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1、第七章 工程机械发动机的诊断与检测,目录,发动机 技术状况的变化,故障增多,性能降低,损耗增加,在进行发动机技术状况诊断时，除了故障诊断外，应当测出有关的诊断参数值，然后与标准值对照，即可确知发动机的技术状况。,发动机常用诊断参数,发动机常用诊断参数,发动机常用诊断参数,发动机常用诊断参数,第一节 发动机功率的检测,一、稳态测功,稳态测功,一、稳态测功,(kw) （7-1）,发动机的有效功率Pe，扭矩Te和转速n具有下列关系,一、稳态测功,在测发动机的外特性时，应测68个转速点， 包含最大功率、最大扭矩转速 在发动机最低稳定转速和最大功率转速之间均匀分布。 测试时调整测功机负荷，使发动机转速由
2、低到高，记下各测点转速与相对应的扭矩值。,一、稳态测功,必须对发动机施加外部负荷 因而也称为有负荷测功或有外载测功。,二、动态测功,动态测功,二、动态测功,1.动态测功的原理,动态测功是运用力学和电子技术，测量发动机从n1加速到n2转速所需时间及所做的功。 由动能原理可知，发动机由n1向n2过渡所作的功等于曲轴转速度从n1增加到n2其动能的增量，即：,式中： A发动机转速由n1增加到n2所做的功（W）； J发动机运动部件对曲轴中心线的当量转动惯量（kgm2）； 转速为n1时的曲轴角速度（1/s）； 转速为n2时的曲轴角速度（1/s）；,二、动态测功,1.动态测功的原理,若转速从n1增加到n2的
3、时间为t， 发动机在时间t内的平均功率为：,二、动态测功,1.动态测功的原理,各种型号发动机主要旋转和往复运动件，如曲轴、活塞连杆机构、飞轮等均有一定的当量转动惯量，可认为是一个定值，加之测量时，n1,n2均确定为定值，由上式可以简化为:,二、动态测功,1.动态测功的原理,对于某一型号的发动来说，C是一个定值，只要测得t，即可计算出平均功率Pem，Pem是发动机变工况下测得的平均功率，它比稳定工况下测得的最大功率小，但它们之间存在一近似常量关系。 因此，一般在标定时，根据t算出平均功率，然后根据最大功率与平均功率的关系，用功率换算系数K进行修正，推算出发动机的最大功率值，即,二、动态测功,1.
4、动态测功的原理,在无负荷测功仪说明书中，都会给出几种常见发动机的加速时间功率对照或加速时间功率关系曲线。,二、动态测功,2.动态测功仪的构成,仪器方案,二、动态测功,3.测加速时间的动态测功仪,图7-1 平均加速功率测量仪方框图 1-分电器触点：2-转速信号传感器； 3-转速脉冲整形装置； 4-起始转速触发器； 5-终止转速触发器；6-时标； 7-计算与控制装置；8-显示装置,由转速信号传感器、转速脉冲整形装置、起始转速触发器、终止转速触发器、时标、计算与控制装置和显示装置组成，如图7-1所示。,这种测功仪能把汽油机点火系初级电路断电器触点开闭初级电流的感应信号或柴油机高压油泵某缸的高压油管中
5、的压力信号作为曲轴转速的脉冲信号，经整形成为矩形触发波，然后再把矩形的转速脉冲变成平均电压信号。,二、动态测功,4.测瞬时角速度的动态测功仪,由传感器、脉冲整形装置、时间信号发生器、加速度计数器和控制装置、功率指示表和转速表等组成，其方框图如图7-2所示。,图7-2 瞬时角加速度方框图 1-传感器；2-整形装置； 3-时间信号发生器； 4-计数器和控制装置； 5-转换分析器；6-转换开关； 7-功率表；8-转速表；9-电源,二、动态测功,5.动态测功仪的使用,先将发动机运转到正常工作温度，然后让发动机停机,一般测试应重复34次，取其平均值。根据测试结果，对发动机技术状况进行判断。,二、动态测功
6、,5.动态测功仪的使用,先测出发动机的整机功率， 再测出某缸断油或断火时的功率， 两功率值之差即为断油或断火之缸的功率。,三、单缸功率的检测,技术状况良好的发动机，各缸功率是一致的，否则将造成发动机运转不平稳。比较各缸功率，可判断各缸的工作状况。,动态测功仪既可以检查发动机的整机功率，又可以测量某气缸的单缸功率。,检查单缸功率的方法,三、单缸功率的检测,工作正常的发动机在某一转速下稳定运转时，发动机的指示功率与摩擦功率是平衡的。此时取消任何一缸工作，发动机转速会下降相同值。,三、单缸功率的检测,当发动机在800r/min下稳定运转时，每停止一缸工作致使转速下降值见表7-2。,单缸停止工作后发动
7、机转速正常平均下降值（r/min) 表7-2,三、单缸功率的检测,动态测功仪仅能对发动机动力性能进行评价，并不能找出故障部位。要想分析故障原因，需测量一些局部的诊断参数，如气缸压力、曲轴箱窜气量等，进行深入诊断。,第二节 气缸密封性的检测,与气缸、气缸盖、气缸衬垫、活塞、活塞环和进排气门等包围工作介质的零件有关。,气缸压缩压力、曲轴箱漏气量、气缸漏气量或气缸漏气率等。,一、气缸压缩压力的检测,1气缸压力表检测,图7-3 气缸压力表,一、气缸压缩压力的检测,1气缸压力表检测,气缸压力表 接头,一、气缸压缩压力的检测,1气缸压力表检测,检测条件,发动机应运转至正常热状态，此时冷却水温度应达到859
8、5，机油温度应达7090。,一、气缸压缩压力的检测,1气缸压力表检测,检测方法,测量前先将喷油器安装孔周围清洗干净，避免异物落入气缸。然后拆下全部喷油器，把专用气缸压力表的锥形橡皮头插入被测缸的喷油器孔内，扶正压紧。将供油拉杆放置在停供的位置，用起动机带动发动机运转35s，其转速应在100150之内。待气缸压力表指针指示并保持最大压力读数后停止转动。取下压力表，记下读数。按下单向阀，使压力表回零。按此法依次测量各缸，每缸测量不少于2次。,一、气缸压缩压力的检测,1气缸压力表检测,检验标准,气缸压缩压力标准一般由制造厂提供。也可以根据下述公式进行推算。,（MPa） （7-6）,一、气缸压缩压力的
9、检测,1气缸压力表检测,结果分析,测得压力如果超过原厂的规定标准，说明燃烧室内积碳过多，气缸垫过薄或气缸体与缸盖接合平面经过多次修磨磨削过多； 测得的压力如果低于原厂规定标准，可向该缸喷油器孔内注入2030ml机油，然后重新用气缸压力表测量气缸压力值，并记录。,一、气缸压缩压力的检测,1气缸压力表检测,结果分析,一、气缸压缩压力的检测,1气缸压力表检测,一、气缸压缩压力的检测,1气缸压力表检测,图7-4表示了某发动机气缸最大压缩压力与发动机转速的关系。,图7-4 气缸最大压缩压力与曲轴转速之间的关系,一、气缸压缩压力的检测,2测起动机电流法,起动机带动发动机曲轴所需的扭矩（Te）是起动机电流（
10、I）的函数，并与气缸压缩压力成正比。,依据,一、气缸压缩压力的检测,2测起动机电流法,图7-5 起动电流与曲轴转角关系曲线,从示波器直接记录的六缸发动机起动电流图（图7-5）中可以看出，波动曲线类似一个正弦曲线，其峰值与各缸的压缩压力最大值有关，按工作顺序找出各缸的对应的起动电流峰值，并通过一定的标定，即可表示出该缸压缩压力的大小。,一、气缸压缩压力的检测,用上述原理制作的测试仪，检测时,2测起动机电流法,，,一、气缸压缩压力的检测,测起动机电压检测气缸压缩压力的原理同上述测起动机电流检测气缸压缩压力相同。 它是通过起动机在发动机起动时遇到的阻力不一样，引起起动机电压变化来反映各缸压缩时气缸内
11、的实际密封状况。检测仪器测量并显示起动机电压的变化。 如果各缸引起的电压变化曲线幅度一致，又处在规定范围内，说明各缸压缩压力符合要求且压力均衡 反之，若某缸对应的电压变化曲线低于规定范围，则说明该缸压缩压力不足。,3测起动机电压法,原理,目前，用测电流法，测电压法来检测气缸压缩压力的仪器较多，尤其是在一些发动机综合测试仪上，主要采用这两种方法。,二、气缸漏气率的检测,发动机不工作时，用漏气率测试仪测试气缸漏气率，在不解体的情况下判定气缸与活塞组件、气门与气门座、缸盖与气缸垫间的密封情况。,3测起动机电压法,二、气缸漏气率的检测,气缸漏气率检测仪的结构简图如图7-6所示。它主要由减压阀，进气压力
12、表、测量表、出气量孔、软管、接头开关和测量塞头等组成，外接气源压力为0.60.8MPa。,3测起动机电压法,检测时，将发动机预热到正常工作温度后停机，拧下 喷油嘴并清除安装部分周围的脏物，将第一缸活塞处于压缩行程某一位置，采用变速器挂挡或其它防止活塞被压缩空气推动的措施后，将仪器与气源接通，先关闭开关6观察漏气量表上的指针是否在0点，若不在0点上，用调整螺钉进行调整，然后把测量塞头压紧在安装喷油嘴的孔上，打开开关6向气缸充气，测量表上的读数，即反映一缸的密封情况，其它缸也以此方法进行测量。,二、气缸漏气率的检测,3测起动机电压法,气缸漏气率的测量原理是：压力为的压缩空气，经量孔进入处于压缩行程
13、的气缸内，因各配合副有一定的间隙，压缩空气从不密封处泄漏，这样在量孔前后形成一定的压力差，其值为：,（7-7）,二、气缸漏气率的检测,3测起动机电压法,漏气率表实际上是一个压力表，它采用百分比刻度，当打开开关1，接通压缩空气，开关6关闭时，调整减压阀，使漏气率表的指针指向0点；当打开出气阀6，压缩空气经量孔直接排入大气中时，指针指示刻度为100%。在0与100之间等分100等分，每一等分为1%的漏气量。,二、气缸漏气率的检测,3测起动机电压法,二、气缸漏气率的检测,3测起动机电压法,表7-3 为气缸漏气率的诊断标准。,三、气缸漏气量的检测,气缸漏气量的检测使用的仪器，检测的方法，判断故障的方法
14、等与气缸漏气率的检测基本一致，只是气缸漏气量检验仪的测量表标定单位为KPa。,三、气缸漏气量的检测,则是气缸垫在相邻缸间烧穿。,在对气缸充气过程中，若排气管内有漏气声,表明排气门密封不严,若进气管道内有漏气声,表明进气门密封不严,若在加机油口处听到漏气声特别明显,表明气缸套与活塞组件磨损严重,若在水箱内有漏气声并伴有水泡,表明气缸垫漏气,若被测气缸的相邻喷油嘴安装孔有漏气声,四、曲轴箱窜气量检测,气缸活塞组配合副的磨损、活塞环弹性下降或粘结均会使气缸的密封性下降，窜入曲轴箱的气体将会增加，如有的新发动机曲轴箱的窜气量约为1520L/min，而工作时间较长，气缸活塞组配合副零件有较大磨损时其窜气
15、量可高达80130L/min。 发动机在确定的工况下工作，单位时间内窜入曲轴箱气体的数量，表示了气缸活塞组的技术状况和磨损程度 .,四、曲轴箱窜气量检测,检测曲轴箱窜气量的测量仪多采用玻璃转子式流量计，如图7-7所示。它实际上是一种压差式流量计。,图7-7 气体流量计示意图 1-压力计；2-通大气管； 3-流量孔板； 4-流量孔板扳手； 5-通曲轴管胶管； 6-刻度板,第三节 柴油机燃油供给系的诊断与检测,柴油机的燃油供给系是柴油机的心脏，其性能的好坏直接影响柴油机的动力性和经济性。燃油供给系也是柴油机故障多发的系统，该系统的故障发生率占整个柴油机故障的60%以上。因此对该系统的故障诊断和检测
16、尤为重要。,一、柴油机燃油供给系的仪器诊断和检测,柴油机工作性能的好坏，与燃料供给系的工作状况密切相关。喷油泵和喷油器的工作状况，可以通过高压油管中压力的变化情况和针阀升程反映出来，因此，用测量仪器检测高压油管中压力和喷油泵凸轮轴转角之间的变化关系、喷油器针阀升程与喷油泵凸轮之间的变化关系，就可以判断出柴油机燃料供给系的工作是否良好。 一些柴油机专用示波器和综合测试仪（如QFC-5型和CFC-1型等）均能在柴油机不解体情况下，以多种形式观测各缸高压油管中的压力波形和喷油器的针阀升程波形。综合测试仪还能定量地、准确地测出高压油管中的最大压力、残余压力和供油提前角等参数，并能进行异响分析、配气相位测量等项目，为全面分析、判断燃油系技术状况提供波形和数据。,一、柴油机燃油供给系的仪器诊断和检测,1.主要检测项目及波型介绍,利用示波器可观测柴油机燃料系的以下主要项目。,一、
