发动机气缸压力波形分析

04-22

对于发动机气缸压力的测量，在国内最为普遍的方法是使用气缸压力表。其实用这个方法测得的并不是气缸工作时的有效压力，而是一个累积后的总压力，如运转启动机，在活塞第1次压缩行程时，气缸压力表指针达到8 bar（1 bar=100 kPa ），第2次压缩行程时上升至9 bar，第3次压缩行程时上升至10 bar。若压缩压力达不到标准的累积最大值，则判断气缸存在泄漏。当气缸泄漏量较大时适用于此方法。

现在的发动机失火监控越来越精准，只要曲轴旋转的加速度未达到标定时预设的条件，就会报发动机失火故障。在发动机工作时，混合气燃烧形成的向下做功的压力会从很小的泄漏点损失掉，从而引起推动活塞的力损失，导致向下的加速度减小。

对于较小的泄漏，很难用气缸压力表测量，这时可以进行气缸压力泄漏测试。当活塞处于压缩上止点时，进气门和排气门都处于关闭状态，此时往气缸内充入压缩空气，正常情况下，会有10％以内的气体从活塞环与气缸壁之间泄漏，如果泄漏量大于10%，说明这个近似密闭的空间存在泄漏，此时可从几个地方听声音，如果能听到漏气的声音，说明有漏气，比如进气门漏气，节气门后方有漏气声；排气门漏气，排气管有漏气声；气缸体磨损或活塞环非正常漏气，机油加注口有漏气声；气缸垫漏气，发动机冷却液冒气泡。

气缸压力泄漏测试与传统的气缸压力测试相比，能更精准地判断出故障点，且能判断出更小的泄漏故障。然而气缸压力泄漏测试属于静态测试，不能反映活塞真正运动时发生的泄漏情况。那如何测量活塞真正运动时的气缸压力变化呢？为此，很多诊断软件公司（PICO、ATS及FLUCK等）开发出了气缸压力传感器，它能实时反映气缸压力的变化情况。以PICO公司开发的WSP 500X气缸压力传感器为例，拆下某气缸的火花塞，安装气缸压力传感器，启动发动机，通过采集的气缸压力波形反应气缸的压力变化。测试时，被测气缸并不做功，而由其他气缸带着运转，类似一个空气泵。

气缸压力波形的优势在于，能用时间轴的方式反应单位时间内所发生的信号变化，采样频率越高，这个时间单位就越小。

图1为发动机怠速运行时采集的气缸压力波形，它能反应活塞和气门的运动信息，分析如下。

（1 ） A点为气缸压力的波峰，代表压缩上止点，相邻两个波峰之间代表一个完整的发动机循环，即进气、压缩、做功及排气过程，但这个气缸是不做功的，气体压缩后进入膨胀释放阶段，所以做功行程用膨胀来替代。4个行程为720°曲轴转角，每个行程分别是180°，活塞从上止点（TDC）到下止点（BDC）再到TDC两次。
（2） B点为排气门打开点，即E VO （Exhaust Valve Open），此时活塞从TDC往BDC运动。在EVO前，由于进气门和排气门均关闭，气缸压力下降，压力释放完后形成真空；在EVO后，由于排气门打开，气缸与大气接通，气缸压力逐渐向大气压力靠近，恢复到0 bar。

（3） C点为进气门打开点，即IVO （Intake Valve Open），此时活塞从BDC往TDC运动，由于排气门仍为打开状态，所以气缸压力没有明显变化，仍然为大气压力。
（4） D点为排气门关闭点，即EVC （Exhaust ValveClose），此时活塞从TDC往BDC运动，进入进气行程。在EVC前，由于排气门和进气门均打开，进气效果不明显；在EVC后，排气门关闭，空气全部从进气门抽入，真空明显开始形成。需要注意的是，有些车型的EVC在TDC前，就会使排气末尾阶段有个翘起的小波峰。
（5 ） E点为进气门关闭点，即IVC （Intake ValveClose），此时活塞从BDC往TDC运动。在IVC后，由于进气门和排气门均关闭，气缸压力开始建立。’

（6） F为整个发动机循环的气缸压力范围，当与大气相通时为0 bar，怠速时最高气缸约为5.4 bar，真空的最低点在0.8 bar左右。

（ 7 ） G为整个波形的一些时间信息，如EVO、IVO、EVC、IVC这些点所对应的曲轴转角。通过这些信息可以看出发动机的配气相位是否与原厂标定的一致，从而判定发动机是否有故障。

（8）由横坐标可知曲轴转1圈为84 ms，那么1 min曲轴转60×1 000/84=714圈，即发动机怠速转速为714 r/min.

（9）已知曲轴转1圈（360°）所经历的时间为84 ms. 1个发动机循环曲轴转2圈，所经历的时间为168 ms。EVO在31 ms处，对应的曲轴转角为31 ×（7200 / 168 ） =133°，也就是在下至点前（BBDC） 470；IVO在82 ms处，对应的曲轴转角为82× （720°／168）=352°，即上止点前（BTDC） 8°；EVC在86 ms处，对应的曲轴转角为86 x （7200 / 168） =369°，即上止点后（ATDC） 9°；IVC在136 ms处，对应的曲轴转角为136 × （720° / 168） =583°，即下至点后（ABDC） 43°。

对应的配气相位如图2所示。