汽车发动机性能检测分析.doc

论文题目：汽车发动机性能检测分析摘 要汽车在使用过程中，其技术状况将随着行驶里程的延长而逐步变差，致使动力性下降，经济性变差，可靠性降低，安全性不良和公害严重。为减缓汽车在使用过程中性能的下降速度，延长其使用寿命，除了改善使用条件、使用方法外，还应重视汽车技术状况变化的研究，症状变化规律，对汽车进行及时诊断和检测，从而有针对性地进行维护和修理。对汽车实行定期和不定期综合性能检测的目的是在不解体的情况下，确定运行车辆的工作能力和技术状况，查明故障或隐患的部位和原因，对维修车辆实行质量监督，建立质量监控体系，确保车辆在安全性、可靠性、动力性、经济性、噪声和废气排放等方面具有良好的技术状况，这是实行“视情修理”制度的前提和保障。发动机性能直接影响到汽车的动力性、经济性和排放等性能，发动机综合性能检测是汽车检测和维修的重要工作。本文以某种发动机综合性能计算机检测系统为例，介绍了发动机综合性能计算机检测系统的基本组成、汽油机和柴油机的主要检测项目、电控发动机故障诊断等功能及其特点，该系统很适合我国的常用车型及修理人员的技术水平。关键词：发动机，综合性能，检测，分析AbstractAutomobile is in use process, its technical status will be as trip mileage of extended and gradually becomes poor, cause performance lowers, economy becomes poor, reliability, safety of malnutrition and reduce pollution is serious. To slowing auto in use process performance of decreasing speed and prolong the service life of, in addition to improve conditions of use, use method outside, attention should also be paid to automotive technical developments in research, the symptoms change regularity, the car timely diagnosis and testing, then pertinently maintenance and repair. For car execute regularly or regular comprehensive performance testing aims at non-dismatiement circumstances, to determine operational vehicle work ability and technical status, find out the hidden dangers of fault or causes and sites, to implement repair vehicles quality supervision, establish quality monitoring system, ensure vehicles in safety, reliability, performance, fuel consumption, noise and emission wait for a respect to have good technical condition, this is to implement the visual feeling repair system prerequisite and the guarantee. Engine performance directly affect the car performance, fuel consumption and emissions, such as performance, engine performance integrated detection is car testing and servicing of the important work. Based on some engine performance integrated computer detecting system as an example, this paper introduces the engine performance integrated computer detecting system of diesel engine and basic composition, the main project detection, electronic-controlled engine malfunction diagnosis function and its characteristics, this system is very suitable for our common models and repair personnels technical level. Keywords: engine, comprehensive performance, testing, analysis 目 录1 前言12 发动机的构造及功用12.1 配气机构12.2 燃油供给系统12.3 曲柄连杆机构22.4 点火系统22.5 润滑系统22.6 冷却系统23 发动机的测试33.1 汽油机动力检测33.2 起动系检测43.3 白金检测43.4 汽油机配气相位检测43.5 检测结果综合分析54 发动机综合性能检测系统54.1 基本组成54.1.1 信号提取系统54.1.2 信号处理系统54.1.3 计算机测控与显示系统74.2 发动机分析仪的功能74.2.1 发动机分析仪主菜单74.2.2 汽油机主要检测项目74.2.3 柴油机主要检测项目84.2.4 示波器检测项目84.2.5 电喷发动机故障诊断84.3 系统特点95 发动机气门的检测与分析95.1 气门与气门座引起的漏气105.2 气门导管引起气门漏气105.3 气门弹簧引起的气门漏气105.4 气门弹簧座、锁夹引起的气门漏气115.5 气门和减压间隙过小116 总结11参考文献12致 谢131 前言发动机是汽车的心脏，是汽车动力的来源。发动机技术状况的好坏直接影响到汽车的动力性、经济性和排放等性能指标，因而发动机综合性能的检测也越来越成为汽车检测和维修的重点，发动机综合性能计算机检测系统正是进行发动机综合性能检测的仪器。目前生产该类仪器的厂家较多，主要有深圳元征、西安凌翔、石家庄华燕、济南电子六厂等，进口品牌主要有NUMAN、BOSCH和BEAR等)尽管各种品牌的产品有一定的差别，但测试原理基本一样，都是基于微机的计算机测控系统。本文以我们使用过的产品中效果较好的为例，介绍发动机综合性能计算机检测系统。2 发动机的构造及功用我们知道，汽车的总体构造分为发动机、底盘、车身、电气设备四部分，接下来我们将会系统的一一介绍给大家。最初带给大家的就是汽车的心脏发动机。感兴趣的朋友们不妨一起了解下。我们最常见的两种发动机为汽油发动机和柴油发动机，一般而言，汽油机由两大机构和五大系统组成，即曲柄连杆机构，配气机构、燃料供给系统、润滑系统、冷却系统、点火系统和起动系统组成；柴油机两大机构和四大系统组成，即由曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系统、润滑系统、冷却系统和起动系统组成，柴油机是压燃的，不需要点火系统。下面就来简单的认识下这几个部分。2.1 配气机构一般汽车的发动机都采用气门式配气机构，其功用是按照发动机的工作顺序和工作循环的要求，定时开启和关闭各缸的进、排气门，使新气进入气缸，废气从气缸排出。气门式配气机构由气门组和气门传动组两部分组成，每组的零件组成则与气门的位置、凸轮轴的位置和气门驱动形式等有关。现代汽车发动机均采用顶置气门，即进、排气门置于气缸盖内，倒挂在气缸顶上。2.2 燃油供给系统正如名字所示，这套系统就是指用来供给可燃混合气的装置。当然由于燃料的不同，供给方式会有所不同。例如汽油供给是根据发动机的要求，配制出一定数量和浓度的混合气，供入气缸，并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去；而柴油供给是根据发动机的要求，配制出一定数量和浓度的混合气，供入气缸，并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去。2.3 曲柄连杆机构曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件。曲柄连杆机构的主要零件可以分为三组，机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组。我们知道发动机共有进气、压缩、做功、排气四个行程，在做功行程中，曲柄连杆机构将活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，对外输出动力，而在其他三个行程中，由于惯性作用又把曲轴的旋转运动转变成活塞的往复直线运动。总的来说曲柄连杆机构是发动机借以产生并传递动力的机构。通过它把燃料燃烧后发出的热能转变为机械能。2.4 点火系统这是汽油发动机比柴油发动机多出的一套系统，气缸在压缩行程将要结束的时候，即将进入的就是做功行程。这时候就需要有一个点火系统来适时、准确、可靠的点燃已经配好的可燃混合燃料，使发动机作功。2.5 润滑系统我们知道发动机工作时，各运动零件均以一定的力作用在另一个零件上，并且发生高速的相对运动，有了相对运动，零件表面必然要产生摩擦，加速磨损。因此，为了减轻磨损，减小摩擦阻力，延长使用寿命，发动机上都必须有润滑系统。润滑系统的功用就是在发动机工作时连续不断地把数量足够、温度适当的洁净机油输送到全部传动件的摩擦表面，并在摩擦表面之间形成油膜，实现液体摩擦，从而减小摩擦阻力、降低功率消耗、减轻机件磨损，以达到提高发动机工作可靠性和耐久性的目的。润滑方式有压力润滑、飞溅润滑、润滑脂润滑三种方式。2.6 冷却系统冷却系的主要功用是把受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。冷却系按照冷却介质不同可以分为风冷和水冷，如果把发动机中高温零件的热量直接散入大气而进行冷却的装置称为风冷系。而把这些热量先传给冷却水，然后再散入大气而进行冷却的装置称为水冷系。由于水冷系冷却均匀，效果好，而且发动机运转噪音小，目前汽车发动机上广泛采用的是水冷系。为了使静止的发动机进入工作状态，必须先用外力转动发动机曲轴，使活塞开始上下运动，气缸内吸入可燃混合气，然后依次进入后续的工作循环。而依靠的这个外力系统就是启动系统。目前几乎所有的汽车发动机都采用电力起动机启动。当电动机轴上的驱动齿轮与发动机飞轮周缘上的环齿啮合时，电动机旋转时产生的电磁转矩通过飞轮传递给发动机的曲轴，使发动机起动。电力起动机简称起动机。它以蓄电池为电源，结构简单、操作方便、起动迅速可靠。3 发动机的测试发动机是汽车行驶的动力来源，它结构复杂零件多、工作条件恶劣，因此在运行中故障最多，应当作为检测的重点。发动机的测试可分为总诊断和局部诊断。总诊断用来评定发动机总的技术状态，局部诊断是查找故障、失效的部位和原因。发动机的有效功率是曲轴对外输出的净功率，是发动机的功能诊断参数，是一综合性评价指标。由该指标可以定性地判断发动机的技术状况，并定量地获得发动机的动力性。发动机的有效功率可在维修前后进行测量和对比，借以评价汽车维修质量，以下是一检测实例。3.1 汽油机动力检测被检车为上海产LX型桑塔纳，发动机排量1.8L，型号JV，化油器为KEIHIN型双腔分动下吸式，手动阻风门，附空调怠速稳定装置，触点式分电器，最大功率66kw，怠速为900r/min，行驶里程5万6千公里。测前应调整发动机的配气机构、供油系、点火系，使之处于技术完好状态，以保证测试数据可靠，从而作出准确的判断。先把待检轿车停在检测车位，再将综合检测仪QFC-5D按要求接好，并把白金传感器接在分电器的触点接线柱上；启动仪器进入检测状态，起动发动机使其运转至正常工作温度并稳定在怠速，然后进行测试，一般取三次检测结果的平均值，检测结果如下：测得功率为57.4kw，是其额定功率的87%，符合GB8258-87机动车运行安全技术条件的规定；测得转速为4600r/min，低于其额定转速(5200r/min)，初步判断是由于燃料系调整不佳、点火系技术状况不良或气缸密封性不好等原因造成的。3.2 起动系检测油门开到最大，起动马达约4s，屏幕显示起动过程有关曲线和数据，计算机绘出相应曲线，分析如下：（1）起动电流曲线。开始起动瞬间，起动电流非常大，12s后，便趋于稳定。电瓶内阻越大或起动机不好，起动电流曲线就越粗，该曲线较细，说明电瓶及起动机工作状态良好。（2）起动电压曲线。最上边实线是电瓶空载时的电压，下边虚线是起动后电压变化曲线，起动电压末值和中值差别越大，说明电瓶亏电越大，该曲线首末差值不大，证明电瓶不亏电。（3）相对缸压曲线。实线是发动机相对缸压曲线，它圆滑无毛刺，表示起动机碳刷接触较好。如果一缸或数缸压力值偏高，汽车行驶中又出现过热和突暴，可能是积炭过多或修理并不当致使压缩比变化引起的。3.3 白金检测将发动机转速稳定在中速，必要时加速轰油门，以便观察各种波形。实测的白金波形可以看出，四缸波形B段振铃小，不抖动，平直，说明四缸火花塞被“淹死”。3.4 汽油机配气相位检测被测车操作：将标准缸传感器夹在一缸高压线上，因为飞轮上的上止点标志是根据一缸标志的，将发动机转速稳定在中速，用正时灯对准发动机飞轮上止点标记，打开正时灯开关并调整至上止点标记与壳体上标记对正。此时屏幕上第一条线上的红线，就代表该缸的活塞止点位置。测量结果：一缸进气门在上止点前1打开，在下止点后36.5关闭，排气门在下止点前42打开在上止点后2关闭。与桑塔纳配气相位标准数据基本一致，只是进气门关闭较标准提前0.5,说明配气机构传动副间有少量磨损，如果进气门关闭过早，就会使发动机充气量下降，从而引起发动机功率变小，是发动机动力不足，应及时维修。3.5 检测结果综合分析以上检测数据与该车所给定的参考值基本一致，个别数据有少量偏差，应根据分析指出的可能原因，进行进一步的诊断和查找，确定故障原因后进行故障排除或调修。如果在检测过程中，发现某一故障的原因是由几个零件的工作状态变化引起的，就需要对发动机分解进行零件检验，修复后，再进行该项目的检测，直至符合要求。本文实例的检测结果表明该车的综合性能尚好，各种技术状况比较良好，这是该车按时保养和正确使用车辆的结果。4 发动机综合性能检测系统4.1 基本组成发动机综合性能检测系统包括信号提取系统、信息处理系统、计算机及显示系统和测控软件。示意图如下：信号提取系统-信号处理系统-计算机测控与显示系统4.1.1 信号提取系统信号提取系统的任务是用各种传感器拾取发动机被测点的信号参数值，由于被测定的结构和信号参数性质不同，传感器具有多种形式以适应不同的测试部位，包括：1、直接接触类传感器：该类传感器和被测点直接接触，直接采集电信号或将非电量转换成电量后采集信号。这类传感器有：电瓶传感器、初级点火传感器、缸压传感器、串式油压传感器、异响传感器、振动传感器、真空度传感器、温度传感器。2、非接触类传感器：对于高电压和强电流等直接接触测量困难很大，这时必须采用非接触传感器。这类传感器主要有：次级高电压传感器、标准缸传感器、卡式供油传感器、正时灯传感器。此外，该分析仪还配有各种诊断插头，用于测试亚、欧、美各大车系的故障码，根据需要还可配接废气分析仪。4.1.2 信号处理系统信号预处理系统是发动机综合性能计算机检测系统的关键部分，其作用相当于多路测试系统中的多功能二次仪表的集合，它可将测控系统中的所有传感器输出信号经衰减、滤波、放大、整形后输入计算机的高速输入端。此外，发动机上装配的传感器是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，不能被计算机直接使用，可通过发动机综合性能计算机检测系统的信号处理系统处理后转换成标准的数字信号后送入计算机。1、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AD转换器，以消除模拟电路和数字电路的其他干扰.对于低频模拟信号的隔离采用隔离放大器，即变压器隔离方式；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0-50mv，这些信号若直接送入AD传感器，由于不能充分利用AD转换器的精度，转换精度很低，故需对其放大处理(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AD转换器的全量程范围以提高AD转换器的精度(当然，这些信号经程控放大器放大后，仍需经过低通滤波和信号陋离才能进行AD转换，模拟信号中也有一些大幅值信号，如起动电压，对此需经过衰减以后再由低通滤波和隔离后方能进行AD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，这些信号需特殊处理，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300V或30kw，甚至更高，故需使用高速AD转换器，才能保证转换后的信号不失真。对于起动电流其峰值可达200A以上，无法直接测量，需利用电流互感器转换成0-5V的压信号再进行测量，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，故需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。2、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、交变电磁波辐射等因素，也易形成一定程度的失真，故需对其进行整形，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。4.1.3 计算机测控与显示系统该系统是仪器的核心部分，本系统采用研祥工业控制计算机做主机，显示器为长城15寸彩显，操作系统为win98，并配有功能强大的测控软件。4.2 发动机分析仪的功能4.2.1 发动机分析仪主菜单发动机分析仪的主菜单包括：注册登记、查询统计、标准数据、系统维护、模拟演示、系统帮助、系统退出。1、注册登记：系统进入注册登记界面，在这里录入受检车辆的车辆信息及测试项目。2、查询统计：可以设置各种条件对检测过的车辆进行搜索，以及回放检测车辆的波形及数据。 3、标准数据：对车型库进行维护，可以添加新车型，删除过时车型以及修改当前车型参数。4、系统维护：改变系统设置，如：系统设置、系统参数、默认选项、测试条件等。 5、模拟演示：给用户提供一个练习的环境，可以不接任何传感器模拟出实测的数据及波形，使用户在短时间内熟悉检测过程。 6、系统帮助：说明系统的操作方法。 7、系统退出：停止上位机和下位机的通讯，退出测试系统，返回Windows98桌面。 4.2.2 汽油机主要检测项目1、空载电瓶电压、电瓶内阻（电瓶电压波形），启动电压、启动电流、启动转速、各缸相对缸压比、各缸不均匀度（起动电压波形），各种转速下的充电电压、充电电流（充电电压波形）。2、初级点火波形、闭合角、重叠角、发火时间（初级点火波形）、次级点火波形、次级点火高压、分缸点火高压（次级点火波形）。 3、单缸断火后的转速下降值、单缸转速降比（单缸转速降波形）。 4、发动机无负载加速时间、减速时间、平均功率、在设定转速下的瞬时功率、扭矩（最大功率波形）。 5、异响测试，包括主轴承响、连杆轴承响、活塞销响、活塞敲缸响、气门响（异响波形）。6、进气管真空度（真空度波形）。 7、绝对缸压波形（绝对缸压波形）。 8、缸压法综合点火提前角（缸压法测综合点火提前角波形）。9、正时法提前角。 10、温度。 4.2.3 柴油机主要检测项目1、空载电瓶电压、电瓶内组（电瓶电压波形），启动电压、启动电流、启动转速、各缸相对缸压比、各缸不均匀度（启动电压波形），各种转速下的充电电压、充电电流（充电电压波形）。 2、高压油管供油波形（卡式供油波形）、最大供油压力、油阀开启油压、供油提前角（串式油压波形）。 3、单缸断火后的转速下降值、单缸转速降比（单缸转速降波形）。 4、发动机无负载加速时间、减速时间、平均功率、在设定转速下的瞬时功率、扭矩（最大功率波形）。 5、异响测试，包括主轴承响、连杆轴承响、活塞销响、活塞敲缸响和气门响。 6、绝对缸压波形（绝对缸压波形）。 7、缸压法综合供油提前角（缸压法测综合提前角波形）。 8、正时法提前角。 4.2.4 示波器检测项目在检测过程中，如果需要对一些信号进行检测，可选择示波器功能示波器通道有缸压和异响两个，缸压通道差分输入，异响通道为单端电容耦合的交流输入。4.2.5 电喷发动机故障诊断1、可测试亚、欧、美各大车系的多款汽车的故障码，集解码器功能于一体，符合OBD标准。2、对多种车系可进行全面的数据测试，直接读取动态数据流。 3、具有测试传感器及执行器的功能。 4.3 系统特点1、该发动机测试仪采用波形化处理方式，电瓶电压、点火、缸压等信号均以波形码采集到计算机里，并显示在示波器窗口上，所有的数据都和波形及特征标志一一对应，因此能真实的反映出各种工况下的信号特点，对理论分析和故障排除非常方便。 2、测试过程自动控制，如启动时机，加速时机，断缸时机，温度控制，异响致震以及熄火等，均不需要人工干预智能化处理后不但简化了操作，而且缩短了测试时间，其中综合测试能在三分钟内完成对常规项目的检测，连续采集#$项数据，大大提高了检测效率。3、采用WINDOWS98软件平台，具有良好的用户界面和强大的数据管理功能，并提供了联网检测功能测试方法灵活快捷，可进行单项测试、多项测试、综合测试和即时测试。4、操作过程语音提示，并可选配LED显示屏做字幕提示，使用户操作轻而易举。5、所有波形均按坐标显示，移动和缩放工具齐全，便于定量分析和故障判断。6、采用196KC高速芯片，具有强大的波形采集和处理功能，能清晰显示包括点火波形在内的各种波形。7、系统具有多级保护，抗干扰能力强，性能稳定可靠。 8、采用工业控制机做主机，具备坚强的硬件特征。 9、对异响信号提供了滤波器功能和频谱分析功能，能对采集的信号做多次分析。 10、与同类测试仪相比，使用传感器数量较少，传感器的功效较高。 11、测试电瓶电流、点火高压、柴油车供油等信号，不需拆卸原线路和管路。 12、各种译码器接口完备，有利于增加电喷发动机的故障码的检测功能。 5 发动机气门的检测与分析发动机气门漏气，直接影响发动机的经济性能和动力性。发动机气门漏气会导致发动机起动困难，功率下降，燃烧不完全，积炭严重，甚至会引起个别缸不工作。一般造成气门漏气的原因有以下五个方面：5.1 气门与气门座引起的漏气1、气门头部接触环带部分与气门座接触不良，接触环带部分有斑点和积炭，也可能是与气门接触部分角度不符合技术要求，导致气门与气门座面密封不严而出现漏气现象。2、气门杆积炭过多，气门往复运动不灵活，影响气门及时复位密封，而造成气门漏气。3、气门问隙过小或其它机械故障，造成气门杆变形，致使气门杆与接触环带部分不同心，而造成漏气。4、由于喷油泵的故障，喷油器雾化不良及喷油时问过晚，造成对气门与气门座接触环带部分的烧损，而影响气门的密封性。5、气门座在维修安装时，没有按规定要求压人气缸盖座孑L内，气门座虽然精细铰削，但是通过气门工作复位的冲击和在作功冲程时受高温高压气流的影响，有可能改变了气门座安装铰削时的几何位置，造成密封不严而漏气。5.2 气门导管引起气门漏气1、因气门导管的折断和气门杆与导管之间的磨损，其配合间隙超过规定的标准极限值，失去了导管对气门的导向作用，使气门在工作中左右摇摆，导致气门漏气。2、气门导管压入气缸盖导管孔的深度超过技术标准要求，或导管内有严重积炭，而影响气门的正常复位，造成气门漏气。3、气门导管孔与气门孔座不同心，使气门导管与气门座之间也不同心，失去了气门导管与缸盖平面的垂直度，在气门弹簧垂直弹力的作用下，使气门杆在导管内偏磨，造成气门漏气。5.3 气门弹簧引起的气门漏气1、气门弹簧长期使用，由于自然磨损后，影响了气门弹簧的自南高度或弹簧疲劳，当气门关闭时，气门弹簧使气门复位的预紧力变小，气f 1密封性变差，引起漏气。2、气门弹簧垂直度超过了允许范嗣，闪此在气门工作时，弹簧迫使气门杆在导管内产生偏磨。这样不但会加速导管与气门杆的磨损，而且还会造成气门密封不严而漏气。5.4 气门弹簧座、锁夹引起的气门漏气l、由于气门弹簧座及气门锁夹内外锥面的磨损，使气门安装的自由高度增大，从而使气门弹簧的预紧力相对减弱，造成气门密封不严而漏气。2、由于受摇臂侧压力的影响，有的机型弹簧出现单边磨损，气门弹簧与缸盖的垂卣度被破坏，气门弹簧迫使气门杆在导管内压向一边，也会导致严重偏磨，使气门密封不严而漏气。5.5 气门和减压间隙过小气门和减压间隙过小造