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一、背景介绍 这是一辆06年的大众Polo车，搭配一台1.2L的BDM三缸发动机，我在节气门迅速全开的情况下用WPS500X压力传感器进行了缸压测试（软件汽车菜单中有此项引导测试）。
图1 缸压波形和RPM曲线
图1中黄色波形（D通道）为缸压波形，蓝色波形（A通道）是该缸点火信号波形，紫色波形是根据点火信号用数学通道绘制出的发动机转速曲线（也可以根据C通道曲轴信号绘制）。那么问题来了：为什么随着转速增加，缸压峰值一直在变化，先升高后降低？最大的时候甚至超过了20bar，但是怠速工况下的缸压峰值就非常稳定均匀。
起初我们怀疑是排气压力导致的，于是用机械压力表测前氧传感器（三元催化器之前），显示压力值仅为1.5psi（约等于0.1bar）。接着我在拆下前氧传感器的情况下又测了一次缸压波形，还是和之前测的一样。该发动机并不配有可变正时等技术，也许缸压波形这种变化是正常的，可以考虑捕获同一款车的缸压来比较观察。
这辆Polo车起动和怠速运行都是正常的，也没有报任何的故障代码，但是在短时间运行后，三元催化器会烧红。经过多家修理厂维修，更换了多个部件，三元催化还是会烧红，气门仍存在烧蚀。但如果真是排气门泄漏这个问题的话，去年已经对气门维修过两次了，应该已经修好了的。
二、分析解答 我们将波形放大仔细观察发现，在节气门全开的情况下，气缸内的排气背压接近2bar（图2），之前用机械压力表在前氧传感器测得压力值仅为0.1bar。
图2 放大波形观察
事实上压缩峰值这种变化是正常的，和检测设备没有关系，这是因为发动机升高到一定转速后，容积效率（充气效率）会随着转速的增加而降低（在这一特定转速前，发动机充气效率随转速增加而升高）。发动机气缸总容积是一定的，由于高转速下进排气不充分，导致了图2缸压峰值先升高后降低。
假设一个发动机容积效率为100%，在某一转速下马力数为55，那么发动机在该转速下的最大空气流量值为55gm/s。但100%的容积效率只是理想情况下的，实际容积效率是在80%-88%之间。因此如果计算出MAF（空气流量）为48gm/s左右，就可以认为该发动机进气充分，那么就只剩下气缸中排气背压的影响了。
图3是在一台正常的发动机节气门迅速全开时测得的缸压波形，节气门全开时，气缸内的排气背压也是在2bar左右，用机械压力表测前氧传感器处的排气压力为0.35bar。由此看来，由于故障或者排气系统设计的影响，在高转速下（节气门全开）气缸内的排气背压可能会升高到2bar左右。（并不排除存在某些故障导致排气背压高达2bar，如三元催化堵塞等）
图3 正常发动机的缸压波形
接着我们看另一个例子（图4），我们在捕获缸压波形的同时还采集了MAF空气流量计信号波形（蓝色）以及进气歧管压力波形（绿色）。空气流量计信号电压达到最大时，缸压峰值已经处于逐渐下降阶段，并且此时气缸内的排气背压最大（2.23bar）。
图4 MAF和进气歧管压力
回到大众Polo车的缸压波形，我还发现，缸压峰值和曲轴转角的位置关系也在变化。如图5所示，发动机转速为5648rpm时，缸压峰值与曲轴信号盘缺齿相差113°曲轴转角，气缸内排气背压为1.958bar。
图5 转速为5648rpm时的位置关系
然而在怠速时（发动机转速为827rpm），缸压峰值与曲轴信号盘缺齿相差81°曲轴转角，气缸内排气背压为0（图6）。
图6 怠速时的位置关系
我觉得出现这种缸压波形的原因是，发动机高转速运转时，活塞压缩产生大量的热造成了气体膨胀。图5中发动机转速为5648rpm，气缸压缩速度很快，温度迅速升高造成气体膨胀，因此我们会看到缸压波峰的两侧是不对称的。除此之外，由于排气背压高达2bar，并不总能排光所有的废气。这也就使得一个工作循环结束后气缸内压力大于进气管中的大气压，因此无法充分进气，影响充气效率。
至于这辆Polo车三元催化烧红的问题，如果排除了三元催化堵塞，很有可能是混合气过稀、气体泄漏或者是燃油质量不佳。
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发表于 2020-11-23 14:09:42
