧不正常使燃烧室内积碳过多减小了燃烧室容积。

（2）由于缸盖缸垫装配不当致使汽缸垫变簿减小了燃烧室容积。

（3）缸体缸缸盖结合平面修理加工过多使燃烧室容积变小。

6.2.2 气缸压力不足

气缸压力不足就意味着气缸密封性降低，将会使发动机功率下降，起动困难，若个别气缸压力不足会使发动机运转不稳定。下表2是导致气缸压力不足的故障原因。

表2 导致气缸压力不足的故障原因

在实际的汽缸压力测试结果中可能会遇到以下情况：（序号参照上表）

（1）如果单个气缸压力过低可能是由于表2中的1、2、3、4、5、6、9 引起。

（2）如果各缸普遍低于规定值可能是由于表2中的3、5、6、7、8引起。

（3）如果相邻两缸压力比较低但基本相同时，可能是由于两缸之间汽缸垫烧穿引起。

（4）如果缸内完全没有压力可能是气门卡住，烧缺口或活塞烧穿，活塞环烧附在环槽内。

7 气缸压缩压力故障诊断

7.1 故障现象

一辆行驶了9万公里的桑塔纳 AJR 1.8L轿车，车主张先生表示近一段时间发动机怠速抖动很厉害，加速时动力性能很差，尾气排放不好，并且发动机运转时偶尔会伴有“嘭嘭嘭”的漏气声音。

7.2 诊断过程

（1）将此车辆启动预热，增大发动机转速，用耳听发动机漏气声音的位置。初步诊断是汽缸漏气所致。

（2）取出气缸压力表，依上述汽缸压力检测步骤进行各个缸的汽缸压力检测。检测出的数据请见下表3。

表3 各缸汽缸压力数据

7.3 诊断结果分析

根据 GB18565-2001《营运车辆综合性能要求和检验方法》的规定，在用汽车各气缸压力应不小于原设计值的85%，每缸压力与平均压力的差：汽油机应不大于 8%。经检测结果计算，第二缸的汽缸压力数值低于桑塔纳 AJR 1.8L轿车规定的汽缸压力的80%。

计算各缸的压力差是否超过平均值的5%。

平均值的最大值为：1050×（1+5%）=1102.5Kpa平均值的最小值为：1050×（1-5%）=997.5Kpa所测得的平均值如果在1102.5Kpa～997.5Kpa之间，则符合要求。

检查结果一、三、四缸汽缸压力数值均正常，第二缸小于平均值，应检查。由此判定发动机发生上述故障是由于第二缸汽缸压力数值低造成的。

由上述分析，个别缸气缸压力过低，可能是该缸气门烧蚀，或活塞连杆组机械故障，或气缸垫蚀损坏而漏气。为了作进一步诊断和排除故障，使用专用工具按照正确拆卸螺栓顺序拆卸汽缸盖，检查气门和汽缸垫没有烧蚀损坏，转动曲轴，拆卸第二缸活塞，发现活塞环中的气环已经发生严重变形和磨损，更换新的活塞环，并正确安装活塞环、活塞以及按规定力矩拧紧汽缸盖紧固螺栓。

检查、安装完毕进行试车，先将发动机怠速运转至正常温度，增大发动机转速，查看发动机动力性已恢复正常，无抖动，无异响，车辆故障排除。