第二章发动机性能检测

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。第二章 发动机性能检测第一节发动机综合检测仪基本功能：–无外载测功功能即加速测功法–检测点火系统–机械和电控喷油过程各参数的测定–进气歧管真空度波形测定与分析–各缸工作均匀性测定–起动过程参数测定–各缸压缩压力判断–电控供油系统各传感器的参数测定–万用表功能–排气污染物分析功能发动机综合性能检测仪的特点：

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断的科学依据；

通用性：测试过程不依据被检汽车数据卡(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；

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。一、发动机综合检测仪的基本组成信号拾取系统采控显示系统信号预处理系统发动机分析仪的基本组成发动机分析仪的外形图（一）信号提取系统直接接触式非接触式非电量转变成电量传感器各种转接信号用的适配器（二）信号预处理系统信号预处理系统又称前端处理器，是发动机综合性能分析仪的关键部分，它可将所有传感器输出信号经衰减、滤波、放大、整形后输入到计算机的多功能信号采集卡。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，可通过信号预处理系统处理后转换成标准的数字信号后送入计算机。（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彩色

CRT或LCD显示器，手提便携式则用小型LCD显示器，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10MHz，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。二、发动机综合检测仪的主要检测项目空载电瓶电压、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)。汽油车：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)。柴油车：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)。单缸断火后的转速下降值、单缸转速降比(单缸转速降波形)。发动机无负载加速时间、减速时间、平均功率、扭矩(最大功率波形)。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。进气管真空度(真空度波形)。绝对缸压波形(绝对缸压波形)。缸压法综合点火提前角(缸压法测综合点火提前角波形)。正时法提前角。温度。第二节发动机功率的就车检测功率检测目的：通过检测，可掌握发动机的技术状况，确定发动机是否需要大修或鉴定发动机的维修质量。W=2*3.14*n/60P=Mw/1000

Kw稳态测功:是指在发动机试验台上由测功器测试功率的方法。通过测量发动机的输出转矩和转速，由下式计算出发动机的有效功率：式中：Pe—发动机功率，kw；n—发动机转速，r/min；Me—发动机输出扭矩，Nm。动态测功:是指发动机在低速运转时，突然全开节气门或置油门齿杆位置为最大，使发动机加速运转，用加速性能直接反映最大功率。这种方法不加负荷，可在实验台上进行，也可就车进行，但测量精度比稳态测功要差。一、无外载测功的测量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，并将发动机节气门从怠速位置全开时，发动机将克服自身的惯性力矩，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，或测量从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。（一）无外载角加速度测功法发动机在无外载工况急加速下的负载是发动机转动部件对曲轴中心线的当量转动惯量的惯性阻力矩T：发动机在无外载加速过程发出的瞬时功率

Pse为：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瞬时有效功率。（二）无外载加速时间测功法当发动机在空载下，将油门从怠速突然加至最大，相当于给发动机施加了一个阶跃输入。其响应曲线，在一定时间内转速是直线上升的，在此段直线内，发动机功率消耗在克服自身惯性力的作功上。飞升曲线发动机在无外载工况下，从转速n1加速到转速n2，发动机对自身转动部件所作的功A为：若发动机从转速n1加速到转速n2所用的时间为△t，则发动机在这一加速过程发生的平均有效功率Peav为：动态测功和稳态测功是不同的，通常通过台架对比试验找出确定关系乘以修正系数C3无外载角加速度测功法：无外载加速时间测功法：二、无外载测功的测试方法（一）无负荷测功仪的电路原理加速时间测量方案（二）测量过程（三）无外载测功的误差造成无外载测功误差的主要原因由以下几方面：发动机运转部件的当量转动惯量。对同型号发动机基本上是常量。因此，J取值的精确度在很大程度上决定了测试的精确度。无外载加速测功的负载。除发动机的惯性阻力外，发动机加速过程中的负载还有其他阻力，即运动部件的摩擦阻力，驱动发动机附件的阻力，进、排气过程的泵吸损失等。无外载加速测功受操作方法等人为因素的影响很大。测试时踩加速踏板的快慢所引起的测试误差可高达20%。三、各气缸工作均衡性检测1.单缸功率检测用无外载测功原理测发动机总功率，然后在某缸断火条件下，再测量发动机功率。两次测量功率之差，就是断火气缸所发出的功率。2.单缸断火后转速的变化某缸断火，发动机输出功率减少，转速降低。各缸轮换断火，转速下降幅度应基本相同。一般要求转速下降的最高、最低值之差，应不大于平均值的30％。3.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的特点，来高速采集各缸点火的间隔时间，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。第三节

汽油机点火系统检测与波形分析对点火系统一般的要求是：火花要具有足够高的击穿电压火花要具有足够的能量保证可靠点火火花时刻要能适应发动机工况变化一、点火系统检测的接线现用点火系统大体分为以下三类；它们在检测时的接线有所不同，必须区别对待：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。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是当前运用越来越多的点火系统，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，检测时应加以注意。示波器与点火系的接线二、点火波形分析（一）次级电压波形分析1.次级电压的标准波形2.次级电压故障波形分析3.次级点火电压波形的各种组合（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。可用于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。次级平列波初级点火闭合角显示主要用来：

a.分析单个气缸的点火闭合角(点火线圈充电时间)；

b.确定平均闭合角的度数或毫秒数；

c.分析点火线圈和初级电路性能(从点火高压线)；

d.分析电容性能(白金或点火系统)。 这个试验能提供关于发动机控制电脑(或白金)的闭合角控制和精确等方面的有用资料，如果有必要，甚至在行驶条件也可以提供。由于点火初级波形非常容易受到不同的发动机、燃油系统和点火条件的影响，因此它对控制发动机和燃油系统部件以及点火系统的部件的问题分析是有价值的。（2）并列波如果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。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。自从点火系统发明以来，点火初级闭合角测试是必不可少的调整步骤，现在，有了先进的便携式汽车示波器技术，能够在示波器屏幕上观察波形的同时看到点火初级闭角的数字显示，所有的一切操作都在的手掌中，如果必要，甚至可以在路试之中进行操作。 然而，电子点火控制系统的出现，使闭合角调整已不存在了，它改由发动机控制电脑来控制。现代发动机控制电脑含有最优化的点火控制图，它对点火正时、闭合角等其它因素的控制比传统的白金--电容系统要精确的多，这对发动机性能和尾气排放都很有益。 但发动机控制电脑以及它们的线路系统和点火控制模块都可能出故障，所以初级点火闭合角测试仍然是有用的，由于点火初级和次级线圈的互感作用，在点火次级发生跳火状态会反馈给初级电路，因此点火初级波形显示就平常有用。初级点火闭合角显示主要用来：

a.分析单个气缸的点火闭合角(点火线圈充电时间)；

b.确定平均闭合角的度数或毫秒数；

c.分析点火线圈和初级电路性能(从点火高压线)；

d.分析电容性能(白金或点火系统)。 这个试验能提供关于发动机控制电脑(或白金)的闭合角控制和精确等方面的有用资料，如果有必要，甚至在行驶条件也可以提供。由于点火初级波形非常容易受到不同的发动机、燃油系统和点火条件的影响，因此它对控制发动机和燃油系统部件以及点火系统的部件的问题分析是有价值的。波形的不用部分能表明任一特定气缸中确定的部件或系统的故障，参见波形图中对波形特定部分和相关元件运行的说明框，汽车示波器在显示屏上可以用数字显示出波形的特征值。

试验方法：

使发动机怠速运转，再加速发动机或按照行驶性能出现故障或点火不良发生的条件来起动发动机或驾驶汽车。 确认各缸幅值、频率、形状和脉冲宽度等判定性尺度的一致性，观察对应特定部件的波形部分的问题，核实初级点火闭合角是否在厂家资料规定的范围内。

波形结果：

总体来说，应该密切注意当发动机负荷和转速变化的闭合角(脉冲宽度)的变化情况。 动态峰值检测显示方式对发现各缸点火过程中的间歇性故障非常有效。 ②点火初级线圈，参见图15。 如果怀疑点火线圈短路或点火模块开关晶体

管(或白金)有故障，可以用几种方法进行诊断。制造厂商规范可提供点火初级线圈的电阻范围，这是对初级点火线圈静态测量。 对点火初级线圈更精确的动态测量包括：用分析电流波形的方式在工作状态下测试电流值(安培)，另外，在点火初级线圈电流测试中，可以对点火模块开关晶体管的工作状态进行检查，点火模块电流级限的测试能够确认在点火模块的开关晶体管中的电路运行级限电流是否合适。 进行这个试验需要示波器的附件--电流钳，汽车示波器的内部设置可以不做任何的改动就能直接插上电流钳，只需要做初始设置就可以使用了，在任何时候，这种电流钳都可以用来检查任何电磁阀线圈(喷油器等)、点火线圈或开关电路。汽车示波器还在显示波形的同时用数字的方式显示最大电流值。

试验方法：

起动发动机并怠速运转，在使故障重复的条件下，加速发动机或驾驶汽车。如果发动机不能起动，就打起动机让发动机转动，然后观察示波器显示。

波形结果：

当电流开始流入点火初级线圈时，由于线圈特定的电阻和电感特性，引起波形以一定的斜率上升，波形上升的斜率是关键所在，通常点火初级线圈电流波形会以60度角升(在10毫升/格时基下)，大多数新式点火初级电路先提供5-6安培电流给点火线圈，当到达允许最大电流的(5-6安培)，在点火模块中的限流电路就开始起作用。这使得波形顶部变

平，在点火初级线圈的“导通时间”(或闭合角)内电流波形的顶部保持平直。当点火模块关断电流时，电流波形几乎是垂直下降，点火线圈的电流将下降至0。在每一个点火循环中，这个过程在重复着。 重要的是，当电流开始流入点火线圈时，观察点火线圈的电流波形，如果在其左侧几乎是垂直上升的，这就说明点火线圈的电阻大小了(短路)，这可能造成行驶性能故障，并损坏点火模块中开关晶体管。 这个电流波形的初始上升相当于达到峰值的时间通常是不变的，这是由于充满一个好的点火线圈的电流所用的时间是保持不变的(随温度有轻微变化)。发动机控制电脑(逼迫点火模块)增加或减少点火线圈的导通时

间。次级并列波（3）重叠波重叠波是将多缸发动机次级电压的波形重叠在一起。利用重叠波可以检查初级电路的闭合角，断电器凸轮的状况，各缸工作的均匀情况等。一般重叠角不能超过周期的5%。次级电压重叠波（二）初级电压波形分析1.初级电压的标准波形2.初级电压故障波形分析影响点火提前角的因素1.发动机转速对点火提前角的影响发动机转速升高，点火提前角应该增大。2.进气歧管绝对压力对点火提前角的影响当管路压力高（真空度小，负荷大），要求点火提前角小；反之，管路压力低（真空度高，负荷小）时，要求点火提前角大。3.辛烷值对点火提前角的影响发动机在一定条件下，会出现爆震现象。爆震使发动机动力下降、油耗增加、发动机过热，对发动机极为有害。发动机的爆震与汽油品质有密切关系，常用辛烷值来表示汽油的抗爆性能。汽油的辛烷值越高，抗爆性越好，点火提前角可以加大；反之，汽油的辛烷值越低，抗爆性越差，点火提前角应减少。点火提前角的控制点火提前角的控制包括两种基本情况：①起动期间的点火时间控制：发动机在起动时，在固定的曲轴转角位置点火，与发动机的工况无关。②起动后发动机正常运行期间的点火时间控制：带定时的高能点火器时间由进气歧管压力信号（或进气量信号）和发动机转速确定的基本点火提前角和修正量决定。修正项目随发动机而异，并根据发动机各自的特性曲线进行修正。爆震是汽油机运行中最有害的一种故障现象。发动机工作如果持续产生爆震，火花塞电极或者是活塞就可能产生过热、熔损等现象，造成严重故障，因此必须防止爆震的产生。爆震与点火时刻有密切关系，同时还与汽油的辛烷值有关。在传统的点火系统和无爆震控制的点火系统中，为防止爆震的发生，其点火时刻的设定往往远离爆震边缘。这样势必就会降低发动机效率，增加燃油消耗。而具有爆震控制的点火系统，点火时刻到爆震边缘只留一个较小的余量，或者说，就在爆震界面上工作，这样即控制了爆震的发生，又能更有效地得到发动机的输出功率。爆震控制系统爆震控制方法工作原理：爆震传感器安装在发动机的缸体上，利用压电晶体的压电效应，把缸体的振动转换成电信号输入ECU，ECU把爆震传感器输出的信号进行滤波处理，同时判定有无爆震以及爆震强度的强弱，进而推迟点火时间。当ECU有爆震信号输入时，点火控制系统采用闭环控制方式，爆震强，推迟点火角度大；爆震弱，推迟点火角度小，并在原点火提前角的基础上推迟点火提前角，直到爆震消失为止，当爆震消失后，在一段时间内维持当前的点火时间角。如果没有爆震发生，则逐步增加点火提前角一直到爆震发生，当发动机再次出现爆震时ECU又使点火提前角再次推迟，调整过程如此反复进行相关链接：（三）点火提前角测试点火提前角：从点火开始到活塞到达上止点的这段时间，曲轴转过的角度。点火提前角随转速、负荷和汽油辛烷值的改变而变化。发动机测试仪上的正时灯正时灯是一种频率闪光灯，每闪光一次表示第1缸的火花塞发火一次，因此闪光与第1缸点火同步。它一般由闪光灯、传感器、中间处理环节和指示装置等组成。当正时灯对准发动机第l缸压缩终了上止点标记，并按实际跳火时间进行闪光时，若

飞轮或曲轴传动带盘上的标记还未到达固

定指针，即第1缸活塞还未到达压缩终了上止点。此时，可调整正时灯电位器，使闪光时机推迟至转动部分上的标记正好对准固定指针之时，那么推迟闪光的时间就是点火提前的时间，将其显示到表头上，便可读出要测的点火提前角。频闪灯测定点火提前角测量时，将正时灯的电源线接到蓄电池正负极柱上，再将传感器夹在第1缸分高压线上，并事先擦拭飞轮或曲轴带轮上第1缸压缩终了上止点标记，最好用粉笔或油漆将标记涂白。发动机怠速下稳定运转，打开正时灯并对准飞轮壳或机体前端面上的固定指针。调正时灯电位器，使飞轮或曲轴传动带盘上的标记逐渐与固定指针对齐，此时表头的读数即为发动机怠速运转时的点火提前角。第四节 柴油机供油系统检测与波形分析一、喷油压力检测柴油机因采用压燃燃烧，供油系并无电量可采集，因此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。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。柴油机外卡式油压传感器喷油开始点落后于喷油泵的供油开始点,有喷油延迟，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。喷油泵端和喷油嘴端的压力波当曲轴转到上止点位置时，获得一个光电转换后的脉冲信号。二、喷油提前角测定1.上止点(TDC)传感器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光学TDC传感器的安装信号。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，即可进行喷油提前角测试。喷油提前角随转速变化的曲线三、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。喷油压力波与点火波形不同，点火波形几乎与发动机的负荷无关，而喷油压力波正是柴油机的负荷调节方式

。通过喷油压力波分析可判断故障。四缸供油压力平列波四缸供油压力平列波四缸供油压力重叠波第五节

发动机气缸密封性检测气缸密封性与气缸、气缸盖、气缸衬垫、活塞、活塞环和进排气门等部件有关。这些零件技术状况的好坏严重影响发动机的动力性和经济性，而且决定发动机的使用寿命。气缸密封性的评价指标主要有气缸压缩压力、曲轴箱漏气量、气缸漏气量或气缸漏气率、进气管真空度等。一、气缸压缩压力的检测气缸压缩压力检测是通过测量活塞在压缩行程终了到达上止点时气缸压缩压力的大小，反映了气缸的密封性。由于用气缸压力表测量气缸压缩压力方便易行，检测仪器价格低廉，应用极为广泛。波登管敏感元件是弯成圆形，截面积显椭圆形的弹性C形管。测量介质的压力作用在波动管的内侧，这样波登管椭圆截面会趋于圆形截面。由于波登管微小变形，形成一定的环应力。此环应力会使波登管向外延伸。由于弹性波登管头部没有固定，其就会产生小小变形，其变形的大小取决于测量介质的压力大小。波登管的变形通过机芯间接地由指针显示测量介质的压

力。（一）检测仪表气缸压力表

是一种专用

压力表，它

一般由压力

表头、导管，单向阀和接头等组成。气缸压力表（二）检测方法拆下空气滤清器，用压缩空气吹净火花塞或喷油器周围的脏物，然后卸下全部火花塞或喷油器，并按气缸次序放置。对于汽油机，还应把分电器中央电极高压线拔下可靠搭铁，以防止电击和着火，然后把气缸压力表的橡胶接头插在被测缸的火花塞孔内，扶正压紧。将节气门和阻风门置于全开位置，用起动机转动曲轴3～

5s(不少于四个压缩行程)，待压力表头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。按上述方法依次测量各缸，每缸测量次数不少于两次。检测柴油机气缸压力时，应用螺纹接头气缸压力表。（三）检测结果分析

检测完毕后，将测量的结果与原厂设计值进行比较，正常情况下，差距越大反映车辆发动机技术状况下降越大。

但是由于影响气缸压力值变化的因素众多，因此在运用气缸压缩压力判断发动机技术

状况的时候，要结合车辆的使用和维修情

况进行具体分析。二、曲轴箱窜气量的检测气缸与活塞组磨损间隙增大后，发动机工作时可燃混合气与燃烧废气窜入曲轴箱的量就会随着磨损程度增加而加大。虽然汽车发动机一般都设有曲轴箱通风系统，但是它在气体大量漏入曲轴箱时(大于60L／

min)就难以保证气体完全被排除，因此，单位时间内漏入发动机曲轴箱中气体越多，曲轴箱中压力就随之增高。在发动机曲轴箱密封程度不变的情况下曲轴箱中的气体压力就与气缸活塞组间的磨损量表现出较强的正相关性。工作原理充满管道的流体流经管道内的节流装置，在节流件附近造成局部收缩，流速增加，在其上、下游两侧产生静压力差。在已知有关参数的条件下，根据流动连续性原理和伯努利方程可以推导出差压与流量之间的关系而求得流量。（一）检测仪器及检测方法气体流量计简图1.

压力计

2.通大气管

3.流量孔板

4.流量孔扳手柄5.通曲轴箱胶管

6.刻度板使用前先将曲轴箱密封(堵住机油尺口、曲轴箱通风进出口等)，再由胶管从加机油管口处将漏窜气体导出，输入气体流量计。当漏窜气体沿图中箭头移动时，由于流量孔板两边存在压力差，使压力计水柱移动，直至气体压力与水柱落差平衡为止。压力计通常以流量刻度，因而由压力计水柱高度可以确定窜人曲轴箱的气体量。曲轴箱窜气量，除了与气缸活塞摩擦副的技术状况有关外，还与发动机转速和负荷有关。检测时发动机应加载，节气门全开(柴油机供油拉杆推到底)，在最大转矩转速下进行。（二）检测结果分析曲轴箱窜气量大，