第三章--汽车发动机的检测与故障诊断

1第三章汽车发动机的检测与故障诊断〖学习目标〗知识目标：了解熟悉发动机功率检测、发动机各系统检测的原理和方法了解发动机各检测设备的结构原理和使用方法了解发动机的常见故障及其诊断方法掌握发动机电子控制系统故障的自诊断原理和检测方法能力目标：能正确操纵发动机性能检测的各种仪器和设备能对发动机功率、气缸密封性、点火性能进行检测分析，并评价其技术状况能对发动机起动系、燃油供给系、润滑系、冷却系进行检测分析，并诊断其故障能对发动机电子控制系统的故障进行检测、分析、诊断2第一节发动机功率的检测一、发动机功率检测基本原理只要能测出发动机输出轴上的转矩和此时的转速，则可通过上式求得发动机有效功率。测功仪器通常是利用这一原理来测功的。可见，发动机有效功率的测量是属于间接测量。3二、发动机功率检测方法1．稳态测功稳态测功是指发动机在节气门开度一定，转速一定和其他参数都保持不变的稳定状态下，在台架测功器上测定发动机功率的一种方法。稳态测功时，由于需要对发动机施加外部负荷，因此稳态测功又称为有负荷测功或有外载测功。稳态测功特点是：测功结果准确可靠，测功过程费时费力，测试成本高。42．动态测功动态测功是指发动机在节气门开度和转速等参数均处于变化状态下，测定发动机功率的一种方法。检测时，将发动机在怠速或某一空转转速下，突然全开节气门，使发动机加速运转，此时其加速性能的好坏能直接反映发动机功率的大小。动态测功时，无须对发动机施加外部载荷，因此动态测功又称为无负荷测功或无外载测功。动态测功特点是：检测仪器轻便，价格便宜，测功速度快，方法简单，但测功精度较低。5三、发动机无负荷测功原理1.瞬时功率检测原理没有外界负荷的发动机，在怠速情况下突然踩下加速踏板时，发动机发出的动力除克服各种机械阻力矩外，其有效转矩将全部用来加速发动机运动部件。推导得发动机有效功率为：式中：n为转速，C1是与发动机当量转动惯量和功率修正有关的常量。上式表明，只要测出发动机在加速过程中的转速n和对应的瞬时转速变化率dn/dt，即可求出该转速下的有效功率。dtdnnCPe162.平均功率检测原理根据功能原理知，发动机驱动曲轴转动所作的功等于曲轴旋转动能的增量。在加速时间△T（s）内，可推出平均功率：式中：C2是与发动机当量转动惯量和起、止转速有关的系数，当测试的起、止转速及J给定时，C2为常量。上式表明，只要测取某一转速范围的加速时间，则可得到发动机相应的平均功率。TCPav127发动机无负荷测功原理：实际应用中，往往是将额定功率作为发动机的动力性评价指标。因此，应将测出的某一转速范围的平均功率转化为稳态时额定转速下的功率进行对比评价。maxePTC138四、发动机无负荷测功仪及其使用方法1.无负荷测功仪的组成及原理无负荷测功仪组成主要由转速信号传感器、转速脉冲整形装置、起始转速触发器、终止转速触发器、时标、计算与控制装置和显示装置等组成，如图所示。无负荷测功仪原理92．无负荷测功仪的使用方法无负荷测功仪既可以制成单一功能的便携式测功仪，又可以与其他测试仪表组合成发动机综合检测仪。下面以远征EA1000或EA2000发动机综合性能分析仪为例，来说明无负荷测功仪的使用方法。1011EA2000无外载测功界面123.无负荷测功时应注意的事项发动机当量转动惯量J值的选取要准确。J值的大小将直接影响无负荷测功的精度，故J值的选取应相当慎重。发动机加速区间的转速n1、n2的选取要适当。通常起始转速n1应高于发动机怠速转速，常取发动机怠速转速的150%；终止转速n2常取额定转速。检测时，踩加速踏板的速度和力度要均匀，且要求重复性好，以保证检测结果具有良好的稳定性。使用不同的无负荷测功仪时，应严格按各自的使用说明书操作，不可生搬硬套。13五、发动机各缸功率均衡性检测各缸功率均衡性可通过发动机各单缸功率、单缸断火后的转速变化、气缸效率来反映。单缸功率检测预热发动机至正常工作温度，先测出各缸都工作时的发动机功率，然后在某气缸断火（高压短路或柴油机输油管断开）情况下，再测量发动机功率，两功率之差即为断火气缸的单缸功率。14发动机各缸功率均衡性检测单缸断火后转速变化检测预热发动机至正常工作温度，使发动机在一定转速下运行，将某缸突然断火，由于发动机的指示功率减少，导致克服原转速的摩擦功率不够，从而使发动机重新平衡运转的转速降低，此时测出其转速的下降值。15发动机各缸功率均衡性检测气缸效率测试根据汽车发动机各缸间歇工作造成转速微观波动，反映各缸效率。通过计算各缸点火的间隔时间，求出各单缸的瞬时转速与平均转速之差值作为判断各气缸工作能力及比较各缸工作均匀性的指标。与动力平衡相比，气缸效率测试不必进行断火测试，因而不会发生排气温度过高及催化转换器触媒中毒的情况，更适合于电子燃油喷射车辆的检测。16六、发动机功率检测分析1.发动机功率检测分析检测标准在GB7258-2012《机动车运行安全技术条件》中就有明确规定：车用发动机功率不得低于原额定功率的75%。大修竣工后，其功率不得低于原设计标定值的90%。检测分析若发动机功率偏低，则应首先检查燃料供给系和点火系技术状况。若该两系统正常，则应检查气缸的密封性，以判断发动机机械部分是否存在故障。当怀疑个别气缸技术状况不良而导致整机功率偏低时，可进行单缸断火后测功验证。172.发动机各缸功率均衡性检测结果分析（1）各单缸功率检测分析检测标准技术状况良好的发动机，其运转应平稳，各缸发出的功率应一致。检测分析若各单缸功率相同，则说明发动机各缸功率均衡性好；若某缸断火后，测得的功率没有变化，则说明其单缸功率为零，该缸完全不工作。若发动机单缸功率偏低，则一般系该缸高压线、分线插座或火花塞技术状况不佳、气缸密封性不良所致，应更换、调整或维修。18（2）单缸断火后转速变化检测分析检测标准工作正常的发动机，在某一转速下稳定空转时，发动机的指示功率与摩擦消耗功率是平衡的。此时，若取消任一气缸的工作，发动机转速都会有相同的下降值。下表给出了某些发动机以1000r/min转速稳定工作条件下，单缸断火后转速下降平均值的诊断标准。气缸数平均转速下降值（r/min）允许偏差（r/min）4100±20670±10845±519单缸断火后转速变化检测分析检测分析若各缸轮换断火时，转速下降的幅度大而且基本相同，则说明各缸工作状况良好，各缸功率均衡性好；若各缸转速下降的幅度差别很大，则说明各缸功率均衡性差，有些缸工作不正常；若某缸转速下降的幅度较标准小，则说明其单缸功率小，该缸工作状况不良；若某缸转速下降值等于零，则说明其单缸功率为零，该缸不工作。检测时，单缸断火后的转速下降值应符合诊断标准，且要求最高和最低下降值之差不大于转速下降平均值的30%。（3）气缸效率检测分析20第二节气缸密封性的检测与故障诊断一、气缸压缩压力的检测诊断气缸压缩压力是指缸内气体压缩终了的压力。它是气缸密封性最直接评价指标，用来诊断发动机性能和气缸活塞组技术状况。（一）气缸压缩压力的检测1．用气缸压力表检测检测仪表21用气缸压力表检测检测方法将发动机运转至正常工作温度（冷却液温度达70～90℃）后停机。拧出各缸火花塞或喷油器，汽油机还应将节气门全开。将气缸压力表锥形橡胶接头扶正压紧在火花塞或喷油器安装孔上。用起动机带动发动机运转，其转速应符合原厂规定，转动3～5s，待压力表指针指示并保持最大压力后停止转动。取下气缸压力表，记下读数，按下单向阀使压力表指针回零。每缸重复测量2～3次，取其平均值作为被测气缸的压缩压力。依次测量各缸，即可得到各缸的压缩压力。22用气缸压力表检测检测特点检测实用可靠，简单易行，经济实惠，适用于气缸组技术状况的常规诊断。检测效率低，需拆火花塞或喷油器（柴油机），且一缸一缸地测量，不适应现代化检测要求。检测精度受发动机转速变化的影响大。研究表明，在曲轴转速低于1000r/min的范围内，较小的转速变化会带来较大的气缸压缩压力值变化。：用气缸压力表检测气缸压缩压力是传统检测诊断中应用最广泛的一种方法，适用于各种汽车维修企业。23检测原理2.用发动机综合性能分析仪检测24用发动机综合性能分析仪检测检测方法将发动机运转至正常工作温度（冷却液温度达70～90℃）后停机。接通电源，打开分析仪总开关、显示器开关、主机开关，预热仪器。按仪器使用说明书给定的方法，连接好测试线和传感器。启动检测程序，进入检测程序主、副菜单。用鼠标选择“起动机及发电机”，进入起动电流检测功能。按下“检测”键，起动发动机，仪器屏幕将显示发动机转速、起动电流，同时绘制出起动电流曲线和相对气缸压力的柱方图，从而检测出各气缸压缩压力及其变化量。视需要打印输出检测结果。25用发动机综合性能分析仪检测检测特点用发动机综合性能分析仪检测气缸压缩压力，不需拆装火花塞或喷油器（柴油机），且能同时检测各个气缸，因而其检测速度快、效率高。它适用于发动机一般技术状况的定性检查。26（二）气缸压缩压力的诊断1.气缸压缩压力诊断标准发动机气缸压缩压力标准值由制造厂提供。由于发动机结构和压缩比不同，各车型气缸压缩压力的标准值也不尽相同。GB18565－2001《营运车辆综合性能要求和检验方法》规定，发动机各气缸压缩压力应不小于原设计规定值的85%；每缸压力与各缸平均压力的差：汽油机应不大于8%，柴油机应不大于10%。GB/T15746—2011《汽车修理质量检查评定办法》规定，发动机各气缸压缩压力应符合原设计规定；每缸压力与各缸平均压力的差：汽油机应不大于5%，柴油机应不大于8%。272.气缸压缩压力诊断压力读数时高时低，相差较大，说明其进排气门有时关闭不严。一缸或数缸压力偏低，可用清洁而粘度较大的机油20～30mL，注入压力偏低缸火花塞或喷油器孔内再测量气缸压力。若压力上升接近标准压力，则说明该气缸、活塞环、活塞磨损过大或活塞环对口或气缸臂拉伤等；若压力基本无变化，则说明该缸进排气门关闭不严或气缸衬垫密封不良。相邻两缸压力相当低，而其他缸正常，加注机油后检测其压力仍然很低，说明相邻两缸间气缸衬垫烧损窜气。个别缸压力偏高，说明其缸内可能积炭过多而导致燃烧室容积减少所致。各缸压力都偏高，汽车行驶中又出现过热或爆燃，则可能是：燃烧室积碳过多，或经几次大修因缸径加大、缸盖接合平面修理磨削过度，或气缸衬垫过薄而使压缩比增大所致。28二、气缸漏气量的检测与诊断气缸漏气量概念气缸漏气量是指活塞处于压缩行程上止点附近时缸内一定压力的气体，通过气缸活塞组配合副间隙、活塞环对口、进排气门密封面、气缸衬垫密封面泄漏的空气量。气缸漏气量检测意义通过气缸漏气量检测，可确定气缸密封性，并诊断故障。291.气缸漏气量的检测气缸漏气量检测仪1－进气压力表2－调压阀3－空气量孔4－测量表5－出气阀6－橡胶软管7－快换接头8－充气嘴气缸漏气量检测原理30将发动机预热至正常工作温度后停机。拧下所有火花塞，装上充气嘴。转动曲轴，使第1缸活塞位于压缩行程上止点。将变速器置于高速档，并拉紧驻车制动器。将仪器与气源接通，在出气阀完全关闭情况下，调整调压阀，使测量表初始压力为400kPa。在第1缸充气嘴接上快换接头，打开出气阀，向第1缸充入压缩空气，此时测量表读数可反映该缸漏气量，同时测听是否有漏气声，以便确诊故障。转动曲轴，根据点火顺序，适当转动曲轴一定角度，使检测缸处于上止点位置，按上述方法分别检测各缸漏气量。气缸漏气量检测方法312.气缸漏气的故障诊断（1）气缸漏气诊断标准气缸漏气量检测时，测量表读数越接近其调定的初始压力，说明其漏气量越少，气缸密封性越好。对于国产货车发动机，在测量表调定初始压力为400kPa条件下，当测量表读数大于或等于250kPa时，表示气缸密封性正常，发动机可继续使用；当测量表读数小于250kPa时，表示气缸密封性差，不符合要求。32（2）气缸密封性故障诊断在空气滤清器入口处监听，若有漏气声，则表明该缸进气门与座密封不良。在消声器管口处监听，若有漏气声，则表明该缸排气门与座密封不良。在散热器加水口处观察，若有气泡冒出，则表明该缸与水道相通，多为