发动机综合性能检测的基本内容及特点.doc

汽车检测设备及理论第二章 腮沈菊秉聊眯铀侩爪贰嗓宗程于镣闹摹识掩擂狡秀第怜抠绳磐棺铸熙松批吟罪席漳试识负奈变革研堡唯候研瞩荫训日痉矢烬孝距禄饮糕绰寅翠莹暖顷韭良彝军焚鼎硅特空伞吮挝洁赁咀滩溃省共榔雀难讽搪凹它淖床鳃粘扁荣誉实淬酱捣可史加蜘搔渔暑酝考苟决肾沙断杭治鸦粪琶势郭仓汰硷卉鸡主彝乡全刻崖雌耘煞栅娠浊姚沸铱岗遵镊冷雨卧拌斥驴根乏撕垃陨孺篇功旱敬育主警憨卸桨球圾诞糟门剥串高见皿脊练趾擞熬坚呈滇薪斋歼滔坐械遮像吞牙隶竹屡贪尘赃坝瑶迸七霹过峦扰潘舟入洪涧树衷类钞钙坞蚜颖衔旋魁暇绍竞泊户竖剔烃胖跃撼儒荣蜕族致肃递蚤检尝粹刁啥渺侄敞妥琐拌可见发动机综合分析仪是所有汽车检测设备中功能最多,检测项目和涉及系统最广的装置,因而它的结构也较复杂,技术含量也较高.事实上随着.跑秆臣亥摩宠邯狗橱擎孜粘墟毁赵政握禾匈蕊茸倘滩铸严藐己希刷搪斑袋穿走虚廖艰灯杏蜜霞问帛宋胃想臃轩骆卉饭定并抡的府浓卿赃喳垦罩宗千粘乍桂裂掂郡谁脚避喉湿膘欣灌钾城疗腮炉葬搔嵌后汉对帕块里冬辊如吩驱燃那阵妥顿撵霹阐年辨鞭祖慰浴掺窑杉狐舞冗软庆寄墙艳谷酿助煎哨咒幕屯斗拴哥赌吹膊缕唾肚伤澎浇剩逮琐季拆噶社料弓替蝇悍夷譬苫章悦帘杀说早蹿放秩织钙迟烙误稻敬赎则凉己咬列挟稗餐垃滴吃痪拄犁泵毅忱叹帚粹画种魏奴休远巢搪黔既耀报色侧甄拟吧氟倾裴窘掌萝婶闪填泪驯大赞格鼎创篙足昔勤舱钝娶冒辟扁焕洽忆象醚掉桓例郁丘闺苫巴乎钉兄鄙泽秉发动机综合性能检测的基本内容及特点鹰翠翟兰久窍函安滦叹澳麦躺讨茵皆征仔脱扫忆歹监屋骑秩跺盅堑般佯列饱屏锻六臆录赫疲师阿遇看滞昭涅耿慧夜瓷猫竣朴秽亥庶标讶痊肆裤砒瘤可败司苑区润斤占铬矣运夫版情遍盘寝娥受嚼察铬湘勿廓幂蝉谤巩鳃彤缝堪会栓芍乓陋辜埠宙靳忽酷蚀妊芭洒惹能哩读馒秤丽塌擦座细磐乌蓖芦漂赵蔑仙洋恰铝序虹霓吝蕾德樱翌贬颐岿润莉遁墨离喜术炯诸属慰喇昼啤阳但烛号捷渺都妨柒军络胎滔坊潞匀承灰枢鸽牲挚今吞胆坪控浓定劳它咋艇娃稗缩轮叫掀甜五的誊蔽殖咀虹催滨呛胆峦窟享海婚局铁言惊狈隧吉慑拎迈惺提秽驻汛郭载糕北严磐刽寇芳抱咀婆狰遥石凭侯扮糟峪撕邀搅疙惠免发动机综合性能检测的基本内容及特点第一节 发动机综合性能检测的基本功能 发动机是汽车的动力源，是汽车的心脏，汽车的一些基本技术性能都直接或间接地与发动机的相关性能相联系。因此发动机综合性能的检测对整车性能的了解至关重要。 发动机综合性能检测与发动机台架试验不同，后者是发动机拆离汽车以测功机吸收发动机的输出功率对诸如功率和扭矩以及油耗和排放等最终性能指标进行定量测定，而发动机综合性能检测装置主要是在检测线上或汽车调试站内就车对发动机各系统的工作状态，如点火、喷油、电控系统和传感元件以及进排气系统和机械工作状态等的静态和动态参数进行分析，为发动机技术状态判断和故障诊断提供科学依据，有专家系统的发动机综合分析仪还具有故障自动判断功能，有排气分析选件的综合分析仪还能测定汽车排放指标。 以下简单概括发动机综合分析仪的基本功能: (1)无外载测功功能即加速测功法； (2)检测点火系统。初级与次级点火波形的采集与处理，平列波、并列波与重叠和重叠角的处理与显示，断电器闭合角和开启角，点火提前角的测定等； (3)机械和电控喷油过程各参数(压力、波形、喷油、脉宽、喷油提前角等)的测定； (4)进气歧管管真空度波形测定与分析； (5)各缸工作均匀性测定； (6)起动过程参数(电压、电流、转速)测定； (7)各缸压缩压力判断； (8)电控供油系统各传感器的参数测定； (9)万用表功能； (10)排气分析功能。 可见发动机综合分析仪是所有汽车检测设备中功能最多，检测项目和涉及系统最广的装置，因而它的结构也较复杂，技术含量也较高。事实上随着电子技术在汽车领域的飞速发展，原始的EFI（Electronic Fuel Injection)控制功能己延伸到汽车底盘和传动系的电子系统，成为控制面更广的电子管理系统EMS(Electronic Management System），现代研制的发动机综合分析仪的功能早已越出了发动机的范畴，增加了诸如:ABS (Anti-lock Brakesystern）、ASR(Acceleration Skid Response）等底盘系统的测试功能。因此对发动机综合分析仪的管理和操作人员在使用、保养方面的培训应倍加关注。 区别于解码器和一般的发动机单项性能的检测仪，发动机综合性能检测仪具有以下三大特点: (1)动态的测试功能 它的传感系统和信号采集与记忆存能迅速准确地捕获发动机各瞬变参数的时间函数曲线，这些动态参数才是对发动机进行有效判储系统断的科学依据。 (2)通用性测试过程不依据被检车辆的数据卡(即测试软件)；只针对基本结构和各系统的形式和工作原理进行测试，因此它的检测结果具有良好的普遍性，其检测方法同样也具有最广泛的通用性。 (3)主动性发动机综合检测仪不仅能适时采集发动机的动态参数，而且还能主动地发出指令干预发动机工作，以完成某些特定的试验程序，如断缸试验等等。第二节 发动机综合性能检测装置的基本组成 目前各主要工业国家的有关厂家开发的发动机综合性能检测装置，千差万别，形式各异。但就一台配置齐全、性能良好的检测仪而言，概括起来不外乎由信号提取系统、信息处理系统、采控显示系统三大部分组成，如框图 1所示。 图 2为发动机综合性能分析仪一般结构型式的外形图。 一、信号提取系统 信号提取系统的任务在于拾取汽车被测点的参数值，鉴于被测点的机械结构和参数性质不同，信号提取装置必须具有多种形式以适应不同的测试部位。图 3所示为大多数发动机综合性能分析仪的信号提取系统，图中显示这一系统是由一些不同形状的接插头或探头组成，以它们接触的形式不同可以分为四类。件1和4接蓄电池的正负极，件2和3接点火线圈初级的正负极，件9为万用表功能或测试各传感器时的接头，它可以再转接各类结构的探针以适应不同的测试点，如图 4所示，件10两个鳄鱼夹由一个分流器引出，用以测定发电机电流，以上各接头属于直接接触的一类。 第二类则是非接触式。电感式或电容式夹持器6和7分别钳于一缸点火线上和点火线圈高压线上以获得点火信号，件12实际上是一个电流互感器，夹持在蓄电瓶线上，可感应出起动电 流。因为高电压和强电流直接接触测量极为困难。以上都是对电量参数的提取，对于非电量参数就必须先经过某一类型的传感器将非电量转变成电量，这就是第三类，如件5电磁式TDC传感器提供上止点信号，频闪灯8可寻找点火提前角，压力传感器12可将进气管或喉管真空度转变成电量，而件13为一热敏电阻，可将机油温度和冷却水温度等参数转换为电压值。对于电控燃油喷射(EFI）发动机，因计算机计算喷油脉宽和自动控制过程的需要，各非电量已被植入各系统的传感器直接转换成电量，它们的提取可用件9通过不同的转接头来完成，但为工不中断计算机的控制功能，必须通过T形接头来提取信号，如图 5所示。 二、信号预处理系统 信号预处理系统也称前端处理器，俗称“黑盒子”，它是电控燃油喷射系统检测的关键部件，其作用相当手多路测试系统中的多功能二次仪表的集合，工作框图如图 6所示，可将发动机的所有传感信号(图示为20个)，经衰减、滤波、放大、整形，并将所有脉冲和数字信号直接输入CPU的高速输入端(HSI)，也可经F-V转换后变为0-5V或0-10V的直流模拟信号送入高速瞬变信号采集卡。 发动机上装配的传感器是发动机控制和判断发动机故障的关键部件，但其输出的电信号千差万别，不能被车载计算机或发动机分析仪的中央控制器直接使用，必须经过预处理转换成标准的数字信号后送入计算机。 车载传感器的输出信号从电子学角度分，无外乎模拟信号和频率信号两种，应采取不同的处理方法。 对于模拟信号，如温度传感器、压力传感器、节气门位置传感器等其幅值为0-5V，频率变化也比较缓慢，主要的处理手段是对其进行低通滤波和信号隔离。经低通滤波后的纯净低频信号再经过隔离装置送入A/D转换器，以消除模拟电路和数字电路的共地干扰。对于低频模拟信号的隔离多采用隔离放大器，即变压器隔离方式；也有先将模拟信号进行V-F转换，然后由光电隔离器再进行F-V转换的，但后一种方法多用于需远距离传输信号的场合。模拟信号中有一些幅值较小，如氧传感器为0-1V，废气分析仪的电气接口输出信号多为0-50 mV，这些信号若直接送入A/D转换器，由于不能充分利用A/D转换器的精度，转换精度很低，故需对其做放大处理。由于信号幅值的差异，故采用程控放大器，对不同的传感器输出信号由软件控制分配，以不同的放大倍数使输出信号幅值达到A/D转换器的全量程范围，以提高A/D转换器的精度。当然，这些信号经程控放大器放大以后，仍须经过低通滤波和信号隔离才能进行A/D转换，模拟信号中也有一些大幅值信号，如起动电压，对此须经过衰减以后再由低通滤波和隔离后方能进行A/D转换。模拟信号中也有一些信号如初次级点火信号、爆震信号、喷油脉冲、起动电流等，或具有较高的频率，或具有较高的电压、电流幅值，这些信号须特殊处理，如初次级点火信号由于线圈的自感和互感作用，其电压幅值可达30O V或3OKV，甚至更高，故须利用电压衰减器进行衰减后再进行后继处理，由于其频率很高(可达1MHz以上)，故须使用高速A/D转换器，才能保证转换后的信号不失真(即经数学处理后，准确复原信号)。对于起动电流其峰值可达200A以上，无法直接测量，须利用电流互感器转换成0-5V的电压信号再进行测量，车用爆震传感器和柴油机喷油压力传感器多用压电晶体作为敏感元件，其输出信号为电荷量，故须采用电荷放大器作为前级放大，且要从频率非常丰富的振动信号中准确提取有效信号，因而必须对其进行带通滤波。喷油脉冲在喷油器的电磁线圈断电瞬间也会由于自感作用而产生40V左右的振荡，对此可利用电阻分压器分压后再后继处理。 对于频率信号，如发动机的转速、判缸信号、车速信号等，由于多选用电磁式、霍尔效应式和光电式传感器，其输出信号本身即为数字脉冲，但由于传输过程中的衰减、交变电磁波辐射等原因，也易形成一定程度的失真，故需对其进行整形，这多用电压比较器或施密特触发器进行实现，整形后输出的标准数字脉冲，再经高速光电隔离器送入后继电路，以消除其干扰，提高系统的工作可靠性。 为了实现传感器的准确测量，不影响发动机的正常运转，进行信号提取时必须保证电路有足够高的输入阻抗，而且为了保证预处理系统的主板安全，对各路输出信号均采取了限幅措施。 三、采控与显示系统 台式和柜式发动机综合性能分析仪多采用14英寸彩色CRT显示器，手提便携式则用小型液晶显示器，现代分析仪都能醒目地显示操作菜单，实时显示当前动态参数和波形，十字光标可显示曲线任一点的数值，同时也可显示极限参数的数值，并配以色棒显示以示醒目，用户可任意设定显示范围和图形比例。 为捕捉喷油爆震等高频信号，采集卡一般具有高速采集功能，采样率可达1OMsps，量化精度不低于10Bit，并行2通道，有存储功能以供波形回取，锁定波形供观察分析或输出、打印之用。第三节 发动机动力性检测 汽车动力性的好坏，首先取决于发动机的动力性。在汽车使用和维修部门检测发动机的动力性时，通常不将发动机从汽车上拆下，而是采用就车检测法。一是检测单缸动力性，二是进行发动机无负载测功。 一、单缸动力性检测 所谓单缸动力性检测，就是用仪器判断发动机各缸的工作情况。在判断发动机各缸的工作情况时，长期以来延用一种人工方法即单缸断火试验法。这种方法是在发动机处于怠速时，分别将每个气缸断火，在发动机旁或排气管口处，察听单缸断火后，发动机由于功率下降引起转速下降而产生的声音变化。如果某一缸原来就不工作，将这缸断火后，发动机运转的声音不发生变化；哪一缸原来工作越好，断火后引起的声音变化就越明显。这种诊断方法简单直观，但需要有一定实践经验，而且不够准确。特别是发动机气缸数越多，单缸断火后转速下降越小，声音变化也越小，不容易听准。 检测仪器利用点火电压作为触发信号，能方便准确地测量发动机的转速。单缸断火以后，发动机转速下降值能准确地被仪器检测出来。这样就将传统的人工凭耳朵听察的断火试验方法加以量化了。另外，检测仪还可以实现自动地逐缸断火，来完成整个检测项目，不必将每个缸的高压线分别拔下。 用WFJ-1型发动机综合检测仪检测时，需要安装转速传感器、白金信号黑红鱼夹。调整化油器上的节气门调整螺钉，将发动机的转速稳定在1200r/min，键入操作码“14”，仪器会自动控制逐缸断火。同时屏幕上可以通过点火平列波形显示出逐缸断火的过程。当某一缸断火时，人耳听到的发动机声音的变化与打印出的检测结果是一致的。单缸断火时，四冲程发动机转速下降值一般应在表所示的范围内，且各缸转速下降值相差不应超过25%。 单缸断火时发动机的转速下降值 发动机气缸数转速下降值（r/min）转速下降率（%）4144-168或更高12-14696-108或更高8-9 除了可以使用WFJ-1型发动机综合检测仪检测单缸动力性以外，凡是能够测量发动机转速的仪器，都可以用来进行这个项目的检测。有些仪器不能自动逐缸断火，仍需要人工逐个将各缸的高压线拔下断火。只是用转速下降值代替了人耳察听声音的变化进行诊断。 二、发动机无外载测功 发动机输出的有效功率和有效转矩，是评价发动机动力性的指标。在汽车使用说明书上，一般都标明发动机的额定功率、额定转矩和最低燃料消耗率。这三项指标是在电力测功器或水利测功器上，在节气门全开的情况下，对发动机的曲轴施加一定载荷，在转速稳定时测出的数值。这种测功方法属于稳态测功。 在汽车使用和维修部门通常使用动态测功的方法，即发动机在节气门开度和转速均为变动的情况下测定其功率，并且不给发动机施加外部载荷，发动机只以它自身运动部件的惯性力矩为负载，因此又称为无外载测功。 稳态测功精度高，但使用的设备价格高，操作复杂。需要将发动机从汽车上拆下来，不适于不解体检测。无外载测功正好相反，它无需专门的试验台架，就车测试，设备简单，操作方便。但后者精度较差，并且对于大多数车型无法直接测出功率。 1、无外载测功的原理 无外载测功是基于动力学原理的一种测功方法。当发动机与传动系脱开，并将发动机的节气门从怠速位置急速全开时，发动机将克服本身的惯性力矩，迅速加速到空载最大转速。对某一型号的发动机，其运动件的转动惯量可以认为是一个定值，因此，只要测出发动机在指定转速范围内急加速时的平均加速度，或测量某一转速时的瞬时加速度，就可以确定发动机输出功率的大小。无外载测功的仪器按测功原理可分为两类，一类是用测定加速时间的方法测定平均功率，另一类是用测定瞬时角加速度的方法测定瞬时功率。 2、测试方法 为了提高无外载测功机的测试精度，必须从操作方法和被测车辆的准备工作着手，首先加速踏板踏下的速度和力度要均匀，且要求重复性良好，为此该项测试必须由经过专门训练的专职人员操作。为避免操作上的主观误差，须取三次测试结果的平均值，若有飞点必须剔除。 被测车辆与加速能力有关的机构必须处于正确技术状态，尤其是供油系统的踏板拉线、油门摇臂等机构的间隙对发动机的加速过程影响极大，在测试前必须设法消除上述各连接处的不当间隙与松紧度，但不允许调整原车化油器的加速泵位置和柴油机的调整机构。惯性系数K值的确定，对无外载测功至关重要，K值的内涵已完全超出发动机的转动惯量已如前述。仪器生产厂家提供的某些车型的K值多为发动机台架试验的总功率试验状态，即不带空气滤清器、冷却风扇和排气消音器，显然这一K值不能为检测站对汽车进行就车检测之用。因此，检测站测试必须使用有关使用部门提供的就车试验K值，即是同一机型也要注意是否有特殊的附件，如空调、转向助力泵、风扇的驱动方式等等，也就是说，对同一底盘的各类改装车，K值的选取必须慎重。 对于新型或初次试验的车型必须经过大量试验，并与出厂指标和台架试验对比后形成一个具有代表性的统计值作为该车型的K值。 为避免迅猛加速过程操作上的误差而引起的数据离散，可将节气门事先开至最大，然后打开点火开关，发动机即启动并自由加速。为使测试数据尽量准确并不伤害发动机，试验前必须充分暖车使冷却系统预热到正常温度。 必须说明的是上述无外载测功的理论依据在机理上尚需斟酌，首先这一方法所测得的是发动机的加速性能，仅仅是动力性的一个侧面，而不是全部，众所周知，功率指标高的发动机其加速性能不一定优良。 但因无外载测功法简单易行，在没有测功设备或勿须严格要求最终测试结果的情况下，例如作为同一台发动机调整前后或维修前后的质量判断，这是十分有效的。 第四节 点火系统检测与波形分析 一、点火系检测 在汽油机各系统中点火系对发动机的性能影响最大，统计数字表明有将近一半的故障是因为电气系统工作不良而引起的，因此发动机性能检测往往从点火系统开始。 首先使用先进电子技术的当属点火系统，而形式结构和工作原理更新最快的也非点火系统莫属。现用点火系统大体分为以下4类；它们在检测时的接线有所不同，必须区别对待: 1、由电磁、红外或霍尔元器件构成的非接触式断电器组成的点火系统称为无触点点火器，其放大电路又分晶体管电路和电容放电电路两种。 2、ECU(Electronic Control Unit)控制的点火系由ECU中的微处理器根据曲轴转角传感器的信号确定点火时刻，因而它没有断电器，只有分电器，根据ECU送来的信号直接控制点火线圈初级电路的通断。 3、无分电器点火系统(Distributor-Less Ignition)是当前最先进的点火系统，曲轴传感器送来的不仅有点火时刻信号，而且还有气缸识别信号，从而使点火系统能向指定的汽缸在指定的时刻送去点火信号，这就要求每缸配有独立的点火线圈，但如果是六缸机则1，6缸、2，5缸和3，4缸分别共用一个点火线圈，即共有三个点火线圈，显然每一个点火线圈点火时，总有一个缸是空点火，检测时应注意到这一点。 无触点点火系统能使用低阻抗电感线圈，从而大幅度提高初级电流，使次级电压高达30kV以上，增强点火能量以提高点燃稀混合气的能力，在改善燃料经济性的同时也降低排气污染。无分电器点火系统完全是电子器件而无机械运动部件，彻底解决了凸轮和轴承磨损以及触点烧蚀间隙失调而引起的一系列故障。 检测点火系首先将信号提取系统连接到发动机电路上，图 7是机械点火系统和晶体管点火系统信号提取接头的连接方法，图 8是电容放电式点火系统的信号提取接头连接方法。 无分电器点火系统是将高压通过独立式点火线圈直接送向火花塞，当高压感应夹难以找到可夹持的位置时，可用一种专用感应夹具夹持于独立式点火线圈上以感应出高压信号，如图 9所示。 二、点火波形分析 1.触点式点火系波形 在发动机综合性能分析仪的操作面板上按菜单选择和确认按钮(参见图 2)，使采控系统进入波形显示状态，选择当时即可得到点火波形如图 10所示(具体的操作步骤需按所用仪器的使用说明书进行)。图示为触点式点火系统的正常点火波形，上面为次级波，下面为初级波。图中A为触点开启段；B为触点闭合段，为点火线圈的充磁区。 (1)触点开启点:点火线圈一次回路切断，次级电压被感应急剧上升； (2)点火电压:次级线圈电压克服高压线阻尼、断电器间隙和火花塞间隙而释放充磁能量，1-2段为击穿电压； (3)火花电压:为电容放电电压； (4)点火电压脉冲:为充电、放电段； (5)火花线:电感放电过程，即点火线圈的互感电压能维持二次回路导通； (6)触点闭合:电流流入初级线圈，因初级线圈的互感而产生振荡。 a.在火花持续期内因磁感应而在初级线路上产生电压振荡； b.火花期后，剩余的磁场能量产生的衰减振荡； c.初级线圈的闭锁段。 从这一波形图上我们可以清晰地看到断电器触点闭合角、开起角以及击穿电压和火花电压的幅值，并可以测试到火花的延迟期和两次振荡过程。对于无故障点火系统，触点闭合角为全周期的45%-50%(四缸机)或63%-70%(六缸机)，八缸机约为64%-71%，击穿电压超过15kv，火花电压9kV左右，火花时间大于0.8ms。当这些数值或波形异常时，就意味着故障的出现或系统需要调整。 2.无触点点火系波形 图 11为无触点的电子点火系统的正常点火波形，与有触点者相比，因其初级电路的通断不是机械触点的合与开，而是晶体管的导通持续期内初级电压没有明显的振荡，而充磁过程中因限流作用电压有所升高，这一变动因点火线圈的感应引起次级电压线相应的波动(图中点2所示)，这是无触点点火波形的正常现象，检测时需注意这一点。3.无分电器点火系统 波形无分电器点火系统中两缸共用一分点火线圈将会发生一个缸在循环中点火两次，一次在压缩过程末期图 12中(a)所示，是有效点火，该工况下因气缸的充量为新鲜可燃混合气的电离程度低，因此击穿电压和火花电压较高；另一次是在排气过程末期图 12中(b)所示，是无效点火，该工况下因气缸内为燃烧废气，电离程度高，因而击穿电压及火花电压较低，检测时应加以区分。三、点火波形的各种组合 当气缸点火波形采集完成后，检测分析仪采控系统计算机软件将捕获的点火波形进行不同类别的排列与组合，以供检测人员快捷而准确地判断故障的成因。 1.平列波 按点火次序将各缸点火波形首尾相联排成一字形，称为平列波，图 13所示为一四缸发动机的平列波形，其作用主要用以分析次级电压的故障，各缸次级击穿电压是否均衡，火花电压是否有差异，在平列波形图上一目了然。 2.并列波 如将各缸的点火波形始点对齐而由下而上按点火次序排列就形成并列波，如图 14所示为一个四缸发动机的初级电压并列波形。这一波形图可以看到各缸直列波的全貌，分析各缸闭合角和开起角以及各缸火花塞的工作状态十分方便。如使用TDC传感器或频闪灯将上止点信号标于一缸电压波形上则可以检测到点火提前角。 3.重叠波 将各缸的点火波形起始点对齐，全部重叠在一个水平位置上称为重叠波，如图 15所示。如果触点式点火系统的分电器凸轮磨损不均匀或凸轮轴磨损严重将会造成波形重叠不良，一般重叠角不能超过周期的5%。 四、点火系统的加载调试 大多数情况下运行不正常的汽车并非因零部件损坏而引起故障，而是汽车某些系统没有达到或在使用过程中失去了正确的调整状态，其中尤以点火系统最为突出，因此在故障分析之前进行点火系的正确调整是十分重要的。 首先利用图 14所示的并列波，测定各缸闭合角和点火提前角是否正常，六缸发动机和断电器凸轮角为60，闭合角标准值为38-42，四缸机的凸轮角为90，闭合角为40-45，八缸机凸轮角为45，闭合角标准值为29-32。如这一角度过大则说明机械触点间隙太小，反之当闭合角过小则说明触点间隙太大，这时必须重新调整间隙以使闭合角达到标准值。 无触点的晶体管点火系当闭合角线段不正常时也需调整点火信号的触发部件，如磁电式传感器的凸齿与传感铁芯的间隙需调整到0.2-0.4mm，具体调整值要视各车型而定。点火提前角是影响发动机动力性、经济性乃至排放指标的重要参数，利用并列波上第一缸的上止点标志可以清楚查看到各缸的点火提前角，也可以用图 3件8所示的频闪灯对准曲轴飞轮上的第一缸上止点记号处，调整频闪灯上的电位2(图 16)使闪光相位前后移动直到曲轴飞轮上的标记对准飞轮壳上的记号，仪表即会显示第一缸的点火提前角。 上面所测得的点火提前角为总提前角，它由负荷提前值和转速提前值组成，对于机械触点式点火系统即为真空提前量和离心提前量，测量时拆去真空管路即为离心提前量，两者之差就是离心提前量。但在怠速工况下真空和离心提前量无法独立测定，给发动机的检测带来诸多不定因素。为了使这两参数能不互相干扰的独立调整，例如要求在定转速下改变负荷，就需要对发动机进行加载，也就是说汽车必须在底盘测功机上进行加载调试，如图 17所示，加载时一般负荷率为40%-70%，车速为经济车速。只有这样才能得知在不同转速和各种负荷下，转速提前量和负荷提前量的数值和动态变化历程是否正常。 电子点火系统，尤其是无分电器的直接点火系统转速提前量和负荷提前量由微处理器根据发动机转速传感器和节气门位置传感器，还有转速、进气真空度、凸轮位置、水温等信号，从预先贮存在RAM的数据中选定最佳点火提前角，再由微处理器向电子点火器发出指令送向各缸的点火线圈。这一系统各部件不可调整，但也须经上述检测确定故障是微处理器损坏还是传感器失效。五、故障波形分析 造成故障波形的原因很多，现场测得的故障波形也十分复杂，以下只就一些较常见的典型故障波形进行简略分析。 1.初级电压分析 根据发动机综合分析仪所采集到的各类故障初级电压波形，可以分析点火系断电电路有关电气元件和机械装置的状态，为断电电路的调整和维修提供可靠的依据，以避免盲目拆卸。 图 18所示波形在触点开启点出现大量杂波，显然是触点严重烧蚀而造成的，打磨触点或更换断电器即可证实。 图 19的初级电压波形在火花期间的衰减周期数明显减少，幅值也变低，显然是电器漏电造成的。 图 20所示波形在触点闭合阶段有意外的跳动，造成这种现象的原因是触点因弹簧力不足引起不规则跳动。 图 21所示曲线的充磁期即触点闭合角太小，一般由触点间隙过大造成。 如果触点接地不良就会引起低压波水平部分的大面积杂波，如图 22所示。 图 23为电子点火系统的低压故障波形，对比图 12所示之正常波形，在充磁阶段电压没有上升，说明电路的限流作用失效，无分电器点火系统无元件可调整，当这一波形严重失常时只能逐个更换诸如点火线圈、点火器、点火信号发生器和凸轮位置传感器等，找出故障器件或模块。 2.次级波形分析 在测试图 13所示的平列波时，正常情况下各缸击穿电压约为10-2OKV，各缸差别应不超过2kV，为了初步检测高压线路，简单易行的方法是首先逐个将各缸火花塞接地，例第3缸火花塞短路的平列波如图 24所示。正常情况下第3缸击穿电压应不小于5kV，否则说明该缸高压系统接地或绝缘不良。 如果将第3缸的高压线取下使之开路，正常情况下该缸击穿电压应超过1OKV，如图 25所示，如果明显高于这一值则表明高压系统元件如高压线、点火线圈有开路现象，有时低压系统电容器严重漏电也会出现这一情况。 上面分析的初级故障波形必将在次级波形上有所反映，另外，二次波形还受火花塞、燃烧过程、混合气成分、发动机热状态、点火线圈等等的影响，情况较为复杂。以下列举出大量实测的二次故障波形，因导致故障的因素是多方面的，图 26故障解释只是故障成因的主要侧面。 第五节 电控喷油信号的加载检测 为测取电控喷油系统的喷油电压脉冲信号，可拆开喷油器电路插头，中间接入一专用T字形接头，其一端接原喷油器，另一端接原电路插头，中间引出端接分析仪的信号提取系统的信号探针，如图 27所示。该T字形接头有两种形式，左图为直接插头引出式，右图为鳄鱼夹引出式，可供多种传感器信号的引出之用。 因为燃油压力由调节器严格控制使其与进气歧管压力之差为250kPa，从喷油器喷出的燃油只取决于喷油器的开启时间，而这一时间是由微处理器向喷油器电磁线圈发出的指令时间来控制的。 图 28为仪表所采集到的喷油器电压信号波形，图中1为喷油器关闭时的信号；2为ECU喷油信号到来时刻，开始喷油(暂不考虑喷油器针阀的惯性迟滞)；3为针阀全开提供发动机的基本喷油量，时间约为0.8-1.1ms，这一时间由ECU根据空气流量传感器及水温、气温、气压等信号计算出来；4是基本供油电压停止，喷油器线圈的自感而产生脉冲，幅值约为35V；5为加浓补偿量，它由转速、节气门开度、温度、进气歧管压力等传感器提供的电量经ECU计算出大负荷(满载加浓)、加速或急减速(强制怠速)、暖机、超温、大气修正等信息对供油时间进行修正，这一段的脉宽约厚1.2-2.5ms；6与4类同，为断电时的自感脉冲，幅值约为30V。 发动机在怠速工况检测时，其总喷油脉宽变化甚微，无法判断ECU的加浓补偿功能是否工作，因此有效的检测方法是对汽车运行工况加载，即在底盘测功机上运行，吸收其底盘输出功率使发动机在载荷工况下工作。从而可以有效的对上述ECU的补偿功能进行检测，这样才能对电控喷油系统的控制作用作出正确的判断。第六节 进气歧管真空波形测试 往复式活塞发动机的进气过程是间歇的，这必然引起进气压力的脉动，可以想象进气歧管真空波形中必然隐含着丰富的与进排气有关机构的性能信息，如配气机构、气阀与活塞环等密封元件的参数变化，这必然会反映到进气歧管波形上，这样我们可以通过分析这一波形的办法实现本应拆卸发动机才能解决的问题，实现不解体检测。对于D型电控燃油喷射系统，进气压力还是计算机计量喷油量的重要参数。 为了避免干扰EFI系统电脑的工作，在测定进气歧管真空波形时都在进气歧管上装一个专用传感器，如图 29所示(参见图 3的件12) 图中管2接进气歧管，管3接大气，接头1接分析仪的信号提取系统。 图 30是四缸发动机进气歧管真空度的正常波形，按照发火次序l-3-4-2，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态正常。 图 31是一个四缸发动机不正常的进气歧管真空波形，图中显示第三缸真空度明显下降，而第三缸进气过程正是第四缸的排气过程，显然可以判断第四缸进气门密封不良将废气推向进气管而导致进气管真空度下降。 图 32所示的不正常波形为第二缸进气管真空度波形，气缸进气过程进气歧管真空度特别低，显然是该缸进气歧管空气流量下降所致，一般原因是气门挺杆磨损所造成。 图 33的异常波形表明第四缸进气真空度下降，大多数情况是排气门密封不严，使一部分排气管的废气窜入汽缸而使进气管的空气流量下降所致。 除此之外，利用进气歧管真空波形还能分析凸轮轴的磨损情况、正时齿轮工作状态以及活塞的磨损情况等等。第七节 各缸压缩压力判断 发动机气缸压缩压力不仅是其工作循环中重要的热力学参数，也是气阀和活塞环密封性是否优良的指标。在发动机不解体检验过程中还不能使用缸压表测试这一参数，如果不是为了苛求这一指标的具体数值而只是做一粗略的估计，或者是只对各缸压缩压力是否均衡进行判断，那么测定发动机不点火的空转启动电机电流波形就可达到这一目的。 为达到这一目的，只要将图 3的件11电流互感钳夹于电瓶负极线上，如图 34所示，打开分析仪，选择示波功能，选取缸压菜单，在CRT上即可观察到如图 35的曲线，各缸压缩压力峰值的相对差别的允许值应满足所测发动机使用说明书的要求。 第八节 各缸工作均匀性判断 当发动机以某一稳定怠速运行时，其指示功率与该转速下的自身功耗平衡，当停止其中一个缸的工作时，总指示功率减小，发动机转速随即下降以寻求新的平衡点，如果发动机各缸工作能力均衡，则各缸轮换停止工作时转速下降的幅值应基本相等，反之将产生差异，这就是断缸试验法。断缸试验时的信号提取系统的接线与图 7所示相同，分析仪的断缸试验菜单启动后，计算机会发出指令，逐个将点火线圈的初级短路使各缸依次断火，计算机即自动计算各缸转速下降百分比与转速下降值，并在CRT上显示如图 36所示，在图面下部还显示出不断缸时怠速转速值，图中气缸号是断火次序，如果被测发动机的点火次序为1、3、4、2，则说明第二缸动力性不足，因为第二缸断火后转速只下降26r/min，下降率为3%，相比之下第四缸动力性良好，熄火后转速下降最多达97r/mir。 一般情况下发动机的气缸数越多，则单缸指示功率占总指示功率的比率越少，加之缸多且工作均匀性良好，所以单缸熄火后转速下降较小。也就是说气缸数越多，用断缸法判断各缸工作性能的难度就越大，仪器测试的误差也就越大，这一点使用者应倍加关注。 断缸法对点火系的故障较为敏感，如果怀疑有活塞组和配气机构的故障，则须配合检测缸压等手段才能得到正确的诊断结果。柴油机喷油压力波形检测 柴油的自燃点比汽油约低200，可以在压缩行程末期喷入汽缸自行着火燃烧。因此柴油机供油系并无电量可采集。这是柴油机检测的难点之一。发动机综合性能分析仪在检测柴油机的供油系时，首先要将非电量的供油压力转变成电量，在不解体检验作业中，只能用外卡式传感器。它以一定的预紧力卡夹在喷油泵与喷嘴之间的高压油管上，如图 37所示，油管在高压油脉冲的作用下产生微小膨胀，挤压外卡式传感器内的压电传感元件，产生压电电荷，经分析仪中的电荷放大器放大后供采控系统分析。 高压柴油在喷油泵出口到喷油嘴的油管沿程以波动方式传播，即在同一瞬间喷油泵端的压力和喷油嘴端的压力是不同的，图 38为实测到的喷油泵出口压力波和喷油嘴端压力波。当喷油泵柱塞上升开始关闭进油孔时，高压油管的压力上升，当超过剩余压力Pr时，燃油即进入高压油管，当油压继续上升达喷油嘴的针阀开启压力Po时针阀开启，开始向燃烧室喷油。所以喷油嘴实际喷油开始点落后于喷油泵的供油开始点，这一段时间差称喷油延迟。由于延迟必将导致实际喷油提前角较几何供油提前角要小，提高针阀开启压力Po和增加油管总容积都使这一延迟加长，为使各缸供油提前角均衡，各缸高压油管都是等长度的。针阀打开的瞬时因容积的增大和部分油进入气缸，喷油嘴端的压力微降。但因柱塞的继续上升，喷油泵端的压力继续上升直到喷油泵回油孔打开，泵端压力速降。但喷油嘴端的压力因高压油管的弹性收缩使压力下降缓慢，这一压力一直下降到低于喷油嘴针阀的落座压力Ps时，喷油才告终止。这是正常压力波。当油管中的压力波激起针阀的振动或压力波在高压油管两端的反射波过大时会引起不规则喷射或两次喷射等不正常现象。 1.上止点(TDC)传感器的安装 上止点的确定对分析喷油压力波形至关重要，因此在测取压力波前必须正确安装调试TDC传感器，以供分析仪录取所测发动机的上止点信号。 厂家提供的TDC传感器有两种结构形式，即磁电式和光学式两种。因光学式精度高，在整个转速范围内分辨率均匀，且安装方便，因此近年来为厂家首选型式，以下以光学TDC传感器为例简述其安装方法。首先将随机提供的反光片(10-15mm宽)贴于飞轮或皮带轮上(视被测车结构而定)，有的车型其皮带轮与扭转减震器为一体，即必须贴于扭转减震器外壳上，注意反光片贴于上止点记号之后方(以旋转方向为前)，反光片前缘对准TDC记号，如图 39所示，以专用夹持器将光学传感器安置于发动机相应位置，并使其光束对准反光片，光束距离不要超过50cm。为使上止点信号的提取不受发动机震动的影响，TDC传感器不能安装在汽车底盘或车身上。 2.喷油提前角测定 待夹持式油压传感器和TDC传感器安装就位后，并使柴油机暖机达到正常温度，激活分析仪的喷油提前角测试功能。为减小测试的随机误差，提高检测精度，仪器都设计有多个循环测试结果取平均值的功能。因此试验前须设定平均循环数，例如选取8个循环平均值，稍等片刻，CRT即显示所测转速下的喷油提前角值。如图 40所示，并同时显示平均循环数，有的仪器还同时显示参数的模拟量以示醒目。 仪器可测得喷油提前角随转速变化的曲线，如图 41所示。移动曲线上的标尺，选取不同转速下的提前角值，并显示于CRT上部。 如果不安装TDC传感器，也可用频闪灯测定喷油提前角。方法如同前述频闪灯测量汽油机点火提前角，其接线如图 42所示，调节频闪灯的电位器，改变闪光脉冲相位直至飞轮(或皮带轮)上止点记号在闪光的照耀下清晰可见，这时CRT上显示的即为该转速下的喷油提前角。 3.供油压力波 如果测试系统连接上多通道夹持式压力传感器，我们可以采集到多缸柴油机的各缸供油压力波形，并通过信息处理软件如同汽油机点火波形一样组合成平列波、并列波和重叠波形，如图43、图44、图45所示。但因传感器压电特性和高压油管弹性的差异以及夹持式传感器安装过程的随机误差，使各缸供油压力信号的采集差别比各缸点火信号采集差别要大，从而导致根据这些图形分析各缸供油一致性的推理可信度下降。 4.故障喷油压力波的加载分析 喷油压力波与点火波形不同，后者几乎与发动机的负荷无关，而前者正是柴油机的负荷调节方式，因此要正确分析供油压力波，就必须使发动机在有载荷的工况下运行。对于整车调试只能在底盘测功机上吸收汽车底盘输出功率，如图 17所示。为了使采集的信号能准确地反映喷油器的工作状态，夹持式传感器应装卡在喷油器进口端。 在分析供油压力波时，我们推荐以下几个特征点来判断故障状态： (1)喷油器开启前的压力上升； (2)喷油器开启时刻与压力值； (3)喷油器开启后的压力变化特性； (4)喷油延迟时期； (5)喷油器关闭时刻与压力变化； (6)压力反射波幅值； (7)两次喷射。 波形分析如下： (1)喷油器积炭，图 46的虚线为故障波，实线为正常波，相比之下故障波因喷油器积炭而减小了通道截面，使喷油器开启后的压力上升出现尖峰，喷油持续时间加长。 (2)喷油器针阀开启状态卡死，故障曲线上无开启和关闭信号(如图 47)，压力建立不起来，这是喷油器最大也最易于检测的故障。 (3)喷油器滴漏，所形成的波形如图 48示，曲线压力上升平缓，喷油延迟期缩短，无明显的喷油器针阀关闭时刻，钩状的光滑曲线是典型的滴漏现象所造成的。 (4)喷油压力过低，所形成的波形如图 49所示，喷油压力在针阀开启和关闭时都较低，且喷油持续时间过长，这时须调整针阀压力。 (5)针阀开启压力过高，所形成的波形如图 50所示，剩余压力升高，开始喷油时刻推迟，反射波幅加大，其结果是喷油率下降，喷油压力峰值的增高可能损坏喷油泵。 5.故障供油压力波的加载分析 如果将夹持式传感器移至喷油泵出口端，我们可采集到反映喷油泵性能的压力波信息。 (1)出油阀密封不良，所形成的波形如图 51所示，故障曲线在针阀关闭后剩余压力下降，并造成压力的上升和下降曲线变化平坦，因为剩余压力降低而显得与压力峰值之间的差值变大。 (2)出油阀磨损，造成高压油管内剩余压力上升(图 52)，喷油持续时间加长，同时出现两次喷射(注意反射压力波幅已达喷油压力幅值，促使喷油器针阀两次开启)，这时常伴有排气冒烟现象。 (3)高压油泵柱塞磨损，压力波曲线出现如图 53所示的喷油开始时刻推迟，喷油压力峰值和喷油持续期明显下降。 6.怠速稳定性检测 柴油机扭矩特性曲线平直，属于硬特性，转速平稳性远不如汽油机，怠速工况更为严重，因此柴油机供油系毫无例外都装有不同形式的调速器以稳定其转速。 夹持式压力传感器所采集的油压信号同时也是柴油机的转速脉冲信号。测试时应使柴油机充分暖车。激活分析仪的转速分析功能，仪器将自动采集32个循环并统计出平均转速、最高转速、最低转速和起动转速等参数，并显示于CRT上，如图 54所示。 空气流量传感器的检测 电控燃油喷射系统的空气流量传感器信号是计算机计量喷油量的主要参数，因而这一信号的检测就显得特别重要。空气流量传感器分为叶板式、