中鑫之寶汽車服務有限公司 任賀新

故障現(xiàn)象一輛2012款大眾輝騰車，搭載4.2 L V8發(fā)動機（采用“5氣門”技術，即每個氣缸均有2個排氣門和3個進氣門），累計行駛里程約為31萬km。車主進廠報修發(fā)動機怠速抖動故障。維修技師用故障檢測儀檢測，發(fā)動機控制單元中沒有存儲故障代碼；讀取發(fā)動機失火數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)氣缸7偶發(fā)失火；將氣缸7的火花塞、點火線圈及噴油器與其他氣缸對調，失火故障不轉移；用氣缸壓力表測量氣缸壓力，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存在機械故障，但無法準確判斷故障點，拆解發(fā)動機的維修方案無法使客戶信服，于是向筆者請求技術支持。

故障診斷接車后試車，用故障檢測儀檢測，發(fā)動機控制單元中確實無故障代碼存儲；讀取怠速時的發(fā)動機失火數(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置了單向閥，顯示的數(shù)值是多個壓縮行程的累計氣缸壓力，因此無法準確判斷發(fā)動機的機械故障，于是筆者決定使用pico示波器和WPS500壓力傳感器對氣缸7的氣缸壓力進行動態(tài)檢測。

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轉換成電信號傳輸給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：由于被測氣缸的火花塞被拆掉了，因此被測氣缸無法做功，為避免誤會，可將做功行程稱為釋放行程。

圖1 WPS500壓力傳感器的安裝

首先測量起動時的氣缸壓力，脫開所有噴油器的導線連接器，起動發(fā)動機，此時所有氣缸均不會做功，曲軸由起動機帶著旋轉。分析起動時氣缸7的氣缸壓力波形（圖2）可以發(fā)現(xiàn)以下3處異常。

圖2 起動時氣缸7的氣缸壓力波形（截屏）

（1）壓縮上止點時的最高氣缸壓力為7.8 bar，正常應為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，正常應為300 mbar左右。

如圖3所示，氣缸在壓縮行程和釋放行程時，理論上進、排氣門都是關閉的，燃燒室是一個封閉空間，只是活塞從下止點移動到上止點，隨后又回到下止點。壓縮行程開始時和釋放行程結束時，活塞都在下止點位置，這2個位置對應的氣缸壓力是相同的，即Pa=Pb。如果燃燒室密封不嚴，活塞上行壓縮時會漏氣，導致最高壓縮壓力偏低；活塞下行釋放時，由于氣缸內的氣體減少，壓力會下降得更快，并且在釋放行程末段形成較大的真空。因為活塞環(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出現(xiàn)一定的真空，但如果真空過大，說明燃燒室密封不嚴。

圖3 氣缸的壓縮行程和釋放行程

綜上所述，推測氣缸7的燃燒室密封不嚴。由于進、排氣門實際是提前開啟、滯后關閉的，為保證推理的嚴謹性，接下來測量怠速時氣缸7的氣缸壓力波形（此時除了氣缸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刻和進氣門的關閉時刻。每進行一個行程，曲軸旋轉180°，活塞從一個止點移動到另一個止點，因此四行程發(fā)動機完成一個循環(huán)時，曲軸旋轉720°。氣門開閉時刻用活塞達到上止點或下止點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刻，為下止點前45°（180°-135°=45°）曲軸轉角；綠色箭頭所指位置是進氣門關閉時刻，為下止點后60°（600°-540°=60°）曲軸轉角。這2個角度與其他氣缸的一致，由此推斷氣缸7的進、排氣門的開閉時刻正常。

根據(jù)發(fā)動機工作原理，當氣缸位于壓縮上止點時，進、排氣門都是關閉的，燃燒室是封閉狀態(tài)，此時從火花塞安裝孔向燃燒室內注入煙霧，如果有煙霧泄漏出來，可根據(jù)冒煙的部位反推故障點。

圖4 怠速時氣缸7的氣缸壓力波形（截屏）

拆下所有火花塞（便于接下來轉動曲軸），找1根較長的直鐵絲，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曲軸，當鐵絲向上移動時，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，這時慢慢轉動曲軸，直到鐵絲升到最高點，這樣就找到了氣缸7的壓縮上止點。接著用煙霧測漏儀從氣缸7的火花塞安裝孔向氣缸7內打煙霧，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)動機的點火順序為1-5-4-8-6-3-7-2，發(fā)動機做功循環(huán)示意如圖6（在波形疊加工具WOT中輸入發(fā)動機的點火順序，自動生成發(fā)動機做功循環(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)動機做功循環(huán)示意

分析圖6可知，當氣缸7處于壓縮上止點時，氣缸6處于做功行程結束、排氣行程即將開始的狀態(tài)，此時氣缸6的排氣門是打開的（排氣門提前打開）。假如氣缸7的排氣門關閉不嚴，氣缸7中的煙霧會按照“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。當然，此時氣缸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，但實際上煙霧會走捷徑，具體從哪個氣缸冒煙，取決于排氣支管的結構。為進一步驗證推測，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的排氣門確實關閉不嚴。

拆下發(fā)動機和變速器總成，拆下氣缸列2的氣缸蓋，對氣缸7的氣門進行漏光測試，發(fā)現(xiàn)1個排氣門明顯透光（圖7），說明該排氣門和氣門座貼合不嚴。進一步檢查發(fā)現(xiàn)，該排氣門與氣門導管的間隙過大，發(fā)動機工作時氣門錐面和氣門座磨損不均勻，最終造成排氣門密封不嚴。

圖7 排氣門密封不嚴

故障排除更換相應的排氣門、氣門導管及氣門座后試車，發(fā)動機怠速工作平穩(wěn)，故障排除。

故障總結診斷過程中，筆者還用氣缸漏氣量測量儀測量了氣缸7的漏氣量（圖8），左側壓力值為5.7 bar時，右側壓力值為1.1 bar，漏氣量（漏氣量=泄漏壓力/充注壓力）達到了80%。由于這款發(fā)動機比較大，發(fā)動機室?guī)缀醣徽紳M，很多部件都不方便拆（比如前氧傳感器），實在不方便聽漏氣的聲音，所以又改用煙霧測漏儀進行檢測。

圖8 測量氣缸7的漏氣量