发动机单缸失火故障的免拆诊断方法（四）

2020-07-08余姚东江名车专修厂叶正祥

汽车维护与修理 2020年1期

余姚东江名车专修厂叶正祥

案例8 2011款保时捷卡宴3.0T车发动机怠速间歇性抖动

故障现象一辆2011款保时捷卡宴3.0T车，搭载CJT发动机，累计行驶里程约为21万km。该车因发动机怠速间歇性抖动在其他维修厂维修，维修人员用故障检测仪检测，提示气缸4失火；先后调换点火线圈、火花塞及喷油器后试车，故障依旧，且故障检测仪仍提示气缸4失火；用气缸压力表测量气缸4的压力，与其他气缸的压力基本一致。诊断至此，没有了维修思路，于是将车开至我厂进行检修。

故障检测接车后试车，起动发动机，发动机怠速间歇性抖动，且组合仪表上的发动机故障灯异常点亮。用故障检测仪检测，发现发动机控制单元（DME）中存储有故障代码“P030400 气缸4-检测到缺火”和故障代码“P130A00 气缸关闭”（图51）；读取气缸失火数据（图52），发现气缸4的失火次数为916次，其他气缸的失火次数均为0次，由此可知气缸4确实存在失火故障。

本着由简入繁的原则，决定先检查点火系统（虽然点火线圈和火花塞故障的可能性已排除，但是点火控制信号故障的可能还没排除）。查看维修资料得知，该车右侧（乘客侧）气缸列由前（靠近车头方向为前）往后分别为气缸1、气缸2和气缸3，左侧（驾驶人侧）气缸列由前往后分别为气缸4、气缸5和气缸6，点火顺序为1-4-3-6-2-5。

用pico示波器和COP探头测量发动机怠速时气缸4的点火波形（图53），与其他气缸对比可知，点火波形正常（怠速时采用多次点火控制模式）。由于故障是间歇性的，需要捕捉到气缸4失火时对应的点火波形才好判断点火控制信号是否正常。增加1个通道用压力传感器WPS500测量排气脉动（图54，红色为排气脉动波形，蓝色为气缸4的点火波形），当排气脉动异常（气缸4失火引起的）时，放大气缸4的点火波形观察，发现气缸4的点火波形正常，由此确定气缸4的点火控制信号正常。

图51 发动机控制单元中存储的故障代码（截屏）

图52 气缸失火数据（截屏）

图53 发动机怠速时气缸4的点火波形（截屏）

进行相对压缩测试（图55，用起动机带动发动机运转，不要起动发动机，同时用电流钳测量起动电流），发现其中1个气缸刚开始无法建立气缸压力（无电流波峰），接着气缸压力逐渐又恢复正常，由此推断气缸4间歇性密封不良。同时测量气缸4的气缸压力和起动电流（图56，红色为起动电流波形，绿色为气缸4的气缸压力），发现随着气缸4的气缸压力增大，起动电流也恢复正常，由此确定气缸4间歇性密封不良，可能的故障原因有：进、排气门关闭不严；活塞环、活塞或气缸壁损坏；气缸垫损坏。

图54 发动机怠速时气缸4的点火波形和排气脉动波形（截屏）

图55 相对压缩测试波形（截屏）

图56 同时测量气缸4的气缸压力和起动电流（截屏）

图57 起动发动机时的进气脉动、排气脉动和气缸4的气缸压力波形（截屏）

如果进、排气门关闭不严，则进、排气脉动在压缩行程和做功行程（正常情况下，进、排气门均处于关闭状态）时受到的影响最大。同时测量起动发动机时（不起动着机）的进气脉动、排气脉动和气缸4的气缸压力波形（图57，黄色为进气脉动波形，绿色为排气脉动波形，绿色为气缸4的气缸压力波形），发现在气缸4压缩上止点后的进气脉动波谷较高，且排气脉动波动异常。假设此时进气门关闭不严，气缸4的活塞向下运动，抽吸空气，进气脉动波谷应较低，由此排除进气门关闭不严的可能；假设此时排气门关闭不严，气缸4的活塞向下运动，抽吸排气，确实会引起排气脉动异常波动，由此推断气缸4的排气门关闭不严。由于故障是在发动机运转过程中间歇性出现，推断排气门摇臂或排气门弹簧出现故障的可能性较大。

拆下气门室盖，发现气缸4的排气门摇臂轴承异常磨损（图58），且排气凸轮也异常磨损。检查气缸5、气缸6的排气门摇臂和排气凸轮，均有异常磨损，只是磨损程度不像气缸4那么严重。分析认为，异常磨损的气缸4的排气门摇臂轴承表面凹凸不平，若在凹面对气门间隙进行液压补偿，当摇臂轴承旋转至凸面时，气门间隙就过小，从而导致排气门关闭不严。那么排气门摇臂和排气凸轮异常磨损的原因是什么呢？考虑到该车累计行驶里程较长，机油在输送至气门室后的压力损失较大，以致排气门摇臂和排气凸轮润滑不良，从而出现异常磨损。另外还发现该车排气门摇臂支撑元件头部没有油孔（图59），因此决定为其更换上支撑元件头部带油孔的排气门摇臂，帮助其改善润滑条件，避免再次异常磨损。

图58 气缸4的排气门摇臂轴承和排气凸轮异常磨损

图59 排气门摇臂对比

故障排除更换上新排气凸轮轴和带油孔的排气门摇臂后试车，发动机怠速运转平稳，故障排除。

案例9 2011款奥迪A5 Sportback车发动机怠速间歇性抖动

故障现象一辆 2011款奥迪A5 Sportback车，搭载CDN发动机（排气门升程可变），累计行驶里程约为13.2万km。该车发动机怠速间歇性抖动，稍微踩下加速踏板使发动机转速升高些，抖动现象就会消失；用故障检测仪检测，提示气缸4失火；维修人员先后调换点火线圈、火花塞及喷油器后试车，故障依旧，且故障检测仪仍提示气缸4失火；用气缸压力表测量气缸4的压力，与其他气缸的压力基本一致。诊断至此，没有了维修思路，于是将车开至我厂进行检修。

故障诊断用pico示波器、COP探头和压力传感器WPS500同时测量发动机怠速时的排气脉动和气缸1的点火信号（图60，绿色为排气脉动波形，蓝色为气缸1的点火信号波形），发现气缸4确实间歇失火。脱开曲轴位置传感器导线连接器，用pico示波器和压力传感器WPS500同时测量起动发动机时的进气脉动和排气脉动（图61，红色为进气脉动波形，绿色为排气脉动波形），发现其中1个气缸的进气脉动波谷偶尔较高，1个气缸的排气脉动波峰偶尔较低。增加1个通道同时测量气缸1的气缸压力（图62，红色为进气脉动波形，绿色为排气脉动波形，蓝色为气缸1的气缸压力波形），发现气缸4的进气脉动波谷偶尔较高，气缸1的排气脉动波峰偶尔较低，进一步分析（观看视频案例讲解）认为，气缸4的排气门偶尔密封不良。

图60 发动机怠速时排气脉动和气缸1的点火信号的波形（截屏）

图61 起动发动机时进气脉动和排气脉动的波形（截屏）

图62 起动发动机时进气脉动、排气脉动和气缸1的气缸压力的波形（截屏）

根据维修经验可知，该款发动机的排气门摇臂轴承容易磨损，且故障现象与该车故障现象相似。那么如何快速判断该车故障与排气门摇臂轴承异常磨损有关系呢？分析认为，如果排气门摇臂轴承异常磨损，就会伴随有异响。于是用COP探头、压力传感器WPS500和拾音器同时测量气缸1的点火信号、排气脉动和发动机异响（图63，蓝色为气缸1的点火信号波形，绿色为排气脉动波形，黄色为发动机异响波形），发现每次在气缸4的排气行程附近，发动机异响都比较明显，由此推断气缸4的排气门摇臂轴承异常磨损。

图63 发动机怠速时气缸1的点火信号、排气脉动和发动机异响的波形（截屏）

拆下气缸4的排气门摇臂进行检查，发现其轴承表面并无异常磨损，但其轴承内部的滚珠磨损严重，导致轴承松旷。将气缸4的排气门摇臂固定（图64），安装百分表，上下晃动轴承，百分表的摆动量很大；然后转动轴承，发现轴承由图65a所示位置转动到图65b所示位置时，百分表的摆动量也很大。由此可知，气缸4的排气门摇臂轴承转动时，排气凸轮与排气门摇臂轴承之间会有2种间隙产生，当转动到大间隙时，气门间隙被液压支撑元件补偿（图66），此时排气门关闭正常；当转动到小间隙时，液压支撑元件不能被压缩，排气凸轮会向下压动排气门摇臂轴承，从而向下压动排气门，而排气凸轮与支撑元件间的杠杆臂要比排气门与支撑元件间的杠杆臂短得多（图67），因此排气凸轮与排气摇臂轴承间发生较小的位置变化就可以获得较大的气门升程变化，此时会使排气门关闭不严。就算气缸4的排气门关闭不严，但并没有明显影响到气缸压力的建立，那么气缸4为什么会失火呢？分析认为，气缸4在进气行程吸入了部分废气，影响了怠速工况时的混合气燃烧，从而造成气缸4间歇失火；而发动机转速提高时，换气效果变好，气缸4在进气行程吸入的废气量很少，不会影响混合气的燃烧，因此故障现象消失。这其实与怠速工况要减小气门重叠角，高速工况可增大气门重叠角的原理相似。