發(fā)動機(jī)單缸失火故障的免拆診斷方法（一）

余姚東江名車專修廠 葉正祥

案例1、案例2視頻講解

案例3視頻講解

發(fā)動機(jī)失火（Misfire）俗稱缺缸，是指因?yàn)槟撤N原因造成發(fā)動機(jī)的某一個氣缸或某幾個氣缸斷續(xù)或連續(xù)的混合氣燃燒不良或不能燃燒的現(xiàn)象。發(fā)動機(jī)失火會使發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，其典型故障現(xiàn)象為發(fā)動機(jī)怠速抖動，同時還會使發(fā)動機(jī)動力性能、經(jīng)濟(jì)性能及排放性能變差。

發(fā)動機(jī)失火類型主要分為單缸失火和多缸失火。發(fā)動機(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、合適空燃比的混合氣及正確的點(diǎn)火和噴油時刻。單缸失火的原因僅限于失火氣缸的正常工作條件不滿足，如火花塞損壞、點(diǎn)火線圈工作不良、噴油器工作不良、氣缸壓力不足、液壓挺柱工作不良及氣門密封不嚴(yán)等，而多缸失火的原因通常與失火氣缸的共用部分有關(guān)，如燃油壓力不足、進(jìn)氣管路泄漏、空氣流量傳感器信號失真、正時鏈條拉長等。

發(fā)動機(jī)控制單元（ECM）利用曲軸轉(zhuǎn)速波動法、離子電流法等對發(fā)動機(jī)失火進(jìn)行監(jiān)測，一旦發(fā)動機(jī)失火次數(shù)達(dá)到設(shè)定值，則存儲相關(guān)的故障代碼，如P0300（檢測到發(fā)動機(jī)失火）、P0301（檢測到氣缸1失火）、P0302（檢測到氣缸2失火）等。在維修實(shí)踐中，對于很多偶發(fā)性發(fā)動機(jī)單缸失火故障，雖然發(fā)動機(jī)已表現(xiàn)出明顯的故障現(xiàn)象，但是ECM不會存儲相關(guān)的故障代碼，且失火數(shù)據(jù)也正常，此時通過故障檢測儀無法得知哪一個氣缸存在失火故障，這就加大了故障診斷的難度。下面結(jié)合故障案例與大家分享發(fā)動機(jī)單缸失火故障的免拆診斷方法，以期對大家有所啟發(fā)。

案例1 2011款雪佛蘭科魯茲車怠速、加速均抖動

故障現(xiàn)象一輛2011款雪佛蘭科魯茲車，搭載2HO發(fā)動機(jī)，累計行駛里程約為11萬km。車主反映，該車怠速、加速時均有抖動現(xiàn)象，且組合儀表上的發(fā)動機(jī)故障燈異常點(diǎn)亮。

故障診斷接車后試車，發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象與車主所述一致。用故障檢測儀檢測，發(fā)動機(jī)控制單元中存儲故障代碼“P0301 檢測到氣缸1失火”；讀取失火數(shù)據(jù)（圖1），發(fā)現(xiàn)氣缸1的失火次數(shù)高達(dá)255次，其他氣缸均無失火記錄。診斷至此可知，該車故障是由氣缸1失火引起的，可能故障原因有：點(diǎn)火系統(tǒng)故障，如點(diǎn)火線圈、火花塞等故障；供油系統(tǒng)故障，如噴油器堵塞、泄漏等；氣缸壓力不足；氣門關(guān)閉不良。

圖1 故障車的失火數(shù)據(jù)（截屏）

本著由簡入繁的原則，決定先檢查點(diǎn)火系統(tǒng)。如圖2和圖3所示，雖然該車各氣缸均為獨(dú)立點(diǎn)火，但各氣缸的點(diǎn)火線圈（不包括點(diǎn)火驅(qū)動器）集成一體，稱為點(diǎn)火線圈模塊。將探針連接在點(diǎn)火線圈模塊導(dǎo)線連接器端子D上（圖4），采集氣缸1的點(diǎn)火線圈初級電壓波形；將電流鉗卡在氣缸1的點(diǎn)火線圈控制線上，采集氣缸1的點(diǎn)火線圈初級電流波形。最終采集的組合波形如圖5所示（紅色為初級電流波形，藍(lán)色為初級電壓波形）。分析圖5可知，初級線圈充磁階段出現(xiàn)異常，充磁時間較短，且初級線圈電流（1.8 A左右）過小，最終導(dǎo)致初級線圈中存儲的能量較小，以致在點(diǎn)火瞬間（點(diǎn)火驅(qū)動器阻斷初級線圈中的電流），次級線圈感應(yīng)電壓不足（點(diǎn)火能量不足），無法點(diǎn)燃混合氣。診斷至此，懷疑ECM內(nèi)部的點(diǎn)火驅(qū)動器有故障。

圖2 點(diǎn)火線圈結(jié)構(gòu)示意

圖3 2011款雪佛蘭科魯茲車點(diǎn)火線圈控制電路

圖4 連接探針

圖5 故障車氣缸1的點(diǎn)火線圈初級電壓和初級電流波形（截屏）

圖6 將探針連接在氣缸1的點(diǎn)火驅(qū)動器控制端

圖7 氣缸1的點(diǎn)火驅(qū)動器控制端的觸發(fā)信號（截屏）

拆下發(fā)動機(jī)控制單元外殼，從氣缸1的點(diǎn)火驅(qū)動器控制端測量觸發(fā)信號（圖6和圖7），得知觸發(fā)信號的電壓約為3.5 V，持續(xù)時間約為2 ms（即發(fā)動機(jī)控制單元要求初級線圈充磁的時間），正常，由此推斷氣缸1的點(diǎn)火驅(qū)動器損壞，無法為初級線圈正常充磁。

故障排除更換氣缸1的點(diǎn)火驅(qū)動器（圖8）后試車，發(fā)動機(jī)怠速、加速均不再抖動；再次測量氣缸1的點(diǎn)火線圈初級電壓和電流波形（圖9，紅色為初級電流波形，藍(lán)色為初級電壓波形），初級線圈充磁時間約為2.15 ms，初級線圈電流達(dá)到6.5 A左右，燃燒時間約為1.3 ms，均恢復(fù)正常，故障排除。

圖8 更換氣缸1的點(diǎn)火驅(qū)動器

圖9 正常車氣缸1的點(diǎn)火線圈初級電壓和初級電流波形（截屏）

故障總結(jié)由于該車故障是持續(xù)存在的，且故障代碼已明確指出失火氣缸，因此在診斷時，只要對失火氣缸的各項(xiàng)工作條件進(jìn)行排查即可。另外，在已知失火氣缸的情況下，可以采用調(diào)換火花塞、點(diǎn)火線圈、噴油器等部件的方法進(jìn)行判斷，但這仍具有一定的盲目性，不符合免拆診斷的維修理念，因此筆者不提倡采用調(diào)換部件的方法進(jìn)行診斷。

案例2 2008款豐田卡羅拉GLX-i車發(fā)動機(jī)怠速偶爾抖動

故障現(xiàn)象一輛2008款豐田卡羅拉GLX-i車，搭載2ZR發(fā)動機(jī)，累計行駛里程約為14萬km。車主反映，該車發(fā)動機(jī)怠速偶爾抖動，故障出現(xiàn)時，坐在駕駛室能明顯感到車身振動，行駛中無明顯異常。

故障診斷接車后試車，確認(rèn)故障現(xiàn)象與車主所述一致。用故障檢測儀檢測，發(fā)動機(jī)控制單元中無故障代碼存儲；讀取失火數(shù)據(jù)，也未見異常。分析故障現(xiàn)象，認(rèn)為發(fā)動機(jī)怠速抖動是由單個氣缸偶發(fā)失火引起的，推斷可能故障原因有：點(diǎn)火系統(tǒng)故障；噴油系統(tǒng)故障；氣門關(guān)閉不良。

本著由簡入繁的原則，決定先檢查點(diǎn)火系統(tǒng)。如圖10所示，該車有4個獨(dú)立的點(diǎn)火線圈（內(nèi)部集成點(diǎn)火驅(qū)動器），點(diǎn)火線圈通過端子IGT接收來自發(fā)動機(jī)控制單元的點(diǎn)火觸發(fā)信號，通過端子IGF向發(fā)動機(jī)控制單元發(fā)送點(diǎn)火反饋信號。

由于無法直接測量點(diǎn)火線圈初級或次級電壓波形，因此采用獨(dú)立點(diǎn)火探頭（又叫COP探頭，使用時將COP探頭平放在點(diǎn)火線圈上方即可）間接測量點(diǎn)火線圈次級電壓波形。點(diǎn)火線圈初級電流可從點(diǎn)火線圈供電線上測量。COP探頭和電流鉗的擺放位置如圖11所示。

圖10 2008款豐田卡羅拉GLX-i車點(diǎn)火線圈控制電路

圖11 COP探頭和電流鉗的擺放位置

故障出現(xiàn)時依次測量4個點(diǎn)火線圈的次級電壓波形和初級電流波形，發(fā)現(xiàn)氣缸4的點(diǎn)火線圈初級電流波形（圖12中紅色波形）正常，但點(diǎn)火線圈次級電壓波形（圖12中藍(lán)色波形）在充磁階段正常，在點(diǎn)火階段異常，沒有燃燒線，由此說明點(diǎn)火初級電路正常，故障出在點(diǎn)火次級電路上，可能的故障原因有：點(diǎn)火線圈損壞；火花塞損壞。

拆檢氣缸4的火花塞，發(fā)現(xiàn)其中心電極損壞（圖13），由此推斷故障是由此引起的。

故障排除更換所有火花塞后試車，發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，抖動現(xiàn)象不再出現(xiàn)；再次測量氣缸4的點(diǎn)火線圈初級電流波形和次級電壓波形（圖14中紅色為初級電流波形，藍(lán)色為次級電壓波形，綠色是從點(diǎn)火線圈端子IGT上測得的點(diǎn)火觸發(fā)波形），均正常，故障排除。

故障總結(jié)雖然該車故障是偶發(fā)性的，但是故障現(xiàn)象容易再現(xiàn)，即使不知道哪個氣缸存在失火故障（筆者在診斷該車故障時，手上還沒有壓力脈動傳感器，因此當(dāng)時無法通過分析排氣壓力脈動波形判斷失火氣缸），但仍方便在故障狀態(tài)下依次對各氣缸的各項(xiàng)工作條件進(jìn)行排查。

圖12 故障車氣缸4的點(diǎn)火線圈初級電流和次級電壓波形（截屏）

圖13 氣缸4的火花塞中心電極損壞

圖14 正常車氣缸4的點(diǎn)火線圈初級電流、次級電壓和點(diǎn)火觸發(fā)波形（截屏）

案例3 2004款豐田佳美車發(fā)動機(jī)偶爾抖動

故障現(xiàn)象一輛2004款豐田佳美車，搭載2AZ發(fā)動機(jī)，累計行駛里程約為48.6萬km。車主反映，該車發(fā)動機(jī)偶爾抖動，且故障頻率較低，在路口等交通信號燈（擋位在前進(jìn)擋）時故障比較容易出現(xiàn)。

故障診斷接車后試車，起動發(fā)動機(jī)，觀察發(fā)動機(jī)怠速時的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，故障未能再現(xiàn)；反復(fù)將換擋桿切換至前進(jìn)擋，模擬路口等交通信號燈的工況，故障再現(xiàn)，但故障頻率很低，發(fā)動機(jī)抖動一下就恢復(fù)正常。用故障檢測儀檢測，發(fā)動機(jī)控制單元中無故障代碼存儲；讀取失火數(shù)據(jù)，也未見異常。

連接壓力脈動傳感器和COP探頭，同時測量排氣壓力脈動和氣缸1的點(diǎn)火線圈次級電壓波形。反復(fù)試車，示波器捕捉到了故障出現(xiàn)時的異常排氣壓力脈動（圖15，紅色為排氣壓力脈動波形，綠色為氣缸1的點(diǎn)火線圈次級電壓波形），再結(jié)合氣缸1的點(diǎn)火線圈次級電壓波形進(jìn)行分析（掃描案例講解視頻二維碼，觀看具體分析過程），推斷異常的排氣壓力脈動是由氣缸4失火引起的。

圖15 故障出現(xiàn)時的排氣壓力脈動和氣缸1的點(diǎn)火線圈次級電壓波形（截屏）

本著由簡入繁的原則，決定先檢查點(diǎn)火系統(tǒng)。將COP探頭從1缸點(diǎn)火線圈移至4缸點(diǎn)火線圈，反復(fù)試車，再次用示波器捕捉到了故障出現(xiàn)時的異常排氣壓力脈動。放大氣缸4的點(diǎn)火線圈次級電壓波形，排氣壓力脈動正常時氣缸4的點(diǎn)火線圈次級電壓波形如圖16所示，排氣壓力脈動異常時氣缸4的點(diǎn)火線圈次級電壓波形如圖17所示。對比可知，充磁階段正常，點(diǎn)火階段異常，沒有燃燒線，由此推斷故障出在點(diǎn)火次級電路上。拆檢氣缸4的火花塞，未見異常，由此推斷氣缸4的點(diǎn)火線圈損壞。

圖16 排氣脈動正常時氣缸4的點(diǎn)火線圈次級電壓波形（截屏）

圖17 排氣脈動異常時氣缸4的點(diǎn)火線圈次級電壓波形（截屏）

故障排除更換氣缸4的點(diǎn)火線圈后試車，發(fā)動機(jī)抖動現(xiàn)象未再出現(xiàn)，故障排除。

故障總結(jié)對于無故障代碼提示，且偶發(fā)性的發(fā)動機(jī)失火故障，通過分析排氣壓力脈動波形（用于判斷失火現(xiàn)象）和點(diǎn)火波形（用于判缸）能夠快速定位失火氣缸，大大提高診斷效率。

（收稿日期：2019-08-26）

（未完待續(xù)）

專家點(diǎn)撥

發(fā)動機(jī)點(diǎn)火波形的測量方法及分析

戈華飛，Tech Gear 汽車診斷學(xué)院創(chuàng)始人，上海市汽車維修行業(yè)協(xié)會專家委員會專家，上海交通臺疑難故障現(xiàn)場解答專家，現(xiàn)任德系某知名豪華汽車公司中國區(qū)技術(shù)支持工程師，曾任美國克萊斯勒汽車有限公司中國區(qū)高級技術(shù)支持工程師，通過了美國ASE 汽車維修技師任職資格考試，獲得了德國TüV 技術(shù)檢驗(yàn)協(xié)會“HVE 高壓電維修專家”資質(zhì)。

常見的發(fā)動機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)控制電路主要由發(fā)動機(jī)控制單元、點(diǎn)火線圈、火花塞及相關(guān)線路組成。若點(diǎn)火線圈直接安裝在火花塞上，則稱為COP點(diǎn)火線圈。COP為英文Coil-On-Plug的簡稱，譯為“線圈在火花塞上”。

點(diǎn)火驅(qū)動器負(fù)責(zé)接通和切斷點(diǎn)火線圈初級線圈回路，接通初級線圈時為初級線圈充磁，切斷初級線圈時使次級線圈產(chǎn)生高壓，進(jìn)行點(diǎn)火。點(diǎn)火驅(qū)動器可集成在發(fā)動機(jī)控制單元中，也可集成在點(diǎn)火線圈中。如圖18所示，點(diǎn)火驅(qū)動器集成在發(fā)動機(jī)控制單元中，此時從A處可以測得點(diǎn)火線圈初級電壓和電流波形（圖19，藍(lán)色為初級電壓波形，紅色為初級電流波形）；如圖20所示，點(diǎn)火驅(qū)動器集成在點(diǎn)火線圈中，此時從B處可以測得點(diǎn)火觸發(fā)（即充磁控制信號）波形（圖21），從C處可以測得點(diǎn)火線圈初級電流波形。由于COP點(diǎn)火線圈沒有分缸線，因此無法直接測量點(diǎn)火線圈次級電壓波形，但可通過COP探頭從點(diǎn)火線圈上方進(jìn)行間接測量，測得的初級電壓波形與次級電壓波形相似（圖22）。

圖18 點(diǎn)火驅(qū)動器集成在發(fā)動機(jī)控制單元中的控制電路

圖19 點(diǎn)火線圈初級電壓和電流波形（截屏）

圖20 點(diǎn)火驅(qū)動器集成在點(diǎn)火線圈中的控制電路

圖21 點(diǎn)火觸發(fā)波形（截屏）

圖22 初級電壓波形與次級電壓波形對比（截屏）

圖23 初級電壓波形分析（截屏）

點(diǎn)火線圈初級電壓波形的含義如圖23所示。通常充磁時間為1.4 ms～4.0 ms，燃燒時間為1.3 ms～2.0 ms，點(diǎn)火線圈初級電流為6.5 A～9.0 A。由于點(diǎn)火時刻發(fā)生在壓縮上止點(diǎn)附近，因此點(diǎn)火波形除了用于分析點(diǎn)火系統(tǒng)故障外，在分析組合波形時，經(jīng)常被用來判缸。

通過點(diǎn)火波形不僅能夠了解到點(diǎn)火線圈本身的工作狀況，還能了解到氣缸內(nèi)混合氣的燃燒情況。在實(shí)際故障診斷過程中，對于點(diǎn)火波形的學(xué)習(xí)與分析，不需要深究混合氣濃度、氣缸壓力等影響因素，而是更注重點(diǎn)火線圈本身，即初級控制端和次級執(zhí)行端。當(dāng)點(diǎn)火系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，維修人員要學(xué)會通過分析點(diǎn)火波形來判斷故障點(diǎn)是在點(diǎn)火線圈初級控制端還是在次級執(zhí)行端，從而提高診斷效率。