利用气流压力脉动波形免拆诊断发动机机械故障的技巧（一）

余姚东江名车专修厂 叶正祥

发动机工作时，活塞上下往复运动，进、排气门有规律地开启和关闭，会使进、排气管中的气流压力发生有规律的波动，同时燃烧室中的气体会从活塞环窜入曲轴箱，以致曲轴箱内的气流压力也会发生有规律的波动。在维修实践中，充分利用这些气流压力的脉动效应，选择合适的发动机工况，通过分析气流压力脉动波形便可以快速锁定隐蔽的发动机机械故障点，如进、排气门关闭不严，进、排气门开度不够，活塞环泄漏等。下面笔者通过讲解几个维修案例，与大家分享利用气流压力脉动波形免拆诊断发动机机械故障的技巧。

案例1 2019款日产途达车发动机怠速抖动、加速无力

一辆2019款日产途达车，搭载QR20DE发动机，累计行驶里程约为4万km，该车因发动机怠速抖动、加速无力及发动机故障灯异常点亮的故障在其他维修厂维修。维修人员用故障检测仪检测，发动机控制单元中存储有故障代码“P0301 循环1缺火”，即气缸1存在缺火故障，为此维修人员与正常车调换了火花塞和点火线圈，故障依旧；测量气缸压力，也正常；随后又与正常车调换喷油器、发动机控制单元及相关线束等，故障依旧，于是向笔者请求技术支持。

接车后笔者首先验证缺火气缸。连接pico示波器、WPS500X压力传感器及COP探头同时测量发动机怠速时的排气脉动、气缸1点火及曲轴位置传感器信号波形。分析图1可知，气缸1排气时的排气压力波峰比其他波峰要低，且气缸1点火后曲轴没有明显的加速过程（曲轴位置传感器信号的频率未升高），由此确定气缸1工作不良。

图1 故障车发动机怠速时的排气脉动、气缸1点火及曲轴位置传感器信号波形（截屏）

进行相对压缩测试，即脱开所有喷油器导线连接器，测量起动发动机时的起动电流波形。分析图2可知，起动电流的波峰（波峰代表活塞处于压缩上止点位置）均匀，说明4个气缸的压缩压力基本一致。接着用WPS500X压力传感器依次测量4个气缸的气缸压力，气缸1的气缸压力约为12.8 bar（1 bar=100 kPa），气缸2的气缸压力约为12.7 bar，气缸3的气缸压力约为12.6 bar，气缸4的气缸压力约为12.7 bar，均无异常。仔细对比气缸1和气缸2的气缸压力波形（图3和图4），发现做功形成末端的真空度有所差别，气缸1的真空度约为-271 mbar（1 mbar=0.1 kPa），气缸2的真空度约为-364 mbar，由此怀疑气缸1在活塞下行时密封不良。

图2 相对压缩测试波形（截屏）

图3 气缸1的气缸压力波形（截屏）

图4 气缸2的气缸压力波形（截屏）

测量起动时的进、排气脉动及气缸1点火波形（图5），发现进气脉动波形比较均匀，但排气脉动波形中的一个波谷位置偏高，且该波谷位于气缸1点火后180°曲轴转角附近，推断该波谷与气缸1排气门打开有关。测量单个气缸的排气脉动和气缸压力波形（图6），分析可知，在做功行程末端，气缸内处于真空状态，当排气门打开时，排气压力被拉低，从而形成了排气脉动波形的波谷。通过对比起动发动机时的排气脉动波形波谷的位置高低，可以快速判断做功行程末端气缸内的真空度是否正常，而该真空度又与气缸的密封性有关。经过上述分析，再一次将矛头指向气缸1密封不良。

图5 起动时的进、排气脉动及气缸1点火波形（截屏）

图6 单个气缸的排气脉动和气缸压力波形（截屏）

旋转曲轴，将气缸1旋转至压缩上止点，用烟雾测试仪从气缸1的火花塞安装孔向气缸内充烟雾，发现有大量烟雾从前氧传感器安装孔冒出，由此推断气缸1排气门关闭不严。用塞尺测量气缸1的排气门间隙（图7），发现0.10 mm的塞尺都无法塞进气缸1的排气凸轮与气门挺杆之间，说明排气门间隙过小（标准排气门间隙为0.30 mm）。

图7 用塞尺测量气缸1的排气门间隙

选配合适的气门挺杆，将气缸1排气门间隙调整至正常值后试车，故障现象消失，故障排除。

为什么排气门关闭不严，气缸压力却正常呢？在压缩行程时，活塞上行，进、排气门均关闭，气缸内为正压，压力会施加在排气门上，从而压迫排气门与气门座圈贴合，以致轻微的排气门关闭不严在压缩行程下无法显露；而在做功行程（气缸内并未发生燃烧）时，活塞下行，进、排气门保持关闭，在做功行程末端产生真空（即负压），有将排气门向下拉的趋势，此时排气门关闭不严就会显露。

既然排气门关闭不严没有影响到气缸压力，那么为什么气缸还会缺火呢？在进气行程时，活塞下行，进气门打开，排气门关闭，气缸内持续保持真空状态，此时排气门关闭不严显露，导致部分废气回流，从而影响气缸内混合气的燃烧，出现缺火故障。

通过本案例可以看出，发动机怠速时的排气脉动波形能够反映气缸内混合气的燃烧状态，而起动发动机（脱开喷油器导线连接器，气缸内并未发生燃烧）时的排气脉动波形能够反映气缸的密封性。