利用气缸压力波形诊断汽车故障

钟云刚

（漳州吉兴汽车销售有限公司，福建 漳州 363005）

1 气缸密封性

气缸密封性是保证发动机缸内压力正常并有足够输出的基本条件，也是影响发动机燃油经济性的一个重要因素。因此，通过气缸密封性的检测可较容易判断发动机的基本技术状况。气缸密封性是由发动机活塞组、气门与气门座以及气缸盖、气缸体、气缸垫等零件保证的，发动机在使用过程中，配合副摩擦、气门烧蚀、缸盖因受力变形会导致气缸密封性变差。另外气门正时机构、进排气系统堵塞、液压挺柱等故障也会造成气缸压力变化。

2 气缸密封性的测试

气缸密封性的表征参数有气缸压缩压力、气缸漏气量、进气管真空度等，在发动机怠速抖动、汽车加速超车无力、汽车爬坡无力等现象时，通常会先检查发动机技术状况，而在这3个参数中，经常会通过气缸压力表先测量气缸压力。传统的压缩表，包含一个施拉德（Schrader）阀，它可以测量峰值压缩压力，但对于一些气门正时的变化、气门故障无法检测。利用示波器和大范围的压力传感器可以快速且准确地确定发动机的燃烧条件情况。在气缸内和整个循环过程中，压力传感器可以测量压力上升和下降的完整范围，包括真空。这比起传统的压缩试验，提供了明显的优点，如可以检测压缩循环的微小变化，以及用压缩表检测不到的故障，可用来识别进/排气门开启、关闭时刻，诊断气门是否提前开启或卡滞、判断三元催化器是否堵塞、诊断点火提前角及配气机构正时等机械故障。

3 标准气缸压力波形

当发动机技术状况良好时，其气缸压力的标准波形如图1所示。从波形上主要观测以下几点。

图1 标准气缸压力波形

1）峰值压力A 这个点就是活塞运行到上止点的时刻。波峰的压力值就是从K点的气体压缩到A点时的值。压力值的大小取决于活塞到气缸盖的容积，活塞到达上止点时气缸内的压力达到最大值。在A点处活塞停止向上运动，并准备向下止点运动。这个最大压力值会随着发动机运行的工况不同而改变。点燃式发动机在起动过程中的气缸压缩的压力约为9 bar。当这个起动压缩压力下降到约6.2 bar以下时，就表明气缸内的压力不足以支持烃链的燃烧。发动机在怠速状态下的压缩压力应为约4.8 bar，如果降到2.8 bar以下就会造成气缸失火，即气缸内的压力不足以支持烃链的燃烧。

2）压缩线B与膨胀线C 压缩线与膨胀线应对于标尺线对称，即压缩行程的波形弧度和做功行程的波形弧度是相同的，这代表着在压缩和膨胀过程中气密性良好。

3）膨胀时缸内最低压力点D 活塞在做功行程下降到一定程度会出现负压。这实际上是由于此时气缸内没有真正做功而形成的（此时的气缸内没有燃烧，可以把它看作是一个抽气机，所以当活塞下降到一定程度会出现负压）。

4 利用缸压波形分析故障

1）膨胀压下降过快 某车在行驶中突然熄火，无法起动。发动机正常工作的前提有3个要素：足够的压缩压力、强火花的正时点火、适当的可燃混合气。检查点火、喷油正常，然后检查缸压波形。从图2中可看出，膨胀线比较陡，但缸压峰值可达到10 bar，说明气缸密封性是好的，但在做功行程气缸内的压力下降过快，说明排气门打开过早，造成气体泄漏。经检查，故障原因是：正时跳齿造成进排气机构工作错乱，更换正时皮带和张紧轮之后故障排除。这个故障中若用传统的缸压表，缸压正常，可能误认为发动机机械正常，但通过缸压波形就能明查秋毫。

图2 膨胀压下降过快

2）排气压力过高 某发动机存在失火现象，测试缸压波形。从图3中可看出，在排气行程时气缸内压力达到了1.144 bar，而正常的排气行程压力接近0bar，将正常波形与故障波形对比，可清楚看见不正常缸的排气行程压力过高（图4），说明排气不通畅。经检查三元催化，发现三元催化堵塞严重。

图3 排气行程压力过高

图4 正常波形与故障波形的对比

3）排气行程出现尖峰 某车型发动机，停放半年后无法起动。更换了蓄电池、起动机、机油，发动机起动时能正常运转，但无法起动。检查高压火，正常。检查油路，燃油喷射雾化正常。检查电控系统，无故障码。有油有火，发动机正常工作三要素中只有机械方面可能存在问题，因此检查缸压波形（图5）。经测量，缸压正常可达14bar，但在排气行程末期，缸压升高，应该是排气门关闭过早或者排气堵塞。检查排气系统正常，那原因只有排气门关闭过早。分析车辆停放时间较久，液压挺柱里面可能无油，造成排气门间隙过大，开度不足，过早关闭使得废气排不出去，新鲜气体无法进入气缸，从而造成发动机不能起动。后经外源方式多次起动发动机，建立机油压力，使机油充入液压挺柱，发动机正常起动。再检查缸压波形，已恢复正常，说明判断正确。

图5 故障波形

5 总结

以上几个案例中，缸压如果利用传统缸压表测试，都是正常的，但机械部分并不正常，原因在于传统的压力表只能粗略显示气缸压力，并不能准确显示缸压变化细节。利用缸压波形可以清楚看到发动机在整个循环中气缸内压力的变化情况，从而准确分析并判断汽车故障所在。事实上，除了采用缸压传感器可以测试气缸压力外，还可以测试曲轴箱压力、排气压力，通过与正时信号相结合，能够更准确地分析判断更多的汽车故障。