2013款斯巴鲁BRZ车排气管“放炮”

余姚东江名车专修厂 叶正祥

叶正祥，上海Tech Gear汽车诊断学院汽车免拆诊断专家，现任余姚东江名车专修厂厂长兼技术总监，被聘为哈弗汽车区域技术专家；2015年获得首届中国汽车诊断师大赛总决赛三等奖；2016年取得中国汽车工程学会汽车诊断专业领域中级工程师资格证书。

故障现象一辆2013款斯巴鲁BRZ车，搭载FA20水平对置发动机，累计行驶里程约为6万km。该车因发动机冷却液温度过高，在其他维修厂更换了气缸垫，更换完成后试车，冷起动后发动机怠速抖动严重，过一会儿发动机冷却液温度稍微升高后排气管“放炮”，且发动机依然抖动。由于故障是在更换气缸垫后出现的，因此维修人员怀疑发动机正时没有对好。重新校对2次发动机正时后试车，故障依旧，于是将车开至我厂进行维修。

故障诊断用故障检测仪检测，发动机控制单元中存储有故障代码“P0304 气缸4失火”和故障代码“P0352 点火线圈B初级及次级电路”（图1）。故障代码P0304反映气缸4工作不良，故障代码P0352反映气缸2的点火电路有故障。FA20水平对置发动机的气缸布置如图2所示，点火顺序为1-3-2-4。

图1 发动机控制单元中存储的故障代码（截屏）

图2 FA20水平对置发动机的气缸布置

首先用pico示波器和COP点火探头测量气缸2和气缸4的点火波形，将COP点火探头贴在气缸2点火线圈上时，发动机抖动有所好转，移开COP点火探头，发动机抖动加重，由此推断气缸2点火线圈工作不良。进一步检查发现，气缸2点火线圈导线连接器（图3）端子有腐蚀现象，且其导线被维修过。更换气缸2点火线圈导线连接器（图4）后试车，发动机仍有明显抖动，且排气管仍会“放炮”；再次读取故障代码，故障代码P0304再现，故障代码P0352消失，怀疑排气管“放炮”可能与气缸4工作不良有关。

图3 故障车气缸2点火线圈导线连接器

图4 更换气缸2点火线圈导线连接器

用pico示波器、WPS500X压力传感器及COP点火探头同时测量发动机排气脉动、气缸4点火及曲轴位置传感器的信号波形（图5），发现气缸4点火波形正常，但排气脉动波形很不规则，无法用来分析气缸4是否真的工作不良。用数学通道对通道C（曲轴位置传感器信号）进行频率计算（图5中的紫色波形为计算的频率波形），通过频率变化判断曲轴转速变化，频率越大表示转速越大。正常情况下，曲轴运转2圈，4个气缸均做功1次，对应曲轴被加速4次。分析图5中的频率波形可知，气缸4点火后频率为下降趋势，而其他3个气缸点火后频率均为上升趋势，这说明气缸4确实工作不良。

图5 故障车发动机排气脉动、气缸4点火及曲轴位置传感器的信号波形（截屏）

同时测量气缸4高压喷油器控制、气缸4点火及曲轴位置传感器的信号波形（图6），发现气缸4高压喷油器在排气冲程时喷油，喷油时刻异常，此时排气门为打开状态，推断喷射的燃油燃烧导致了排气管“放炮”。同时测量气缸2高压喷油器控制、气缸2点火及曲轴位置传感器的信号波形（图7），发现气缸2高压喷油器在压缩冲程时喷油。同时测量气缸3高压喷油器控制、气缸3点火及曲轴位置传感器的信号波形（图8），发现气缸3高压喷油器在进气冲程时喷油。同时测量气缸1高压喷油器控制、气缸1点火及曲轴位置传感器的信号波形，发现气缸1高压喷油器也在进气冲程时喷油。4个气缸出现3种高压喷油时刻，气缸1和气缸3在同一侧，高压喷油时刻相同；气缸2和气缸4在同一列，高压喷油时刻却不相同，且与气缸1和气缸3的高压喷油时刻也不同，由此推断正常的高压喷油时刻应该在进气冲程，而导致气缸2和气缸4的高压喷油时刻混乱的原因是气缸2和气缸4的高压喷油器导线连接器安装反了。

图6 故障车气缸4高压喷油器控制、气缸4点火及曲轴位置传感器的信号波形（截屏）

图7 故障车气缸2高压喷油器控制、气缸2点火及曲轴位置传感器的信号波形（截屏）

该车发动机各气缸的工作时序如图9所示，其中红色部分对应做功冲程，灰色部分对应排气冲程，蓝色部分对应进气冲程，黄色部分对应压缩冲程。从图9中可以看出，气缸2处于进气冲程时，气缸4处于排气冲程；气缸4处于进气冲程时，气缸2处于压缩冲程。假设高压喷油时刻在进气冲程，且气缸2和气缸4的高压喷油器导线连接器安装反了，则气缸2的实际高压喷油时刻变为压缩冲程，气缸4的实际高压喷油时刻变为排气冲程，这与图6、图7中的测量结果一致，由此确定气缸2和气缸4的高压喷油器导线连接器安装反了。

图9 故障车发动机各气缸的工作时序（截屏）

故障排除更换气缸2点火线圈导线连接器，正确安装气缸2和气缸4的高压喷油器导线连接器（图10）后试车，故障现象消失，故障排除。

图10 正确安装气缸2和气缸4的高压喷油器导线连接器

故障总结FA20水平对置发动机采用了进气口喷射和直接喷射两种喷射方式，每个气缸均布置了2个喷油器（图11），其燃油供给系统如图12所示，进气口喷射使用的是低压燃油（约400 kPa），直接喷射使用的是高压燃油（4 MPa~20 MPa）。根据发动机工况，发动机控制单元选择最佳方式控制进气口喷射和直接喷射的喷油器工作，以提高发动机动力，同时改善燃油经济性和排放性。冷起动时（图13a），在进气时执行进气口喷射，在压缩时执行直接喷射，分层稀燃提高了三元催化转化器的预热性能；低负载或中等负载时（图13b），在进气时执行进气口喷射和直接喷射；高负载时（图13c），在进气时仅执行直接喷射。

图11 2个喷油器的布置

图12 FA20水平对置发动机的燃油供给系统

图13 燃油喷射模式

为什么故障车冷起动时排气管不会“放炮”呢？因为冷起动时，直接喷射的喷油时刻在压缩冲程。由图9可知，气缸2处于压缩冲程（黄色部分）时，气缸4处于进气冲程（蓝色部分）；气缸4处于压缩冲程时，气缸4处于做功冲程；且这两种情况下，排气门均处于关闭状态，所以排气管不会“放炮”。

编者按：

发动机正时分为2种：发动机机械正时和发动机电气正时。

（1）发动机机械正时是指气门和活塞之间的关系，如在压缩上止点时，活塞应该在其行程的最上端，进气门和排气门应处于关闭状态，如果此时气门或活塞没有处在正确的位置，说明发动机机械正时错误。值得注意的是，凸轮轴链轮和曲轴链轮之间的那些正时记号只是为了方便售后维修，仅起到参考作用。有时就算正时记号对准了，并不代表发动机机械正时是正确的，比如曲轴、凸轮轴相对于链轮发生偏转，正时链条拉长等。通过分析气缸压力波形或曲轴信号和凸轮轴信号的组合波形，可以快速判断发动机机械正时是否正确。

（2）发动机电气正时是指点火时刻、喷油时刻和气缸压力之间的配合关系，点火时刻和喷油时刻必须在规定范围内，如果发生的时刻早了或晚了，说明发动机电气正时错误。通过分析气缸压力、点火信号和喷油信号的组合波形，可以快速判断发动机电气正时是否正确。

该案例属于人为发动机电气正时类故障，故障点看似简单，其实诊断起来并不容易。叶工凭借扎实的汽车免拆诊断技术功底，熟练运用pico示波器，深度结合发动机工作原理，在无拆解的情况下快速精准地锁定了故障点，并厘清了进气口喷射和直接喷射的控制逻辑，充分展示了汽车免拆诊断技术之美，令人眼前一亮。