發(fā)動機(jī)單缸失火故障的免拆診斷方法（四）

余姚東江名車專修廠 葉正祥

案例8 2011款保時捷卡宴3.0T車發(fā)動機(jī)怠速間歇性抖動

故障現(xiàn)象一輛2011款保時捷卡宴3.0T車，搭載CJT發(fā)動機(jī)，累計行駛里程約為21萬km。該車因發(fā)動機(jī)怠速間歇性抖動在其他維修廠維修，維修人員用故障檢測儀檢測，提示氣缸4失火；先后調(diào)換點(diǎn)火線圈、火花塞及噴油器后試車，故障依舊，且故障檢測儀仍提示氣缸4失火；用氣缸壓力表測量氣缸4的壓力，與其他氣缸的壓力基本一致。診斷至此，沒有了維修思路，于是將車開至我廠進(jìn)行檢修。

故障檢測接車后試車，起動發(fā)動機(jī)，發(fā)動機(jī)怠速間歇性抖動，且組合儀表上的發(fā)動機(jī)故障燈異常點(diǎn)亮。用故障檢測儀檢測，發(fā)現(xiàn)發(fā)動機(jī)控制單元（DME）中存儲有故障代碼“P030400 氣缸4-檢測到缺火”和故障代碼“P130A00 氣缸關(guān)閉”（圖51）；讀取氣缸失火數(shù)據(jù)（圖52），發(fā)現(xiàn)氣缸4的失火次數(shù)為916次，其他氣缸的失火次數(shù)均為0次，由此可知?dú)飧?確實(shí)存在失火故障。

本著由簡入繁的原則，決定先檢查點(diǎn)火系統(tǒng)（雖然點(diǎn)火線圈和火花塞故障的可能性已排除，但是點(diǎn)火控制信號故障的可能還沒排除）。查看維修資料得知，該車右側(cè)（乘客側(cè)）氣缸列由前（靠近車頭方向?yàn)榍埃┩蠓謩e為氣缸1、氣缸2和氣缸3，左側(cè)（駕駛?cè)藗?cè)）氣缸列由前往后分別為氣缸4、氣缸5和氣缸6，點(diǎn)火順序?yàn)?-4-3-6-2-5。

用pico示波器和COP探頭測量發(fā)動機(jī)怠速時氣缸4的點(diǎn)火波形（圖53），與其他氣缸對比可知，點(diǎn)火波形正常（怠速時采用多次點(diǎn)火控制模式）。由于故障是間歇性的，需要捕捉到氣缸4失火時對應(yīng)的點(diǎn)火波形才好判斷點(diǎn)火控制信號是否正常。增加1個通道用壓力傳感器WPS500測量排氣脈動（圖54，紅色為排氣脈動波形，藍(lán)色為氣缸4的點(diǎn)火波形），當(dāng)排氣脈動異常（氣缸4失火引起的）時，放大氣缸4的點(diǎn)火波形觀察，發(fā)現(xiàn)氣缸4的點(diǎn)火波形正常，由此確定氣缸4的點(diǎn)火控制信號正常。

圖51 發(fā)動機(jī)控制單元中存儲的故障代碼（截屏）

圖52 氣缸失火數(shù)據(jù)（截屏）

圖53 發(fā)動機(jī)怠速時氣缸4的點(diǎn)火波形（截屏）

進(jìn)行相對壓縮測試（圖55，用起動機(jī)帶動發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，不要起動發(fā)動機(jī)，同時用電流鉗測量起動電流），發(fā)現(xiàn)其中1個氣缸剛開始無法建立氣缸壓力（無電流波峰），接著氣缸壓力逐漸又恢復(fù)正常，由此推斷氣缸4間歇性密封不良。同時測量氣缸4的氣缸壓力和起動電流（圖56，紅色為起動電流波形，綠色為氣缸4的氣缸壓力），發(fā)現(xiàn)隨著氣缸4的氣缸壓力增大，起動電流也恢復(fù)正常，由此確定氣缸4間歇性密封不良，可能的故障原因有：進(jìn)、排氣門關(guān)閉不嚴(yán)；活塞環(huán)、活塞或氣缸壁損壞；氣缸墊損壞。

圖54 發(fā)動機(jī)怠速時氣缸4的點(diǎn)火波形和排氣脈動波形（截屏）

圖55 相對壓縮測試波形（截屏）

圖56 同時測量氣缸4的氣缸壓力和起動電流（截屏）

圖57 起動發(fā)動機(jī)時的進(jìn)氣脈動、排氣脈動和氣缸4的氣缸壓力波形（截屏）

如果進(jìn)、排氣門關(guān)閉不嚴(yán)，則進(jìn)、排氣脈動在壓縮行程和做功行程（正常情況下，進(jìn)、排氣門均處于關(guān)閉狀態(tài)）時受到的影響最大。同時測量起動發(fā)動機(jī)時（不起動著機(jī)）的進(jìn)氣脈動、排氣脈動和氣缸4的氣缸壓力波形（圖57，黃色為進(jìn)氣脈動波形，綠色為排氣脈動波形，綠色為氣缸4的氣缸壓力波形），發(fā)現(xiàn)在氣缸4壓縮上止點(diǎn)后的進(jìn)氣脈動波谷較高，且排氣脈動波動異常。假設(shè)此時進(jìn)氣門關(guān)閉不嚴(yán)，氣缸4的活塞向下運(yùn)動，抽吸空氣，進(jìn)氣脈動波谷應(yīng)較低，由此排除進(jìn)氣門關(guān)閉不嚴(yán)的可能；假設(shè)此時排氣門關(guān)閉不嚴(yán)，氣缸4的活塞向下運(yùn)動，抽吸排氣，確實(shí)會引起排氣脈動異常波動，由此推斷氣缸4的排氣門關(guān)閉不嚴(yán)。由于故障是在發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中間歇性出現(xiàn)，推斷排氣門搖臂或排氣門彈簧出現(xiàn)故障的可能性較大。

拆下氣門室蓋，發(fā)現(xiàn)氣缸4的排氣門搖臂軸承異常磨損（圖58），且排氣凸輪也異常磨損。檢查氣缸5、氣缸6的排氣門搖臂和排氣凸輪，均有異常磨損，只是磨損程度不像氣缸4那么嚴(yán)重。分析認(rèn)為，異常磨損的氣缸4的排氣門搖臂軸承表面凹凸不平，若在凹面對氣門間隙進(jìn)行液壓補(bǔ)償，當(dāng)搖臂軸承旋轉(zhuǎn)至凸面時，氣門間隙就過小，從而導(dǎo)致排氣門關(guān)閉不嚴(yán)。那么排氣門搖臂和排氣凸輪異常磨損的原因是什么呢？考慮到該車?yán)塾嬓旭偫锍梯^長，機(jī)油在輸送至氣門室后的壓力損失較大，以致排氣門搖臂和排氣凸輪潤滑不良，從而出現(xiàn)異常磨損。另外還發(fā)現(xiàn)該車排氣門搖臂支撐元件頭部沒有油孔（圖59），因此決定為其更換上支撐元件頭部帶油孔的排氣門搖臂，幫助其改善潤滑條件，避免再次異常磨損。

圖58 氣缸4的排氣門搖臂軸承和排氣凸輪異常磨損

圖59 排氣門搖臂對比

故障排除更換上新排氣凸輪軸和帶油孔的排氣門搖臂后試車，發(fā)動機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，故障排除。

案例9 2011款奧迪A5 Sportback車發(fā)動機(jī)怠速間歇性抖動

故障現(xiàn)象一輛 2011款奧迪A5 Sportback車，搭載CDN發(fā)動機(jī)（排氣門升程可變），累計行駛里程約為13.2萬km。該車發(fā)動機(jī)怠速間歇性抖動，稍微踩下加速踏板使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速升高些，抖動現(xiàn)象就會消失；用故障檢測儀檢測，提示氣缸4失火；維修人員先后調(diào)換點(diǎn)火線圈、火花塞及噴油器后試車，故障依舊，且故障檢測儀仍提示氣缸4失火；用氣缸壓力表測量氣缸4的壓力，與其他氣缸的壓力基本一致。診斷至此，沒有了維修思路，于是將車開至我廠進(jìn)行檢修。

故障診斷用pico示波器、COP探頭和壓力傳感器WPS500同時測量發(fā)動機(jī)怠速時的排氣脈動和氣缸1的點(diǎn)火信號（圖60，綠色為排氣脈動波形，藍(lán)色為氣缸1的點(diǎn)火信號波形），發(fā)現(xiàn)氣缸4確實(shí)間歇失火。脫開曲軸位置傳感器導(dǎo)線連接器，用pico示波器和壓力傳感器WPS500同時測量起動發(fā)動機(jī)時的進(jìn)氣脈動和排氣脈動（圖61，紅色為進(jìn)氣脈動波形，綠色為排氣脈動波形），發(fā)現(xiàn)其中1個氣缸的進(jìn)氣脈動波谷偶爾較高，1個氣缸的排氣脈動波峰偶爾較低。增加1個通道同時測量氣缸1的氣缸壓力（圖62，紅色為進(jìn)氣脈動波形，綠色為排氣脈動波形，藍(lán)色為氣缸1的氣缸壓力波形），發(fā)現(xiàn)氣缸4的進(jìn)氣脈動波谷偶爾較高，氣缸1的排氣脈動波峰偶爾較低，進(jìn)一步分析（觀看視頻案例講解）認(rèn)為，氣缸4的排氣門偶爾密封不良。

圖60 發(fā)動機(jī)怠速時排氣脈動和氣缸1的點(diǎn)火信號的波形（截屏）

圖61 起動發(fā)動機(jī)時進(jìn)氣脈動和排氣脈動的波形（截屏）

圖62 起動發(fā)動機(jī)時進(jìn)氣脈動、排氣脈動和氣缸1的氣缸壓力的波形（截屏）

根據(jù)維修經(jīng)驗(yàn)可知，該款發(fā)動機(jī)的排氣門搖臂軸承容易磨損，且故障現(xiàn)象與該車故障現(xiàn)象相似。那么如何快速判斷該車故障與排氣門搖臂軸承異常磨損有關(guān)系呢？分析認(rèn)為，如果排氣門搖臂軸承異常磨損，就會伴隨有異響。于是用COP探頭、壓力傳感器WPS500和拾音器同時測量氣缸1的點(diǎn)火信號、排氣脈動和發(fā)動機(jī)異響（圖63，藍(lán)色為氣缸1的點(diǎn)火信號波形，綠色為排氣脈動波形，黃色為發(fā)動機(jī)異響波形），發(fā)現(xiàn)每次在氣缸4的排氣行程附近，發(fā)動機(jī)異響都比較明顯，由此推斷氣缸4的排氣門搖臂軸承異常磨損。

圖63 發(fā)動機(jī)怠速時氣缸1的點(diǎn)火信號、排氣脈動和發(fā)動機(jī)異響的波形（截屏）

拆下氣缸4的排氣門搖臂進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)其軸承表面并無異常磨損，但其軸承內(nèi)部的滾珠磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致軸承松曠。將氣缸4的排氣門搖臂固定（圖64），安裝百分表，上下晃動軸承，百分表的擺動量很大；然后轉(zhuǎn)動軸承，發(fā)現(xiàn)軸承由圖65a所示位置轉(zhuǎn)動到圖65b所示位置時，百分表的擺動量也很大。由此可知，氣缸4的排氣門搖臂軸承轉(zhuǎn)動時，排氣凸輪與排氣門搖臂軸承之間會有2種間隙產(chǎn)生，當(dāng)轉(zhuǎn)動到大間隙時，氣門間隙被液壓支撐元件補(bǔ)償（圖66），此時排氣門關(guān)閉正常；當(dāng)轉(zhuǎn)動到小間隙時，液壓支撐元件不能被壓縮，排氣凸輪會向下壓動排氣門搖臂軸承，從而向下壓動排氣門，而排氣凸輪與支撐元件間的杠桿臂要比排氣門與支撐元件間的杠桿臂短得多（圖67），因此排氣凸輪與排氣搖臂軸承間發(fā)生較小的位置變化就可以獲得較大的氣門升程變化，此時會使排氣門關(guān)閉不嚴(yán)。就算氣缸4的排氣門關(guān)閉不嚴(yán)，但并沒有明顯影響到氣缸壓力的建立，那么氣缸4為什么會失火呢？分析認(rèn)為，氣缸4在進(jìn)氣行程吸入了部分廢氣，影響了怠速工況時的混合氣燃燒，從而造成氣缸4間歇失火；而發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速提高時，換氣效果變好，氣缸4在進(jìn)氣行程吸入的廢氣量很少，不會影響混合氣的燃燒，因此故障現(xiàn)象消失。這其實(shí)與怠速工況要減小氣門重疊角，高速工況可增大氣門重疊角的原理相似。

圖64 測量氣缸4的排氣門搖臂軸承松曠程度

圖65 排氣門搖臂軸承的2個間隙位置

圖66 氣門間隙的補(bǔ)償原理

故障排除 更換氣缸4的排氣門搖臂（圖68）后試車，發(fā)動機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，故障排除。

圖67 氣門搖臂的杠桿原理

圖68 損壞的氣缸4的排氣門搖臂

（續(xù)完）