1、發動機綜合性能檢測的根本內容及特點 發動機是汽車的動力源,是汽車的心臟,汽車的一些根本技術性能都直接或間接地 與發動機的相關性能相聯系.因此發動機綜合性能的檢測對整車性能的了解至關重要.發動機綜合性能檢測與發動機臺架試驗不同,后者是發動機拆離汽車以測功機吸收 發動機的輸出功率對諸如功率和扭矩以及油耗和排放等最終性能指標進行定量測定, 而發動 機綜合性能檢測裝置主要是在檢測線上或汽車調試站內就車對發動機各系統的工作狀態, 如 點火、噴油、 電控系統和傳感元件以及進排氣系統和機械工作狀態等的靜態和動態參數進行 分析,為發動機技術狀態判斷和故障診斷提供科學依據, 有專家系統的發動機綜合分析儀還 具有

2、故障自動判斷功能,有排氣分析選件的綜合分析儀還能測定汽車排放指標.以下簡單概括發動機綜合分析儀的根本功能 :(1) 無外載測功功能即加速測功法；(2) 檢測點火系統. 初級與次級點火波形的采集與處理, 平列波、 并列波與重疊和重 疊角的處理與顯示,斷電器閉合角和開啟角,點火提前角的測定等；(3) 機械和電控噴油過程各參數 (壓力、波形、噴油、脈寬、噴油提前角等 ) 的測定；(4) 進氣歧管管真空度波形測定與分析；(5) 各缸工作均勻性測定；(6) 起動過程參數 ( 電壓、電流、轉速 ) 測定；(7) 各缸壓縮壓力判斷；(8) 電控供油系統各傳感器的參數測定；(9) 萬用表功能；(10) 排氣分

3、析功能. 可見發動機綜合分析儀是所有汽車檢測設備中功能最多,檢測工程和涉及系統最廣 的裝置, 因而它的結構也較復雜, 技術含量也較高. 事實上隨著電子技術在汽車領域的飛速 開展,原始的 EFI (Electronic Fuel Injection)限制功能己延伸到汽車底盤和傳動系的電子系統,成為限制面更廣的電子治理系統 EMS(Electronic Management System ),現代研 制的發動機綜合分析儀的功能早已越出了發動機的范疇,增加了諸如 :ABS (Anti-lock Brakesystern )、ASR(Acceleration Skid Response)等底盤系統的測

4、試功能.因此對發動 機綜合分析儀的治理和操作人員在使用、保養方面的培訓應倍加關注.區別于解碼器和一般的發動機單項性能的檢測儀,發動機綜合性能檢測儀具有以下 三大特點 :(1) 動態的測試功能 它的傳感系統和信號采集與記憶存能迅速準確地捕獲發動機各瞬變參數的時間函數曲線,這些動態參數才是對發動機進行有效判儲系統斷的科學依據.(2) 通用性測試過程不依據被檢車輛的數據卡 (即測試軟件 ) ；只針對根本結構和各系 統的形式和工作原理進行測試, 因此它的檢測結果具有良好的普遍性, 其檢測方法同樣也具 有最廣泛的通用性.(3) 主動性發動機綜合檢測儀不僅能適時采集發動機的動態參數, 而且還能主動地發 出

5、指令干預發動機工作,以完成某些特定的試驗程序,如斷缸試驗等等.發動機綜合性能檢測裝置的根本組成目前各主要工業國家的有關廠家開發的發動機綜合性能檢測裝置,千差萬別,形式各異.但就一臺配置齊全、性能良好的檢測儀而言,概括起來不外乎由信號提取系統、信息處理系統、采控顯示系統三大局部組成,如框圖1所示.<=> 前端處理器 <=> 采挖顯示系統發動機綜合性能檢測裝矍的根本組成圖2為發動機綜合性能分析儀一般結構型式的外形圖.圖2發動機分斬捜蚪晤囲一、信號提取系統信號提取系統的任務在于拾取汽車被測點的參數值,鑒于被測點的機械結構和參數性質不同,信號提取裝置必須具有多種形式以適應不同的

6、測試部位.圖3所示為大多數發動機綜合性能分析儀的信號提取系統,圖中顯示這一系統是由一些不同形狀的接插頭或探頭組成,以它們接觸的形式不同可以分為四類.件1和4接蓄電池的正負極, 件2和3接點火線圈初級的正負極,件9為萬用表功能或測試各傳感器時的接頭,它可以再轉接各類結構的探針以適應不同的測試點,如圖4所示,件10兩個鱷魚夾由一個分流器引出,用以測定發電機電流,以上各接頭屬于直接接觸的一類.直接接觸類：1/4接蓄電池的正負極2/3接點火線圈初級正負極9為萬用表功能10兩個鱷魚夾由一個分流器 引出,用以測定發電機電流非電量測量:戶二匚5電磁式TDC傳感器提供上 止點信號頻閃燈8可尋找點火提前角, 壓

7、力傳感器12可將進氣管或喉管真空度 轉變成電量13 一熱敏電阻非接觸類：6和7分別鉗于一缸點火線 上和點火線圈高壓線上以獲 得點火信號11實際上是一個電流互感 器,夾持在蓄電瓶線上,可 感應出起動電流4.曹電ft怒撫色為于框.色看氓悵、3-3r克虎飄1和犠隹吃浪 氐序式凳特n 8-糅閃盯» sn to-n 電st反想怕 u朋 3第二類那么是非接觸式.電感式或電容式夾持器 6和7分別鉗于一缸點火線上和點火線圈高壓 線上以獲得點火信號,件 12實際上是一個電流互感器,夾持在蓄電瓶線上,可感應出起動 電圖A探針的轉接頭流.由于高電壓和強電流直接接觸測量極為困難.以上都是對電量參數的提取,對

8、于非電量參數就必須先經過某一類型的傳感器將非電量轉變成電量,這就是第三類,如件5電磁式TDC傳感器提供上止點信號,頻閃燈8可尋找點火提前角,壓力傳感器12可將進氣管或喉管真空度轉變成電量,而件13為一熱敏電阻,可將機油溫度和冷卻水溫度等參數轉換為電壓值.對于電控燃油噴射EFI 發動機,因計算機計算噴油脈寬和自動限制過程的需要,各非電量已被植入各系統的傳感器直接轉換成電量,它們的提取可用件 9通過不同的轉接頭來完成,但為工不中斷計算機的限制功能,必須通過T形接頭來提取信號,如圖 5所示.二、信號預處理系統信號預處理系統也稱前端處理器,俗稱“黑盒子,它是電控燃油噴射系統檢測的關鍵部件,其作用相當手

9、多路測試系統中的多功能二次儀表的集合,工作框圖如圖6所示,可將發動機的所有傳感信號 圖示為20個,經衰減、濾波、放大、整形,并將所有脈沖和 數字信號直接輸入 CPU的高速輸入端HSI,也可經F-V轉換后變為0-5V或0-10V的直流模 擬信號送入高速瞬變信號采集卡.發動機上裝配的傳感器是發動機限制和判斷發動機故障的關鍵部件,但其輸出的電信號千差萬別,不能被車載計算機或發動機分析儀的中央限制器直接使用,必須經過預處理轉換成標準的數字信號后送入計算機.車載傳感器的輸出信號從電子學角度分,無外乎模擬信號和頻率信號兩種,應采取不同的處理方法.對于模擬信號,如溫度傳感器、壓力傳感器、節氣門位置傳感器等其

10、幅值為0-5V,頻率變化也比擬緩慢,主要的處理手段是對其進行低通濾波和信號隔離.經低通濾波后的純凈低頻信號再經過隔離裝置送入A/D轉換器,以消除模擬電路和數字電路的共地干擾.對于低頻模擬信號的隔離多采用隔離放大器,即變壓器隔離方式；也有先將模擬信號進行V-F轉換,然后由光電隔離器再進行 F-V轉換的,但后一種方法多用于需遠距離傳輸信號的場合. 模擬信號中有一些幅值較小,如氧傳感器為0-1V,廢氣分析儀的電氣接口輸出信號多為0-50mV這些信號假設直接送入 A/D轉換器,由于不能充分利用 A/D轉換器的精度,轉換精度很低, 故需對其做放大處理.由于信號幅值的差異,故采用程控放大器,對不同的傳感器

11、輸出信號 由軟件限制分配,以不同的放大倍數使輸出信號幅值到達A/D轉換器的全量程范圍, 以提升A/D轉換器的精度.當然,這些信號經程控放大器放大以后,仍須經過低通濾波和信號隔離 才能進行A/D轉換,模擬信號中也有一些大幅值信號,如起動電壓,對此須經過衰減以后再由低通濾波和隔離前方能進行A/D轉換.模擬信號中也有一些信號如初次級點火信號、爆震信號、噴油脈沖、起動電流等,或具有較高的頻率,或具有較高的電壓、電流幅值,這些信 號須特殊處理,如初次級點火信號由于線圈的自感和互感作用,其電壓幅值可達300 V或30KV甚至更高,故須利用電壓衰減器進行衰減后再進行后繼處理,由于其頻率很高可達1MHz以上,

12、故須使用高速 A/D轉換器,才能保證轉換后的信號不失真即經數學處理后,準確復原信號.對于起動電流其峰值可達 200A以上,無法直接測量,須利用電流互感器轉 換成 0-5V 的電壓信號再進行測量,車用爆震傳感器和柴油機噴油壓力傳感器多用壓電晶體 作為敏感元件, 其輸出信號為電荷量, 故須采用電荷放大器作為前級放大, 且要從頻率非常 豐富的振動信號中準確提取有效信號, 因而必須對其進行帶通濾波. 噴油脈沖在噴油器的電 磁線圈斷電瞬間也會由于自感作用而產生40V左右的振蕩,對此可利用電阻分壓器分壓后再后繼處理.對于頻率信號,如發動機的轉速、判缸信號、車速信號等,由于多項選擇用電磁式、霍 爾效應式和光

13、電式傳感器, 其輸出信號本身即為數字脈沖, 但由于傳輸過程中的衰減、 交變 電磁波輻射等原因, 也易形成一定程度的失真, 故需對其進行整形, 這多用電壓比擬器或施 密特觸發器進行實現, 整形后輸出的標準數字脈沖, 再經高速光電隔離器送入后繼電路, 以 消除其干擾,提升系統的工作可靠性.為了實現傳感器的準確測量,不影響發動機的正常運轉,進行信號提取時必須保證 電路有足夠高的輸入阻抗, 而且為了保證預處理系統的主板平安, 對各路輸出信號均采取了 限幅舉措.三、采控與顯示系統臺式和柜式發動機綜合性能分析儀多采用14英寸彩色CRT顯示器,手提便攜式那么用小型液晶顯示器, 現代分析儀都能醒目地顯示操作菜

14、單, 實時顯示當前動態參數和波形, 十 字光標可顯示曲線任一點的數值, 同時也可顯示極限參數的數值, 并配以色棒顯示以示醒目, 用戶可任意設定顯示范圍和圖形比例.為捕捉噴油爆震等高頻信號,采集卡一般具有高速采集功能,采樣率可達10Msps,量化精度不低于 10Bit ,并行 2通道,有存儲功能以供波形回取,鎖定波形供觀察分析或輸 出、打印之用.點火系統檢測與波形分析一、點火系檢測 在汽油機各系統中點火系對發動機的性能影響最大,統計數字說明有將近一半的故 障是由于電氣系統工作不良而引起的,因此發動機性能檢測往往從點火系統開始.首先使用先進電子技術的當屬點火系統,而形式結構和工作原理更新最快的也非

15、點 火系統莫屬. 現用點火系統大體分為以下 4 類；它們在檢測時的接線有所不同, 必須區別對 待:1 、由電磁、紅外或霍爾元器件構成的非接觸式斷電器組成的點火系統稱為無觸點點 火器,其放大電路又分晶體管電路和電容放電電路兩種.2、ECU(Electro nic Con trol Un it)限制的點火系由 ECU中的微處理器根據曲軸轉角 傳感器的信號確定點火時刻,因而它沒有斷電器,只有分電器,根據ECU送來的信號直接控制點火線圈初級電路的通斷.3 、無分電器點火系統 (Distributor-Less Ignition)是當前最先進的點火系統,曲軸傳感器送來的不僅有點火時刻信號, 而且還有氣缸

16、識別信號, 從而使點火系統能向指定的 汽缸在指定的時刻送去點火信號, 這就要求每缸配有獨立的點火線圈, 但如果是六缸機那么 1, 6缸、 2, 5缸和 3, 4 缸分別共用一個點火線圈,即共有三個點火線圈,顯然每一個點火線 圈點火時,總有一個缸是空點火,檢測時應注意到這一點.無觸點點火系統能使用低阻抗電感線圈,從而大幅度提升初級電流,使次級電壓高 達 30kV 以上,增強點火能量以提升點燃稀混合氣的水平,在改善燃料經濟性的同時也降低 排氣污染. 無分電器點火系統完全是電子器件而無機械運動部件, 徹底解決了凸輪和軸承磨 損以及觸點燒蝕間隙失調而引起的一系列故障.二、點火波形分析1. 觸點式點火系

17、波形在發動機綜合性能分析儀的操作面板上按菜單項選擇擇和確認按鈕 ( 參見圖 2) ,使采控 系統進入波形顯示狀態,選擇當時即可得到點火波形如圖 10 所示(具體的操作步驟需按所 用儀器的使用說明書進行 ).圖示為觸點式點火系統的正常點火波形,上面為次級波,下面 為初級波.圖中 A為觸點開啟段；B為觸點閉合段,為點火線圈的充磁區.2U/ . 1U_>1rri 'L !3 八-!jf .一1 - - JL11 111耳L9 一11218：圏10 粒盒式點火系統的圧常旦火渡形(1) 觸點開啟點：點火線圈一次回路切斷,次級電壓被感應急劇上升；(2) 點火電壓：次級線圈電壓克服高壓線阻尼、

18、斷電器間隙和火花塞間隙而釋放充磁 能量,1-2段為擊穿電壓；(3) 火花電壓：為電容放電電壓；(4) 點火電壓脈沖：為充電、放電段；(5) 火花線：電感放電過程,即點火線圈的互感電壓能維持二次回路導通；(6) 觸點閉合：電流流入初級線圈,因初級線圈的互感而產生振蕩.a. 在火花持續期內因磁感應而在初級線路上產生電壓振蕩；b. 火花期后,剩余的磁場能量產生的衰減振蕩；c. 初級線圈的閉鎖段.從這一波形圖上我們可以清楚地看到斷電器觸點閉合角、開起角以及擊穿電壓和火花電壓的幅值,并可以測試到火花的延遲期和兩次振蕩過程.對于無故障點火系統,觸點閉合角為全周期的 45%-50%四缸機)或63%-70%六

19、缸機),八缸機約為64%-71%擊穿電壓超 過15kv,火花電壓9kV左右,火花時間大于 0.8ms.當這些數值或波形異常時,就意味著故 障的出現或系統需要調整.2. 無觸點點火系波形圖11為無觸點的電子點火系統的正常點火波形,與有觸點者相比,因其初級電路的通斷不是機械觸點的合與開,而是晶體管的導通持續期內初級電壓沒有明顯的振蕩,而充磁過程中因限流作用電壓有所升高,這一變動因點火線圈的感應引起次級電壓線相應的波動(圖中點2所示),這是無觸點點火波形的正常現象,檢測時需注意這一點.波形無分電器點火系統中兩缸共用一分點火線圈將會發生一個缸在循環中點火兩次,一次在壓縮過程末期圖12中(a)所示,是有

20、效點火,該工況下因氣缸的充量為新鮮 可燃混合氣的電離程度低,因此擊穿電壓和火花電壓較高；另一次是在排氣過程末期圖12中(b) 所示,是無效點火,該工況下因氣缸內為燃燒廢氣,電離程度高,因而擊穿電壓及火 花電壓較低,檢測時應加以區分.故障波形分析造成故障波形的原因很多,現場測得的故障波形也十分復雜,以下只就一些較常見 的典型故障波形進行簡略分析.1. 初級電壓分析根據發動機綜合分析儀所采集到的各類故障初級電壓波形,可以分析點火系斷電電路有關電氣元件和機械裝置的狀態,為斷電電路的調整和維修提供可靠的依據,以防止盲目拆卸.圖18所示波形在觸點開啟點出現大量雜波,顯然是觸點嚴重燒蝕而造成的,打磨 觸點

21、或更換斷電器即可證實.圖18觸點燒蝕的波花圖電容漏電波形圖19的初級電壓波形在火花期間的衰減周期數明顯減少,幅值也變低,顯然是電 器漏電造成的.圖20所示波形在觸點閉合階段有意外的跳動,造成這種現象的原因是觸點因彈簧 力缺乏引起不規那么跳動.圖21所示曲線的充磁期即觸點閉合角太小,一般由觸點間隙過大造成.如果觸點接地不良就會引起低壓波水平局部的大面積雜波,如圖22所示.I;*:*.: :J»W4««9*'*!*8*;I: f :;-1 W V V "ita J B " < 4 S' * *“ ><!* *%:T

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23、 :百 m ti»h*»fF-1v v r a * -v v v* a *r» W I W # S * ii Vai圖22接地不良圖23電子點火系統充磁段無限流件用圖23為電子點火系統的低壓故障波形, 比照圖12所示之正常波形,在充磁階段電 壓沒有上升,說明電路的限流作用失效, 無分電器點火系統無元件可調整, 當這一波形嚴重 失常時只能逐個更換諸如點火線圈、 點火器、點火信號發生器和凸輪位置傳感器等, 找出故 障器件或模塊.2. 次級波形分析正常情況下各缸擊穿電壓約為10-2OKV,各缸差異應不超過 2kV,為了初步檢測高壓線路,簡單易行的方法是首先逐個將各缸火花

24、塞接地,例第3缸火花塞短路的平列波如圖 24所示.正常情況下第 3缸擊穿電壓應不小于 5kV,否那么說明該缸高壓系統接地或絕緣不良.20 kV114211 尸-F QE圖 MFtr火花播地的平群廉如果將第3缸的高壓線取下使之開路,正常情況下該缸擊穿電壓應超過1OKV如圖25所示,如果明顯高于這一值那么說明高壓系統元件如高壓線、點火線圈有開路現象,有時低壓系統電容器嚴重漏電也會出現這一情況.WLV1942IV廠尸F *0R 25亀三缸為壓H越的1:1歹.披上面分析的初級故障波形必將在次級波形上有所反映,另外,二次波形還受火花塞、燃燒過程、混合氣成分、發動機熱狀態、點火線圈等等的影響,情況較為復雜

25、.以以下舉出 大量實測的二次故障波形,因導致故障的因素是多方面的,圖26故障解釋只是故障成因的主要側面.CIO比花專上有機屈或祝鼻412電馥嚴統畋愉嗜工作不良<19>點火線01或電容器働電<20點火纜初氏圾接頭開路CU出圾電 SR fllilt柴油機噴油壓力波形檢測柴油的自燃點比汽油約低 200C,可以在壓縮行程末期噴入汽缸自行著火燃燒.因 此柴油機供油系并無電量可采集.這是柴油機檢測的難點之一.發動機綜合性能分析儀在檢 測柴油機的供油系時, 首先要將非電量的供油壓力轉變成電量,在不解體檢驗作業中, 只能用外卡式傳感器.它以一定的預緊力卡夾在噴油泵與噴嘴之間的高壓油管上,如圖

26、37所示,油管在高壓油脈沖的作用下產生微小膨脹,擠壓外卡式傳感器內的壓電傳感元件,產生壓電電荷,經分析儀中的電荷放大器放大后供采控系統分析.高壓柴油在噴油泵出口到噴油嘴的油管沿程以波動方式傳播,即在同一瞬間噴油泵 端的壓力和噴油嘴端的壓力是不同的,圖38為實測到的噴油泵出口壓力波和噴油嘴端壓力波.當噴油泵柱塞上升開始關閉進油孔時,高壓油管的壓力上升,當超過剩余壓力Pr時,燃油即進入高壓油管,當油壓繼續上升達噴油嘴的針閥開啟壓力Po時針閥開啟,開始向燃燒室噴油.所以噴油嘴實際噴油開始點落后于噴油泵的供油開始點,這一段時間差稱噴油延遲.由于延遲必將導致實際噴油提前角較幾何供油提前角要小,提升針閥開

27、啟壓力Po和增加油管總容積都使這一延遲加長,為使各缸供油提前角均衡,各缸高壓油管都是等長度的.針閥翻開的瞬時因容積的增大和局部油進入氣缸,噴油嘴端的壓力微降. 但因柱塞的繼續上升,噴油泵端的壓力繼續上升直到噴油泵回油孔翻開,泵端壓力速降.但噴油嘴端的壓力因高壓油管的彈性收縮使壓力下降緩慢,這一壓力一直下降到低于噴油嘴針閥的落座壓力Ps時,噴油才告終止.這是正常壓力波.當油管中的壓力波激起針閥的振動或壓力波在高壓油 管兩端的反射波過大時會引起不規那么噴射或兩次噴射等不正常現象.此科炬叵、嘴油RI入口汪力K嵐上嘴油泉出口圧力S 3N 噴油余嶄和嘈油嘴躋的壓力玻田虹就油壓力琨艸簟3. 供油壓力波如果測試系統連接上多通道夾持式壓力傳感器,我們可以采集到多缸柴油機的各缸供油壓力波形,并通過信息處理軟件如同汽油機點火波形一樣組合成平列波、并列波和重疊波形,如圖43、圖44、圖45所示.但因傳感器壓電特性和高壓油管彈性的差異以及夾持式 傳感器安裝過程的隨機誤差,使各缸供油壓力信號的采集差異比各缸點火信號采集差異要 大,從而導致根據這些圖形分析各缸供油一致性的推理可信度下降.4.