2012款大眾輝騰車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)

中鑫之寶汽車服務(wù)有限公司 任賀新

故障現(xiàn)象一輛2012款大眾輝騰車，搭載4.2 L V8發(fā)動(dòng)機(jī)（采用“5氣門”技術(shù)，即每個(gè)氣缸均有2個(gè)排氣門和3個(gè)進(jìn)氣門），累計(jì)行駛里程約為31萬km。車主進(jìn)廠報(bào)修發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)故障。維修技師用故障檢測(cè)儀檢測(cè)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元中沒有存儲(chǔ)故障代碼；讀取發(fā)動(dòng)機(jī)失火數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)氣缸7偶發(fā)失火；將氣缸7的火花塞、點(diǎn)火線圈及噴油器與其他氣缸對(duì)調(diào)，失火故障不轉(zhuǎn)移；用氣缸壓力表測(cè)量氣缸壓力，氣缸7的氣缸壓力約為8 bar（1 bar=100 kPa），其他氣缸的氣缸壓力均在10 bar左右。維修技師懷疑氣缸7存在機(jī)械故障，但無法準(zhǔn)確判斷故障點(diǎn)，拆解發(fā)動(dòng)機(jī)的維修方案無法使客戶信服，于是向筆者請(qǐng)求技術(shù)支持。

故障診斷接車后試車，用故障檢測(cè)儀檢測(cè)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元中確實(shí)無故障代碼存儲(chǔ)；讀取怠速時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)失火數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)氣缸7的失火數(shù)據(jù)在不斷增加，由此確定氣缸7工作不良。由于氣缸壓力表的管路中內(nèi)置了單向閥，顯示的數(shù)值是多個(gè)壓縮行程的累計(jì)氣缸壓力，因此無法準(zhǔn)確判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械故障，于是筆者決定使用pico示波器和WPS500壓力傳感器對(duì)氣缸7的氣缸壓力進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)。

如圖1所示，拆掉氣缸上的火花塞，將壓縮管的一端擰入火花塞安裝孔，另一端連接至WPS500壓力傳感器；WPS500壓力傳感器把氣壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳輸給pico示波器；pico示波器通過USB線連接至筆記本電腦，最終在電腦屏幕上顯示氣缸壓力波形。注意：由于被測(cè)氣缸的火花塞被拆掉了，因此被測(cè)氣缸無法做功，為避免誤會(huì)，可將做功行程稱為釋放行程。

圖1 WPS500壓力傳感器的安裝

首先測(cè)量起動(dòng)時(shí)的氣缸壓力，脫開所有噴油器的導(dǎo)線連接器，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，此時(shí)所有氣缸均不會(huì)做功，曲軸由起動(dòng)機(jī)帶著旋轉(zhuǎn)。分析起動(dòng)時(shí)氣缸7的氣缸壓力波形（圖2）可以發(fā)現(xiàn)以下3處異常。

圖2 起動(dòng)時(shí)氣缸7的氣缸壓力波形（截屏）

（1）壓縮上止點(diǎn)時(shí)的最高氣缸壓力為7.8 bar，正常應(yīng)為12 bar左右。

（2）壓縮行程的上升曲線和釋放行程的下降曲線不對(duì)稱，下降“斜坡”更陡，說明釋放行程中氣缸壓力下降得很快。

（3）釋放行程末段出現(xiàn)-600 mbar（1 mbar=0.1 kPa）的真空帶，正常應(yīng)為300 mbar左右。

如圖3所示，氣缸在壓縮行程和釋放行程時(shí)，理論上進(jìn)、排氣門都是關(guān)閉的，燃燒室是一個(gè)封閉空間，只是活塞從下止點(diǎn)移動(dòng)到上止點(diǎn)，隨后又回到下止點(diǎn)。壓縮行程開始時(shí)和釋放行程結(jié)束時(shí)，活塞都在下止點(diǎn)位置，這2個(gè)位置對(duì)應(yīng)的氣缸壓力是相同的，即Pa=Pb。如果燃燒室密封不嚴(yán)，活塞上行壓縮時(shí)會(huì)漏氣，導(dǎo)致最高壓縮壓力偏低；活塞下行釋放時(shí)，由于氣缸內(nèi)的氣體減少，壓力會(huì)下降得更快，并且在釋放行程末段形成較大的真空。因?yàn)榛钊h(huán)和氣缸壁的配合無法完全密封燃燒室，允許泄漏少量的氣體，所以在釋放行程都會(huì)出現(xiàn)一定的真空，但如果真空過大，說明燃燒室密封不嚴(yán)。

圖3 氣缸的壓縮行程和釋放行程

綜上所述，推測(cè)氣缸7的燃燒室密封不嚴(yán)。由于進(jìn)、排氣門實(shí)際是提前開啟、滯后關(guān)閉的，為保證推理的嚴(yán)謹(jǐn)性，接下來測(cè)量怠速時(shí)氣缸7的氣缸壓力波形（此時(shí)除了氣缸7無法做功，其他氣缸均能正常做功）。分析怠速的氣缸壓力波形，能夠看到排氣門的打開時(shí)刻和進(jìn)氣門的關(guān)閉時(shí)刻。每進(jìn)行一個(gè)行程，曲軸旋轉(zhuǎn)180°，活塞從一個(gè)止點(diǎn)移動(dòng)到另一個(gè)止點(diǎn)，因此四行程發(fā)動(dòng)機(jī)完成一個(gè)循環(huán)時(shí)，曲軸旋轉(zhuǎn)720°。氣門開閉時(shí)刻用活塞達(dá)到上止點(diǎn)或下止點(diǎn)前后的曲軸角度表示。圖4中紅色箭頭所指位置是排氣門打開時(shí)刻，為下止點(diǎn)前45°（180°-135°=45°）曲軸轉(zhuǎn)角；綠色箭頭所指位置是進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)刻，為下止點(diǎn)后60°（600°-540°=60°）曲軸轉(zhuǎn)角。這2個(gè)角度與其他氣缸的一致，由此推斷氣缸7的進(jìn)、排氣門的開閉時(shí)刻正常。

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理，當(dāng)氣缸位于壓縮上止點(diǎn)時(shí)，進(jìn)、排氣門都是關(guān)閉的，燃燒室是封閉狀態(tài)，此時(shí)從火花塞安裝孔向燃燒室內(nèi)注入煙霧，如果有煙霧泄漏出來，可根據(jù)冒煙的部位反推故障點(diǎn)。

圖4 怠速時(shí)氣缸7的氣缸壓力波形（截屏）

拆下所有火花塞（便于接下來轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸），找1根較長(zhǎng)的直鐵絲，將其插入氣缸7的火花塞安裝孔，直到頂住活塞頂；讓另一名維修人員用工具轉(zhuǎn)曲軸，當(dāng)鐵絲向上移動(dòng)時(shí)，說明氣缸7處于壓縮行程或排氣行程；若火花塞安裝孔明顯向外吹氣，則說明氣缸7處于壓縮行程，這時(shí)慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸，直到鐵絲升到最高點(diǎn)，這樣就找到了氣缸7的壓縮上止點(diǎn)。接著用煙霧測(cè)漏儀從氣缸7的火花塞安裝孔向氣缸7內(nèi)打煙霧，發(fā)現(xiàn)煙霧從氣缸6的火花塞安裝孔冒出（圖5）。這是為什么呢？這款發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火順序?yàn)?-5-4-8-6-3-7-2，發(fā)動(dòng)機(jī)做功循環(huán)示意如圖6（在波形疊加工具WOT中輸入發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火順序，自動(dòng)生成發(fā)動(dòng)機(jī)做功循環(huán)示意圖）所示。

圖5 煙霧從氣缸6的火花塞安裝孔冒出

圖6 故障車的發(fā)動(dòng)機(jī)做功循環(huán)示意

分析圖6可知，當(dāng)氣缸7處于壓縮上止點(diǎn)時(shí)，氣缸6處于做功行程結(jié)束、排氣行程即將開始的狀態(tài)，此時(shí)氣缸6的排氣門是打開的（排氣門提前打開）。假如氣缸7的排氣門關(guān)閉不嚴(yán)，氣缸7中的煙霧會(huì)按照“氣缸7排氣門→氣缸列2的排氣支管→氣缸6排氣門→氣缸6燃燒室”的順序從氣缸6的火花塞安裝孔冒出。當(dāng)然，此時(shí)氣缸8和氣缸4的排氣門也是打開的，其中氣缸4與氣缸7不在同一列，可不予考慮。理論上煙霧也能從氣缸8的火花塞安裝孔冒出，但實(shí)際上煙霧會(huì)走捷徑，具體從哪個(gè)氣缸冒煙，取決于排氣支管的結(jié)構(gòu)。為進(jìn)一步驗(yàn)證推測(cè)，裝上氣缸6的火花塞，煙霧從排氣管尾喉處冒出來了，這說明氣缸7的排氣門確實(shí)關(guān)閉不嚴(yán)。

拆下發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器總成，拆下氣缸列2的氣缸蓋，對(duì)氣缸7的氣門進(jìn)行漏光測(cè)試，發(fā)現(xiàn)1個(gè)排氣門明顯透光（圖7），說明該排氣門和氣門座貼合不嚴(yán)。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，該排氣門與氣門導(dǎo)管的間隙過大，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)氣門錐面和氣門座磨損不均勻，最終造成排氣門密封不嚴(yán)。

圖7 排氣門密封不嚴(yán)

故障排除更換相應(yīng)的排氣門、氣門導(dǎo)管及氣門座后試車，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工作平穩(wěn)，故障排除。

故障總結(jié)診斷過程中，筆者還用氣缸漏氣量測(cè)量?jī)x測(cè)量了氣缸7的漏氣量（圖8），左側(cè)壓力值為5.7 bar時(shí)，右側(cè)壓力值為1.1 bar，漏氣量（漏氣量=泄漏壓力/充注壓力）達(dá)到了80%。由于這款發(fā)動(dòng)機(jī)比較大，發(fā)動(dòng)機(jī)室?guī)缀醣徽紳M，很多部件都不方便拆（比如前氧傳感器），實(shí)在不方便聽漏氣的聲音，所以又改用煙霧測(cè)漏儀進(jìn)行檢測(cè)。

圖8 測(cè)量氣缸7的漏氣量