中鑫之寶汽車服務有限公司 任賀新

故障現(xiàn)象一輛2012款大眾途觀車，搭載CAWA發(fā)動機，累計行駛里程約為14萬km。該車因怠速抖動、行駛中加速無力及發(fā)動機故障燈異常點亮的故障現(xiàn)象在其他修理廠進行維修，維修人員用故障檢測儀檢測，讀得的故障信息為氣缸4失火，由此判斷該車故障為單缸失火故障，為此調換過點火線圈，并更換了氣缸4的火花塞和噴油器，但故障依舊；維修人員用氣缸壓力表測量氣缸4的氣缸壓力，約為9 bar（1 bar=100 kPa），比其他氣缸的氣缸壓力低約1 bar，但仍在正常范圍。診斷至此，維修人員沒有了診斷思路，于是向筆者請求技術支援。

故障診斷筆者趕到現(xiàn)場后試車，發(fā)動機處于怠速工況時，坐在車內能感覺到車輛輕微振動，將手放在發(fā)動機上，感覺有點抖動，但不像某個氣缸完全失火引起的抖動那樣明顯。用故障檢測儀讀取發(fā)動機數(shù)據(jù)流中的發(fā)動機失火數(shù)據(jù)（圖1），發(fā)現(xiàn)氣缸4的失火次數(shù)（記錄每1 000轉內的失火次數(shù)）有時為0次，有時連續(xù)上漲。將手放在排氣管尾喉處，感覺排氣不是均勻連續(xù)的，而是隨著發(fā)動機抖動一股一股地涌出來。綜合分析以上現(xiàn)象，初步判斷氣缸4的做功功率下降。

發(fā)動機正常工作的4大要素為良好的氣缸壓縮、充足的點火能量、合適的空燃比及正確的點火正時和噴油正時。由于該車是單缸失火故障，“正確的點火正時和噴油正時”存在問題的可能性不大，且已更換過噴油器，“合適的空燃比”存在問題的可能性也不大，于是決定先重點檢查“充足的點火能量”和“良好的氣缸壓縮”這兩個要素。

此車采用獨立點火線圈，最簡便的測量方式是使用COP（Coil on plug，點火線圈頂置在火花塞上）探頭，它通過電磁感應的原理，可以免拆測量點火線圈的次級點火波形。連接COP探頭（圖2），測得氣缸4點火線圈的次級點火波形如圖3所示，圖3中2條標尺之間的范圍代表燃燒時間，僅為885.7 us，還不到1 ms，對比其他氣缸的燃燒時間，接近2 ms，懷疑氣缸4點火線圈的絕緣性能下降，高壓電泄漏后導致點火能量不足，使燃燒時間縮短。

對調安裝氣缸1和氣缸4的點火線圈后試車，異常的點火波形隨之轉移到氣缸1上，這說明氣缸4的點火線圈確實存在故障。更換點火線圈后試車，點火波形恢復正常，但氣缸4仍然存在失火現(xiàn)象，故障并未排除，需要繼續(xù)檢查。

圖8 發(fā)動機失火數(shù)據(jù)（截屏）

圖2 COP探頭的連接方式示意

圖3 故障車氣缸4點火線圈的次級點火波形（截屏）

圖4 壓力傳感器的連接方式示意

圖5 起動時氣缸4的氣缸壓力（截屏）

考慮到氣缸壓力表的連接管路中內置了單向閥，所測數(shù)值為累計氣缸壓力，不能精確反映氣缸的機械狀態(tài)，于是筆者決定使用pico示波器的壓力傳感器（WPS500）重新測量各氣缸的壓力。首先測量起動時的氣缸壓力（即起動機帶動發(fā)動機運轉時的氣缸壓力），脫開進氣歧管下方的噴油器導線連接器，拆下4個缸的火花塞，連接壓力傳感器（圖4），依次測量氣缸1～氣缸4的氣缸壓力（圖5），具體測量結果見表1所列。由表1可知，氣缸4壓縮行程的壓力比其他氣缸低約1.5 bar，做功行程末端的真空度比其他氣缸高約100 mbar（1 mbar=100 Pa）。放大氣缸4的壓力波形（圖6），圖6中波峰對應的是壓縮上止點，2個壓縮上止點之間的曲軸轉角為720°，用角度尺將其等分為4份，分別對應發(fā)動機的4個行程。

表8 起動時各氣缸的氣缸壓力

圖6 放大氣缸4的壓力波形（截屏）

做功行程末段對應最低壓力，約為-430 mbar，并且紅色箭頭所指的上升斜坡和綠色箭頭所指下降斜坡不對稱（下降斜坡更陡），可能是氣缸密封不嚴，導致壓縮行程時漏氣，做功行程時氣壓加速下降。

為進一步分析故障，筆者又測量了發(fā)動機怠速時氣缸4的氣缸壓力（圖7），這樣可以看到氣門打開和關閉的角度。由圖7可知，排氣門打開時刻（紅色箭頭所指位置）的曲軸轉角約為做功行程下止點前33°，進氣門關閉時刻（綠色箭頭所指位置）的曲軸轉角約為進氣行程下止點后60°。測量氣缸1的氣缸壓力，對比發(fā)現(xiàn)，氣缸1的排氣門打開時刻和進氣門關閉時刻與氣缸4的一致，由于氣缸1工作正常，說明氣缸4的凸輪、液壓挺柱及搖臂等氣門傳動組部件工作正常。將壓力傳感器連接至機油尺導管處，測量發(fā)動機怠速時的曲軸箱脈動壓力（圖8），發(fā)現(xiàn)曲軸箱脈動壓力均勻一致，說明各氣缸的活塞與氣缸壁之間沒有明顯磨損。

綜合分析以上測量結果，可以得出以下結論。

（1）氣缸4的氣缸壓力偏低，且做功行程末端真空度偏大，推測氣缸4密封不良。

（2）氣門打開和關閉的角度正常，說明氣門傳動組工作正常。

（3）曲軸箱脈動壓力正常，說明各氣缸的活塞與氣缸壁之間的密封良好。

圖7 發(fā)動機怠速時氣缸4的氣缸壓力（截屏）

圖8 發(fā)動機怠速時的曲軸箱脈動壓力（截屏）

圖9 氣缸漏氣量測量儀

至此，懷疑氣缸4的進氣門或排氣門關閉不嚴，存在輕微漏氣。這就要用到氣缸漏氣量測量儀（圖9）了，它通過火花塞孔向氣缸內充氣，根據(jù)壓力表1和壓力表2的差值可判斷漏氣量，再根據(jù)漏氣聲音的位置可判斷泄漏點，例如進氣門漏氣，可在節(jié)氣門處聽到進氣歧管內的漏氣聲。氣缸漏氣量測量儀的具體使用方法如下。

（1）將所要測量的氣缸活塞轉至壓縮上止點。

（2）將適配軟管的一端擰入火花塞安裝孔，軟管另一端連接至氣缸漏氣量測量儀。

（3）接入氣源，旋轉調壓閥，直至壓力表1顯示合適的輸入壓力（最大為7 bar）。

（4）觀察壓力表1和壓力表2的差值，計算漏氣量，例如壓力表1讀數(shù)為100 psi（1 pis=6.895 kPa），壓力表2讀數(shù)為90 psi，則漏氣量為10%，一般10%以內的漏氣量視為正常。

（5）用漏斗（起放大作用，聽得更清楚）分別在不同位置聽漏氣聲，分析漏氣點。

經(jīng)反復多次測量，發(fā)現(xiàn)向氣缸4內充氣時，從氣缸3火花塞孔向外漏氣，也就是說此時氣缸4和氣缸3竄氣了。這是為什么呢？當氣缸4的活塞位于壓縮上止點時，氣缸1～氣缸4的活塞和氣門狀態(tài)如圖10所示，此時氣缸3的活塞位于做功下止點，排氣門處于打開狀態(tài)（排氣門提前打開）。假設氣缸4排氣門關閉不嚴，氣體就能通過打開的氣缸3排氣門進入氣缸內。裝復氣缸3的火花塞，不讓氣體從氣缸3泄漏，然后拆下前氧傳感器，在前氧傳感器安裝孔處能清晰地聽到漏氣聲，這說明氣缸4的排氣門確實關閉不嚴。

圖10 氣缸1～氣缸4的活塞和氣門狀態(tài)

拆檢發(fā)動機，發(fā)現(xiàn)氣缸4的排氣門座圈上有兩處發(fā)黑（圖11），推斷排氣門在關閉后與發(fā)黑的位置接觸不實。將氣缸4的排氣門裝在其他氣缸上，發(fā)現(xiàn)可以關嚴；將正常的排氣門裝在氣缸4上，依然關閉不嚴，說明故障點是氣缸4的排氣門座圈。為何氣缸4的排氣門座圈會磨損不均勻呢？進一步檢查發(fā)現(xiàn)，對應的氣門導管的間隙過大。

故障排除更換氣缸蓋總成和氣缸4的點火線圈后試車，發(fā)動機運行恢復正常，故障排除。

故障總結（1）當氣缸4活塞位于壓縮上止點時，氣缸1的活塞位于排氣上止點，此時氣缸1的排氣門也是打開的，那為何在氣缸1內聽不到漏氣聲呢？筆者認為這和排氣支管的結構布局有關，假如裝上氣缸3的火花塞，并從三元催化轉化器處完全堵住排氣管，應該就能在氣缸1內聽到漏氣聲了。

（2）點火線圈次級點火波形的含義如圖12所示。

（3）造成氣缸壓力低的原因有很多種，例如正時偏差；配氣機構的氣門傳動組故障，如凸輪桃尖磨損、搖臂滾子軸承松曠等，造成進氣量不足、氣缸密封不良、連桿彎曲等。用氣缸壓力表測量的累計氣缸壓力偏低，只能說明發(fā)動機機械部分可能有故障，并不能說明氣缸密封不良。

圖11 氣缸4的排氣門座圈上有兩處發(fā)黑

圖12 點火線圈次級點火波形（截屏）