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第6章 汽车发动机检测(2)

(1)汽缸压力表

汽缸压力表(图2-2)是一种专用压力表,一般由表头、导管、单向阀和接头等组成。汽缸压力表接头有螺纹管接头和锥形或阶梯形橡胶接头两种。螺纹管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孔中。单向阀处于关闭位置时,可保持测得的汽缸压缩压力读数(保持压力表指针位置);单向阀打开时,可使压力表指针回零,以用于下次测量。

检测方法

①发动机应运转至正常工作温度,水冷发动机冷却液温度75-95V,风冷发动机机油温度80-90。

②拆除全部火花塞或喷油器(柴油机)。

③把节气门和阻风门置于全开位置。

④把汽缸压力表的锥形橡胶接头压紧在被测缸的火花塞孔内,或把螺纹管接头拧在火花塞孔上。

⑤用启动机带动曲轴旋转3-5s,指针稳定后读取读数,然后按下单向阀使指针回零。

每个汽缸的测量次数应不少于两次,测量结果应取其平均值。

⑥按上述方法一次测量各个汽缸。

(3)检测结果的影响因素汽缸压力表测得的汽缸压缩压力,不仅与汽缸密封性有关,还受发动机转速的影响,即与活塞在缸内压缩行程所持续的时间密切相关。图2-3为汽缸压缩压力与发动机曲轴转速的关系曲线。由图可见,当启动机带动发动机在较低转速范围内运转时,即使是较小的转速差Aw,也能使汽缸压缩压力检测结果发生较大的变化A狆。只有当发动机曲轴转速超过某一值时(一般为150r/min),检测结果受转速的影响才会较小。因此,检测时的转速应符合制造厂规定。

表2-2几种车型发动机汽缸压缩压力的标准值

检测时,发动机转速高低取决于蓄电池和启动机的技术状况以及发动机旋转时的摩擦阻力矩。因此,要求蓄电池、启动机的技术状况良好;同时要求发动机润滑条件良好,并运转至正常热状况,以减小运转时的摩擦阻力。

启动转速不符合检测汽缸压缩压力时的转速要求是造成汽缸压力表所得测试结果误差大的主要原因。因此,检测汽缸压力时,如能监控曲轴转速,对于减小测量误差,以获得正确的检测分析结果是非常重要的。

(4)检测结果分析

当汽缸压缩压力的检测值低于标准值时,常根据润滑油具有密封作用的特点,以下述方法确定导致汽缸密封性不良的原因所在。

由火花塞或喷油器孔注人适量(一般20-30mL)润滑油后,再次检测汽缸压缩压力,并比较两次检测结果。若:

①第二次检测结果比第一次高,并接近标准值,表明汽缸密封性不良是由于汽缸、活塞环、活塞磨损过大或活塞环对口、卡死、断裂及缸壁拉伤等原因而引起。

②第二次检测结果与第一次近似,表明汽缸密封性不良的原因为进、排气门或汽缸衬垫不密封(滴人的润滑油难以到达这些部位)。

③两次检测结果均表明某相邻两缸压缩压力低,其原因可能是两缸相邻处的汽缸衬垫烧损窜气。

如果汽缸压缩压力高于标准值,并不一定表示汽缸密封性好;具体原因应结合使用和维修情况分析。因为燃烧室内积碳过多、汽缸衬垫过薄或缸体与缸盖的结合平面经多次修理后加工过甚,均会导致汽缸压缩压力过高。同时,汽缸压缩压力高于标准值常会导致爆燃、早燃等不正常燃烧情况的发生。

汽缸压缩压力标准值一般由制造厂通过汽车使用说明书提供。常用汽车发动机压缩压力标准值见表2-2。

汽缸压缩压力与发动机的压缩比有直接关系,因此也可根据下列公式近似计算,但对于新型轿车,该式的计算值偏低。

根据GB18565-2001《营运车辆综合性能要求和检验方法》,发动机各汽缸压缩压力应不小于原设计的85%;各缸压力与平均压力的差:汽油发动机应不大于8%,柴油发动机应不大于10%。

2.利用电子汽缸压缩压力测量仪检测

(1)检测原理

电子汽缸压缩压力测量仪可在不拆卸火花塞或喷油器的情况下,测定发动机各缸的压缩压力。典型的检测原理是利用电流传感器测出启动机启动过程中启动电流的变化波形来测定发动机的各缸压缩压力。

启动机驱动发动机时启动阻力矩与启动电流呈线性关系,即启动阻力矩越大,则启动电流就越大。发动机启动阻力矩是由机械阻力矩和汽缸内压缩气体的反力矩两部分组成,正常情况下机械阻力矩可认为是常数,而缸内压缩气体的反力矩则是随汽缸压缩过程而波动的变量。因此启动发动机时,启动电流的变化与汽缸压缩压力的变化存在着对应的关系,所以可通过测量反映阻力矩波动的启动机电流与曲轴转角的关系曲线来确定汽缸的压缩压力。

检测时,若显示的各缸电流波形振幅一致,且峰值又在规定范围内,说明各缸压缩压力符合要求;若各缸波形振幅一致,X对应某缸电流峰值低于规定范围,则说明该缸压缩压力不足。

国产QFC-5型、WFJ-1型发动机综合检测仪就是依据上述原理检测发动机汽缸压缩压力的。也有不少发动机检测仪把启动电流的波形变成直方图来显示各缸的汽缸压缩压力,非常直观。

检测方法

①将发动机运转至正常工作温度(冷却液温度达80-90°C)后停机。

②连接测量仪电源及传感器接线,并预热调节测量仪至正常状态。

③按测量仪的检测规定操作,使启动机以规定的转速驱动发动机运转但不着火。

④测量仪屏幕将显示启动电流曲线或相对汽缸压缩压力的柱方图、各汽缸压缩压力。

⑤视需要打印出检测结果。

(3)检测特点

检测速度快、效率高,适用于发动机一般技术状况的定性检查。

二、汽缸漏气量与漏气率的检测

汽缸漏气量也能对汽缸密封性进行检测。

1.汽缸漏气量检测仪的结构原理

外部气源压力一般为600-800kPa,并配置油水分离器。压缩空气按箭头的方向进人汽缸漏气量检测仪,其压力由进气压力表显示。随后,经减压阀、校正孔板、橡胶软管、快换接头、充气嘴进人处于压缩上止点的汽缸,汽缸内的压力变化情况由测量表显示。该压力变化情况表明了汽缸组的密封状况。

2.汽缸漏气量的检测方法

①将发动机预热至正常工作温度,用压缩空气吹净缸盖和火花塞周围的脏物。

②置第一缸活塞于压缩行程上止点。

③分电器盖装好活塞位置指示器,指示器的第一缸上止点刻度对准分火头中心(可用带针尖的分火头代替原分火头),如图2-5所示。为保证压缩空气进入汽缸后不推动活塞下移,可将变速器挂人一挡,并拉紧手制动器。

④将仪器接上电源,在仪器出气口完全密封的情况下,调节减压阀使测量表指针指在400kPa上。

⑤在一缸充气嘴上接快换管接头,向一缸充气,待表针稳定后,读取读数,并记录,同时,在进气管口、排气消声器口、加机油口、散热器加水口和火花塞孔处,测听是否有漏气声。和汽缸压力试验相同,通过在进气管、排气管和曲轴箱通风口处听是否有漏气声来判断具体漏气的位置。从进气管处漏气,说明进气门泄露;从排气管处漏气,说明排气门泄露;从曲轴箱通风口漏气,说明活塞、活塞环及汽缸密封不严;散热器内有气泡,说明汽缸垫漏气或汽缸体缸盖有裂纹。

若相邻两汽缸漏气量较多,说明汽缸垫漏气。可将活塞移至压缩起始时的下止点处,此时测量出的漏气量与压缩上止点处的漏气量差值大小说明活塞、活塞环口和汽缸的漏气量的大小。因为上止点处汽缸磨损最大,下止点处基本没有汽缸磨损,故压缩行程上下止点漏气量差,表征汽缸磨损量的大小。这样的测量方法排除了进排气门泄露的影响。

⑥转动发动机曲轴,将活塞位置指示器指针对正下一缸的刻度线。同样方法,检测下一缸的漏气量。按发动机点火顺序依次检测完所有汽缸。

⑦各缸测完后,重复检测所有汽缸,取两次测量值的算术平均值。

⑧分析各缸测量结果。当测量表读数大于250kPa时,表明汽缸活塞组密封状况符合要求,发动机可继续使用;若测量表读数小于250kPa时,表明汽缸活塞组密封状况不符合要求,发动机需换环或者镗缸。

同样的检验方法还可用于汽缸漏气率的检查。在漏气率试验中,测量表的标定单位不是kPa或MPa,而标定为百分数,即当接通外部气源,在仪器出口密封的情况下,测量表指针为,表示不漏气;当出口完全打开与大气相通时,测量表指针为“00%”,表示汽缸内的压缩空气百分之百漏掉;而指针在两者之间则直观地表示漏掉了百分之几的压缩空气。测量时如图2-5所示,摇转曲轴从活塞位置指示器指针所指的压缩行程开始的位置I,到压缩行程终了上止点位置n。检测各缸整个压缩过程中不同阶段的漏气率与漏气部位。

一般认为:漏气率为0-10%表示汽缸密封状况良好,10%-20%为一般,20%-30%即表示汽缸密封性较差,而当测量表读数达到30%-40%时,如果能确认进排气门、汽缸垫、汽缸盖和汽缸的密封没问题,则说明汽缸活塞配合副的磨损已至极限,需更换活塞环或镗磨汽缸。

三、进气歧管真空度的检测

进气管真空度指进气管内的进气压力与外界大气压力之差。通过检测发动机进气歧管真空度来评价发动机的汽缸密封性,主要是针对汽油机而言。

1.检测原理

汽油机负荷采用“量”调节,即依靠节气门开度变化控制进人汽缸混合气的量,改变发动机输出功率。怠速时,节气门开度小,进气节流作用大,进气管中真空度较高;节气门全开时,进气管中真空度较小。由此可见,进气管真空度首先取决于发动机工作状态。检测进气管真空度,大多数是在怠速条件下进行,因为技术状况良好的汽油机怠速时,进气管真空度有一较稳定的值(化油器式发动机约为57-70kPa),同时怠速时进气管真空度高,对因进气管、汽缸密封性不良引起的真空度下降较为敏感。

进气管真空度还可以反映汽缸活塞组和进气管的密封性。若进气管垫、真空点火提前机构等处密封不良,汽缸活塞组、配气机构因磨损或故障间隙增大,以及点火系统和供油系统的调整等都会影响发动机进气管的真空度。

2.用真空表检测

进气歧管真空度的检测步骤

真空表是检测汽油机进气歧管真空度最常用的工具。它主要由表头和软管构成,软管一头固定在真空表上,另一头可方便地连接在进气歧管的检测孔上。

真空度的检测通常在怠速条件下进行,因为进气管真空度较高,同时技术状况良好的汽油机怠速时,进气管真空度具有较为稳定的数值,另外怠速时真空度对进气管和汽缸密封性不良状况最为敏感。进气歧管真空度检测步骤如下:

①发动机预热达到正常的工作温度。

②用一条长约30cm的真空管将真空表接到进气歧管处,选择这个长度是为了阻止表针的过量摆动。

③变速器处于“N”位,发动机怠速运转。

④读取真空表的读数。

考虑大气压的影响,真空度的参数标准应根据测量地点的海拔高度进行修正。一般海拔每增加1000m,真空度将减少10kPa。

⑵检测结果分析

①在相当于海拔高度的条件下,发动机怠速运转时,真空表指针稳定的指在57-71kPa范围内,波动值小于或等于5kPa。迅速开启并立即关闭节气门时,表针能随之在6.8-84kPa之间摆动,则说明汽缸密封良好。

②怠速时,真空表指针在50.6-67.6kPa之间摆动,说明气门黏滞或点火系有问题。

③怠速时,若真空表指针低于正常值,主要是活塞环、进气管或化油器衬垫漏气造成的,也可能与点火过迟或配气过迟有关。此种情况下,若突然开启并关闭节气门,指针会回落到但回跳不到84kPa。

④怠速时,真空表指针在33.8-74.3kPa之间缓慢摆动,且随发动机转速升高加剧摆动,说明气门弹簧弹力不足、气门导管磨损或汽缸垫泄露。

⑤怠速时,真空表指针有规律的跌落,说明某气门烧毁。当烧毁的气门工作时,指针就跌落。

⑥三元催化器结胶、积炭和破碎引起排气系统局部堵塞,使排气负压增加,真空度过低,造成进气不充分而排气不彻底现象。此时,怠速真空度只有57kPa,甚至迅速跌落至零,若堵塞严重,发动机只能维持低速运转。

⑦怠速时,真空表指针快速地在27-67.6kPa之间摆动,发动机升速时指针反而稳定,说明进气门杆与其导管磨损松旷。

进行断火试验,真空度须明显跌落;当加大或减小点火提前角时,真空度则有所下降。真空度低于正常值时,可以转动分电器夕卜壳直至真空度表示值最大为止,此时为最佳点火提前角。

电控燃油喷射发动机冷车时进气压力在40-46kPa之间,达正常温度后会在36.5-40kPa之间。一缸火花塞不跳火,进气压力会升高6.7kPa。一缸进气门漏气,进气压力会上升13.4kPa。点火正时比标准值提前进气压力会下降3.3kPa。

进气歧管真空度是一项综合性很强的诊断参数。若进气歧管真空度符合要求,不仅表明汽缸密封性符合要求,而且表明点火正时、配气正时和空燃比等也都符合要求。

3.用示波器检测

发动机在工作过程中必然引起进气压力脉动,导致进气歧管真空度波动,而汽缸密封状况会影响进气歧管真空度波动的波形,因此,通过示波器检测发动机进气歧管真空度波形,可以分析、判断汽缸密封性和诊断相关机件的故障。

(1)进气歧管真空度波形检测

由传感器采集到的进气歧管真空度的电压信号,经仪器处理后送人示波器,于是仪器屏幕上便显示出进气歧管真空度波形。

(2)进气歧管真空度波形分析

发动机技术状况良好时,各缸进气歧管真空度波形基本相似,只是因进气歧管形状与断面情况不尽一样,致使其进气真空度波形稍有差异。但若汽缸的结构参数或技术状况变化,则进气歧管真空度波形会有明显改变,如汽缸与活塞配合副磨损使其密封性变差、汽缸衬垫或气门漏气、气门弹簧性不足、混合气过浓或过稀等均会引起进气歧管真空度波形的改变,由此判断发动机故障是十分方便有效的。

如图2-6和图2-7所示分别为四缸和六缸发动机进气歧管真空度标准波形,从图中可以看出,各缸进气过程所造成的进气歧管负压基本一致,说明该发动机进气系统和活塞组技术状况正常。

四、曲轴箱漏气量的检测

1.检测原理

汽缸活塞组配合副磨损、活塞环弹性下降或粘结均会使密封性下降,工作介质和燃气将会从不密封处窜人曲轴箱。窜人曲轴箱的气体量越多,表明汽缸与活塞、活塞环间不密封程度越高。窜人曲轴箱的废气可以溢出的通道有:加机油口、机油尺口和曲轴箱强制通风阀,见图2-9。

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