故障現(xiàn)象
一輛2012款大眾途觀車，搭載CAWA發(fā) 動(dòng)機(jī)，累計(jì)行駛里程約為14萬km。該車因怠速抖動(dòng)、行駛 中加速無力及發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈異常點(diǎn)亮的故障現(xiàn)象在其他 修理廠進(jìn)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(diào)換過點(diǎn)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(shù)支援。
故障診斷
筆者趕到現(xiàn)場后試車，發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速工況時(shí)，坐在車內(nèi)能感覺到車輛輕微振動(dòng)，將手放在發(fā)動(dòng)機(jī) 上，感覺有點(diǎn)抖動(dòng)，但不像某個(gè)氣缸完全失火引起的抖動(dòng)那 樣明顯。用故障檢測儀讀取發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)流中的發(fā)動(dòng)機(jī)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(zhuǎn)內(nèi)的失 火次數(shù)）有時(shí)為0次，有時(shí)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(dòng)機(jī)抖動(dòng)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(dòng)機(jī)正常工作的4大要素為良好的氣缸壓縮、充 足的點(diǎn)火能量、合適的空燃比及正確的點(diǎn)火正時(shí)和噴 油正時(shí)。由于該車是單缸失火故障，“正確的點(diǎn)火正時(shí)和噴油正時(shí)”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(diǎn)檢查“充足的點(diǎn)火能量”和“良好的氣缸壓 縮”這兩個(gè)要素。
此車采用獨(dú)立點(diǎn)火線圈，最簡便的測量方式是使用 COP（Coil on plug，點(diǎn)火線圈頂置在火花塞上）探頭，它通過電磁感應(yīng)的原理，可以免拆測量點(diǎn)火線圈的次級點(diǎn)火波形。連接COP探頭（圖2），測得氣缸4點(diǎn)火線圈的次級點(diǎn)火波形如圖3所示，圖3中2條標(biāo)尺之間的范圍代表燃燒 時(shí)間，僅為885.7 us，還不到1 ms，對比其他氣缸的燃燒時(shí) 間，接近2 ms，懷疑氣缸4點(diǎn)火線圈的絕緣性能下降，高壓 電泄漏后導(dǎo)致點(diǎn)火能量不足，使燃燒時(shí)間縮短。
對調(diào)安裝氣缸1和氣缸4的點(diǎn)火線圈后試車，異常的 點(diǎn)火波形隨之轉(zhuǎn)移到氣缸1上，這說明氣缸4的點(diǎn)火線圈 確實(shí)存在故障。更換點(diǎn)火線圈后試車，點(diǎn)火波形恢復(fù)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。
考慮到氣缸壓力表的連接管路中內(nèi)置了單向閥，所測數(shù)值為累計(jì)氣缸壓力，不能精確反映氣缸的機(jī)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(dòng)時(shí)的氣缸壓力（即起 動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的氣缸壓力），脫開進(jìn)氣歧管下方 的噴油器導(dǎo)線連接器，拆下4個(gè)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(jié)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(yīng)的是壓縮上止點(diǎn)，2個(gè)壓縮上止點(diǎn) 之間的曲軸轉(zhuǎn)角為720°，用角度尺將其等分為4份，分別 對應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的4個(gè)行程。
做功行程末段對應(yīng)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(yán)，導(dǎo)致壓縮行 程時(shí)漏氣，做功行程時(shí)氣壓加速下降。
為進(jìn)一步分析故障，筆者又測量了發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)氣 缸4的氣缸壓力（圖7），這樣可以看到氣門打開和關(guān)閉的 角度。由圖7可知，排氣門打開時(shí)刻（紅色箭頭所指位置） 的曲軸轉(zhuǎn)角約為做功行程下止點(diǎn)前33°，進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)刻 （綠色箭頭所指位置）的曲軸轉(zhuǎn)角約為進(jìn)氣行程下止點(diǎn) 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(shí)刻和進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)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(dòng)組部件工作正常。將壓力傳感器連接至機(jī)油尺導(dǎo)管 處，測量發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)的曲軸箱脈動(dòng)壓力（圖8），發(fā)現(xiàn)曲 軸箱脈動(dòng)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(jié)果，可以得出以下結(jié)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(guān)閉的角度正常，說明氣門傳動(dòng)組工作 正常。
（3）曲軸箱脈動(dòng)壓力正常，說明各氣缸的活塞與氣 缸壁之間的密封良好。
至此，懷疑氣缸4的進(jìn)氣門或排氣門關(guān)閉不嚴(yán)，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(nèi)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(diǎn)，例如進(jìn)氣門漏氣，可在節(jié)氣門處聽到進(jìn)氣歧管內(nèi)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(zhuǎn)至壓縮上止點(diǎn)。
（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(zhuǎn)調(diào)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(jì)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(nèi)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(diǎn)。
經(jīng)反復(fù)多次測量，發(fā)現(xiàn)向氣缸4內(nèi)充氣時(shí)，從氣缸3 火花塞孔向外漏氣，也就是說此時(shí)氣缸4和氣缸3竄氣 了。這是為什么呢？當(dāng)氣缸4的活塞位于壓縮上止點(diǎn)時(shí)，氣 缸1~氣缸4的活塞和氣門狀態(tài)如圖10所示，此時(shí)氣缸3的 活塞位于做功下止點(diǎn)，排氣門處于打開狀態(tài)（排氣門提前 打開）。假設(shè)氣缸4排氣門關(guān)閉不嚴(yán)，氣體就能通過打開的 氣缸3排氣門進(jìn)入氣缸內(nèi)。裝復(fù)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(shí)關(guān) 閉不嚴(yán)。
拆檢發(fā)動(dòng)機(jī)，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(guān)閉后與發(fā)黑的位置接觸 不實(shí)。將氣缸4的排氣門裝在其他氣缸上，發(fā)現(xiàn)可以關(guān) 嚴(yán)；將正常的排氣門裝在氣缸4上，依然關(guān)閉不嚴(yán)，說明故 障點(diǎn)是氣缸4的排氣門座圈。為何氣缸4的排氣門座圈會(huì)磨損不均勻呢？進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，對應(yīng)的氣門導(dǎo)管的間隙過大。
故障排除
更換氣缸蓋總成和氣缸4的點(diǎn)火線圈后 試車，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行恢復(fù)正常，故障排除。
故障總結(jié)
（1）當(dāng)氣缸4活塞位于壓縮上止點(diǎn)時(shí)，氣 缸1的活塞位于排氣上止點(diǎn)，此時(shí)氣缸1的排氣門也是打 開的，那為何在氣缸1內(nèi)聽不到漏氣聲呢？筆者認(rèn)為這和 排氣支管的結(jié)構(gòu)布局有關(guān)，假如裝上氣缸3的火花塞，并 從三元催化轉(zhuǎn)化器處完全堵住排氣管，應(yīng)該就能在氣缸1 內(nèi)聽到漏氣聲了。
（2）點(diǎn)火線圈次級點(diǎn)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(shí)偏 差；配氣機(jī)構(gòu)的氣門傳動(dòng)組故障，如凸輪桃尖磨損、搖臂 滾子軸承松曠等，造成進(jìn)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(jì)氣缸壓力偏低，只能 說明發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械部分可能有故障，并不能說明氣缸密封不良。
作者介紹
任賀新，Tech Gear 汽車診斷學(xué)院優(yōu)秀學(xué)員，現(xiàn)任中鑫之寶汽車服務(wù)有限公司技術(shù)經(jīng)理；2013 年通過一汽大眾技術(shù)培訓(xùn)師認(rèn)證；2013 年獲得奧迪十佳技術(shù)培訓(xùn)師榮譽(yù)稱號(hào)；2017 年被聘為第三屆汽車診斷師大賽星至寶賽區(qū)專家評委。
