真空度测量在发动机故障诊断中的应用 1 故障范例 一辆日本本田雅阁(Accord)轿车进厂维修，驾驶员反映该车急加速熄火，且加速时从空滤器处发出类似化油器回火放炮的“叭叭”声。经初步分析，怀疑进排气系统有故障。用真空表测量进气歧管处真空度，怠速时真空表指针在45 kPa外来回摆动，发动机运转中真空表读数有规律降至37 kPa，故确诊为有一缸气门密封不良。拆检气缸盖，发现第二缸进排门杆弯曲变形，导致该缸进排气门关闭不严。更换气门后试车，故障现象消失。事实上，通过测量发动机进气歧管真空度，可方便地分析出不少故障，且其对故障的诊断范围比通常测量气缸压缩压力方法更为广泛。 2 真空度测量在故障诊断中的应用 现代进口轿车发动机上纵横布置有多根胶管，且大多是将一端直接与进气歧管相连，目的是利用发动机工作时进气歧管内产生的真空作为多种辅助设备的动力源或有关传感器的信号源。在海拔高度下，所谓的完全真空约为101.5 kPa。发动机进气歧管真空度的高低及其稳定性与发动机工作的气缸数、转速、密封性能、点火性能、混合气空燃比和节气门开度等有关。 正常工作的发动机，其进气歧管内真空度的大小及变化都有固定的范围和规律，反之，如真空度大小与正常值相偏离，则发动机必然存在某种故障。造成真空度读数异常的常见原因有一个或多个火花塞缺火、空气软管破损或软管接头松脱、气门密封不良、气缸盖势或进气歧管垫等漏气、活塞环漏气严重、废气再循环阀(EGR)不能关闭、曲轴箱强制通风阀(PCV)被卡住而全开等。不同的原因所对应的真空表读数不同，因此掌握常见工况下真空表的正确读数及一些因故障而造成的异常情况，对故障诊断有益。 2．1 发动机怠速 怠速工况下，发动机进气歧管真空表的读数应稳定在57.6 kPa～71.1 kPa之间，如怠速测试时真空表读数不正常，则需进行如下测试： a)检查基本点火正时； b)检查气门正时； c)检查气缸压缩压力； d)检查曲轴箱强制通风阀。 2．2 气缸垫漏气 此情况下进行怠速测试，真空表读数较低，且指针在17 kPa～64 kPa之间大幅度摆动。 2．3 发动机急加速或急减速 该测试可反映出活塞漏气的严重程度。在发动机怠速运转时，使发动机突然加速和减速，同时观察真空表读数。急加速时，真空表读数将突然下降；急减速时，真空表指针将在怠速时的位置向前跳动几格。例如，怠速时真空表读数60.9 kPa，那么急加速时它将降至0 kPa～10.2 kPa，而在急减速时则跳至77.9 kPa～84.7 kPa。活塞漏气严重时，真空表指针的摆动幅度将不太明显。指针摆动幅度越宽，则发动机技术状况越好。 2．4 点火正时或气门开启时间过早或过迟 怠速时，如点火正时或气门开启过迟，真空表指针将在46.6 kPa～67 kPa间轻微摆动；如点火正时或气门开启过早，则指针在46.6 kPa～67 kPa间大幅度摆动。 2．5 排气系统阻塞 此情况下发动机怠速时，真空表读数有时可达53 kPa，很快又跌落为0或很低。发动机加速时，读数逐渐而清晰地下降为0。 2．6 气门烧坏或气门间隙不合适 发生这种故障时，真空表指针稳定，但每当有毛病的气缸工作时，指针就跌落且跌值在6.7 kPa以上。 2．7 气门卡滞 在这种情况下，真空表指针将以不规则的间隔退回。为检验这种情况，可使发动机在2 500 r/min左右的转速下运转约2 min，使气门杆升温到一定程度，在怠速运转下如真空表指针在短时间内猛烈抖动，则说明存在气门卡滞问题。待气门冷却后，真空表指针的抖动将变得缓和些。 2．8 气门导管磨损 此情况下发动机怠速时，真空表指针剧烈抖动，增速时却稳定。 2．9 混合气比例不合适或个别缸点火差 发生该故障时，真空表读数怠速时较正常值低，混合气较浓时，指针在44 kPa～67 kPa间慢摆；混合气较稀时，指针不规则地跌落又上升，摆动幅度大，且常有怠速游车现象。 七、利用真空表诊断汽油喷射式发动机故障 对于汽油发动机来说，进气系统密封性、点火性及空燃比大小是影响汽油机使用性能的三大因素，其中进气系统密封性的影响尤为关键。 影响汽油机气缸密封性的因素有：气缸、气缸盖、气缸垫、活塞及活塞环、气门与气门座、气门导管、气门弹簧及其他相关零部件的状态。 气缸密封性能的检测可采用以下四种方法：测气缸压力、测气缸漏气量(或漏气率)、测曲轴箱窜气量、测进气管真空度。四种方法的检测结果对比分析如表1－1所示。 表1 气缸密封性能的检测方法对比 检测方法 作业内容 检测状态 覆盖内容 漏检内容 检测结果分析研究 检测气缸压力 拆下火花塞和空气滤芯,用气缸压力表测各缸气缸压缩压力 起动机带动,动态检测气缸压缩压力,对气缸进行全行程进行检测 气缸、气缸盖、气缸垫、活塞及活塞环、气门及气门弹簧 气门导管、进气管垫、喷油器密封圈、压力传感器软管、进气软管 起动机转速高低、气缸壁和环槽机油过量、燃烧室积碳、因多次修磨缸孔缸盖造成压缩比偏大等导致测量值偏高 检测气缸漏气量 拆下火花塞，使活塞位于压缩行程上止点时锁死传动系统，施加定压的压缩空气，观察仪表压力降 无负荷静态检测，检测上止点处漏气量 气缸、气缸盖、气缸垫、活塞及活塞环、气门及气门弹簧，可通过进排气管口、加机油口、水箱盖口等处的漏气情况判断漏气部位 气门导管、进气管垫、喷油器密封圈、压力传感器软管、进气软管 只检测到上止点处漏气，不是气缸的全行程，未覆盖“拉缸”的影响，并需使用专用仪器（漏气仪） 检测曲轴箱窜气量 把漏气流量计装在加机油口处，检测单位时间内漏入曲轴箱的气体量 加载满负荷、低速行驶、动态测量曲轴箱的漏气量 气缸、活塞及活塞环是各气缸漏气总量的综合反应 气门、气门座及气门弹簧，测不到缸外漏气，无法反应具体缸的密封性能 检测值较真实，但覆盖面太窄，需用其他方法辅助检测 检测进气管真空度 拆下空气滤芯，把真空表接在节气门后，测量进气管真空度 无负荷动态检测，可以测量各工况的密封性能 气缸、气缸盖、气缸垫、活塞及活塞环、气门与气门座、气门导管及气门弹簧、进气管垫、喷油器密封圈、压力传感器软管、进气软管 几乎无漏检，而且可感知空燃比及点火正时和点火好坏 检测值较真实，覆盖面广，这是不解体动态检测综合指标性能好坏的主要手段，也是电控汽油喷射式汽油机的必备检测仪表 由表1－1对比可见，检测进气管真空度能够较全面地反映汽油机各相关零部件处的状态及空燃比、点火性能等，具有较高的可信度。因此，进气管真空度检测法在现代汽车上应该得到广泛应用。 1 进气管真空度产生的机理及作用 1．1 进气管真空度产生及变化的机理 汽油机运转时，进气管中就会产生真空度，进气管真空度的大小可用ΔPX表示。ΔPX是汽油机各缸交替进气时对进气管形成的负压总和，其值及稳定性与工作气缸的数目、汽油机转速、进气系统密封性、点火系统点火性能好坏及空燃比大小成正比，而与节气门开度成反比。 转速高低及节气门开度大小是汽油机工况的基本表征，两者均直接影响着空燃比及燃烧条件。ΔPX值的大小及波动幅度反映了汽油机工况的好坏。例如，当节气门开度一定时，若汽油机转速下降，则混合气质量就会变差，燃烧条件恶化，使可燃混合气的燃烧速度变慢，导致转速进一步下降，此时进气管中的ΔPX就会减小，ΔPX减小以后，又会影响喷油量的多少，从而形成连锁反应。另外，节气门开度、进气系统的密封性、点火系统的点火性及空燃比等因素发生变化时，也会影响ΔPX值的大小。因而ΔPX成为汽油机因果反馈的“中心媒体”。进气管真空度因果反馈的机理如图1－6所示。 进气系统的密封性能 ΔPX（转速+开度） 点火性能 空燃比A/F 图1－6 进气管真空度因果反馈的机理 1．2 进气管真空度的应用 利用真空表对汽油机的ΔPX进行检测，可以判定进气系统的密封性能。该法既简便易行，又有较大的覆盖面，是行之有效的检测手段。 电控汽油喷射式发动机是利用ΔPX作为度量喷油量的依据。由于喷油器的安装口是一个潜在的漏气点，再加之节气门前后的真空管路交叉排列，极易产生漏气和错装故障。所以，检修故障时真空表的作用将更为重要。 1．2 检测进气管真空度所能覆盖的内容 1．3．1 进气系统的密封性能 气缸内部因素：气缸、气缸垫、气缸盖、活塞、活塞环、气门、气门座。 气缸外部因素：气门导管、气门弹簧、液力挺杆、进气管垫、喷油器密封圈、节气门体垫、进气软管等。 值得注意的是：气缸外部的漏气比气缸内部的漏气对ΔPX的影响更大，若外部密封性变差，汽油机将不能正常运转。 1．3．2 排气系统的堵塞 为了减轻排放污染，现代汽车大多装有三元催化器。在使用过程中，当其内部因结胶、积碳、破碎等原因造成局部堵塞或随机堵塞时，就会加大排气时的反压力，使ΔPX过低，从而导致排气不彻底、进气不充分。 1．3．3 空燃比A/F 无论化油器式还是电控汽油喷射式发动机，其可燃混合气的配制都是利用ΔPX来控制的。若A/F值失准就会使燃烧条件恶化，反过来又影响到转速的高低及ΔPX值的大小。 1．3．4 点火性能、配气正时 点火时间早晚、电火花能量强弱、各缸有无缺火或断火等都会影响转速及ΔPX值。 配气正时既是点火正时的前提，又直接影响转速的高低及ΔPX值的大小 1．4 利用真空表调整点火正时 理论分析可知，当进气系统的密封性和空燃比均为正常时，动态的最佳点火提前角所对应的应该是最大的ΔPX值。实践证明：当单缸断火时，若该缸原工作正常，则ΔPX值会明显跌落；若该缸原本不工作，则ΔPX值则无变化。当加大或减小最佳点火提前角时，ΔPX均有所下降。利用真空表监控点火正时和点火质量，不仅简便易行，而且其准确程度不低于采用点火正时灯和转速仪。点火提前角对ΔPX的影响如图1－7所示。 图1-7 点火提前角对ΔPX的影响 调整点火提前角时，如果发现真空表所显示的数值低于正常值，可以通过转动分电器外壳的方法找出最大ΔPX值所对应的位置，此时分电器所对应的就是最佳点火提前角。 2 进气管真空度的检测方法及故障的机理分析 2．1 检测方法 检测进气管真空度，应将真空表接于节气门的后方(如图1－8所示)，并使汽油机在正常状态下按规定的怠速运转，查看真空表的读数和指示状态。 图1-8 进气系统密封性能的检测部位 1—气缸 2—活塞及活塞环 3—气缸盖及气缸垫 4—气门及气门座 5—气门弹簧和气门导管 6—液力挺柱 7—进气管垫 8—喷油器密封圈 9—节气门前后真空管路 10—进气软管 11—三效催化转化器 2．2 故障机理分析 汽油机不同状态下所对应的ΔPX值及结果分析分述如下： a.密封性正常。怠速时，表针应稳定在64 kPA～71 kPa(摆幅大小、摆速快慢与密封性、空燃比及点火性能有关)。若怀疑某缸工作不良，可采用单缸断火法诊断。 迅速开闭节气门，若表针在6.7 kPA～84.6 kPa之间灵敏摆动，说明ΔPX对节气门开度的随动性较好，意味着各部位在各工况的密封性均较好。 b.密封性不良。怠速时，ΔPx低于正常值且明显不稳，迅速打开节气门时，表针会跌落到零，关闭后也不回不到84.6 kPa处。 c.点火时间过早、过迟或电火花能量不足。点火时间过早、过晚、电火花能量不足或配气正时不符时，燃烧条件就会变坏，汽油机功率损失加大，转速无法提高，形不成较高的真空度，导致怠速不稳，加速无力。 怠速时，表针在46.7 kPa～57 kPa之间摆动。若点火时间过早，则表针摆幅较大；若点火时间过晚，则表针摆幅较小。 d.排气系统堵塞。由于排气系统有较大的反压力，在怠速状态ΔPX有时可达53 kPa，但马上又跌落到很低甚至为零。堵塞严重时汽油机只能勉强维持低速运转。 汽油机非正常状态的故障内容参见表1－2。 表1-2 汽油机非正常状态的故障内容
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