断缸测速法估算发动机功率的原理与应用

摘 要：一定转速下运行的发动机，可以通过测量各缸单缸断火时转速下降值来估算发动机功率，介绍了其原理并进行了验证，叙述了其在汽车维修故障诊断中的应用，它能区别出发动机动力下降故障是机械损失过多引起，还是燃烧不良引起。

关键词：断缸测速;发动机功率;原理;应用

中图分类号：TK407文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.08.015

1 原理分析

汽车发动机输出功率值的大小直接影响到汽车动力性能的好坏。汽车发动机输出功率亦称发动机有效功率，在数值上等于发动机指示功率与机械损失功率之差[1]，因而通过测量指示功率和机械损失功率，可间接知道汽车发动机的有效功率。

将多缸发动机稳定在某一转速范围内无负荷或有负荷运转，通过检测仪器自动控制或手动控制发动机某一汽缸不工作，使发动机转速发生变化，其变化值与发动机原转速之百分比即为功率平衡百分数[2]。功率平衡百分数反映了发动机各缸相对功率的大小，而各缸断缸后的转速变化值之和反映了发动机指示功率或有效功率的高低，其原理如下。

2 试验验证

以下是一辆桑塔纳2000GSi汽车发动机试验情况。

一辆桑塔纳2000GSi发动机，冷却液温度10 ℃，冷启动后，以转速1160～1200 r/min运转，依次拔掉第3、4、2、1缸喷油器电插头，使对应缸不工作，分别测量各缸断火前后发动机转速的变化值，再将变化值除以发动机原转速值，得到该缸功率平衡百分数，该试验测量值如表1所示。

经过以上试验后，发动机冷却液温度有了一定提高，但仍然没有达到发动机正常运转所需要的温度，这时停机，隔一小段时间继续试验。启动发动机进行第2次试验，踩下油门一点点，使发动机转速保持在1360～1400 r/min，依次拔掉第3、4、2、1缸喷油器电插头，测量发动机各缸功率平衡百分数，其结果如表2所示。

经过前面二次试验后，发动机冷却液温度进一步上升，停机，隔一小段时间继续试验，这时冷却液温度已达到70 ℃，启动发动机进行第3次试验，踩下油门一点点，使发动机转速保持在1360～1400 r/min，依次拔掉第3、4、2、1缸喷油器电插头，测量发动机各缸功率平衡百分数，其结果如表3所示。

3 试验数据分析

通过以上试验，可作如下分析：

（1）由表1和表2可看出，发动机各缸功率平衡百分数与发动机断缸前转速值大小有关，断缸前发动机转速越高，其功率平衡百分数越大;转速越低，功率平衡百分数越小。

（2）各缸功率平衡百分数值大小反映发动机机械损失功率大小。以上试验发动机均没有带负载，属于怠速运转。表2和表3显示，虽然单缸断火前，发动机转速都相同，平均为1380 r/min，但单缸断火后发动机各缸功率平衡百分数的平均值却不同，表2为23.2%～27.5%，而表3为17.4%，主要是表2试验数据是在发动机温度还没达到正常温度测量的，水温偏低，发动机本身需要加热及发动机摩擦阻力较大，要消耗一部分指示功率，所以发动机机械损失功率和指示功率都较大。而表3试验数据是在发动机温度接近正常值时测量，所以功率百分数不但偏小，而且稳定。

（3）汽车发动机油门位置值决定了发动机各缸每循环供油量大小，而发动机负荷、转速一定时，即保持发动机在某一固定工况下运转时所需油量小与大反映了发动机循环工作质量好与坏。循环工作质量好坏又反映了发动机点火提前角（汽油机）、供油提前角（柴油机）、配气相位等调整参数及汽缸密封性等性能参数的好坏。当发动机机械损失功率和有效功率一定时，指示功率也一定。而指示功率一定时，油门位置有可能不同。发动机调整参数或性能参数不好时，所需油门位置大;发动调整参数或性能参数好时，所需油门位置就小。所以根据发动机在某一转速无负荷运转时所處的油门位置可判定其指示功率大小。

如上所述可见，功率平衡法不但能测量发动机有效功率，而且在测量发动机功率的过程中可诊断发动机功率低的具体原因，帮助判断是由机械损失功率大引起，还是由指示功率低引起，从而为尽快排除故障打下基础。不仅如此，功率平衡法通过测量和计算得到多缸发动机各缸功率平衡百分数后，经过比较它们的差异，可明确判定与平均值相差较大的缸存在着故障，从而进一步缩短了故障诊断时间。

4 应用

利用功率平衡法可帮助汽车动力不足故障的诊断。汽车动力不足，可能是汽车传动系统的机械效率低，也可能是汽车发动机功率低。发动机功率低又分发动机本身传动机构阻力大引起和发动机汽缸压力低等燃烧质量影响因素引起两种情况。判定汽车发动机动力是否低，可将汽车变速器放在空挡位置，通过专用夹具固定发动机油门在某一位置，使发动机在某一转速下运行。发动机机油温度达到某一固定值时，使各缸依次断火，测量单缸断火时的发动机转速，计算各缸功率平衡百分数和平均值，并比较它们间的差异。对功率平衡百分数过低或过高的缸分析原因，寻找可能存在的故障并解决;根据各缸功率平衡百分数的平均值高低，与标准发动机的值进行对比，判断发动机机械损失的高低，确定发动机各传动机构是否有故障。如以上情况都正常，再看油门踏板是否在规定位置，如果踏板位置偏下，说明发动机点火提前角（汽油机）、供油提前角（柴油机）、配气相位、汽缸压力、气门密封等方面存在问题。

5 结论

发动机无负荷运行时，各缸功率平衡百分数的平均值大小反映了发动机机械损失功率的大小，发动机带负荷运行时，多缸发动机各缸功率平衡百分数的平均值大小反映了发动机在该转速下有效功率的高低。借助于汽车油门专用固定夹具可以测量发动机机械损失功率和发动机燃烧性能好坏。

参考文献：

[1] 周龙保. 内燃机学[M]. 北京：机械工业出版社，1999.

[2] 陈锦华. 汽车检测与诊断技术[M]. 北京：国防工业出版社，2012.