發動機單缸失火故障的免拆診斷方法（四）

余姚東江名車專修廠 葉正祥

案例8 2011款保時捷卡宴3.0T車發動機怠速間歇性抖動

故障現象一輛2011款保時捷卡宴3.0T車，搭載CJT發動機，累計行駛里程約為21萬km。該車因發動機怠速間歇性抖動在其他維修廠維修，維修人員用故障檢測儀檢測，提示氣缸4失火；先后調換點火線圈、火花塞及噴油器后試車，故障依舊，且故障檢測儀仍提示氣缸4失火；用氣缸壓力表測量氣缸4的壓力，與其他氣缸的壓力基本一致。診斷至此，沒有了維修思路，于是將車開至我廠進行檢修。

故障檢測接車后試車，起動發動機，發動機怠速間歇性抖動，且組合儀表上的發動機故障燈異常點亮。用故障檢測儀檢測，發現發動機控制單元（DME）中存儲有故障代碼“P030400 氣缸4-檢測到缺火”和故障代碼“P130A00 氣缸關閉”（圖51）；讀取氣缸失火數據（圖52），發現氣缸4的失火次數為916次，其他氣缸的失火次數均為0次，由此可知氣缸4確實存在失火故障。

本著由簡入繁的原則，決定先檢查點火系統（雖然點火線圈和火花塞故障的可能性已排除，但是點火控制信號故障的可能還沒排除）。查看維修資料得知，該車右側（乘客側）氣缸列由前（靠近車頭方向為前）往后分別為氣缸1、氣缸2和氣缸3，左側（駕駛人側）氣缸列由前往后分別為氣缸4、氣缸5和氣缸6，點火順序為1-4-3-6-2-5。

用pico示波器和COP探頭測量發動機怠速時氣缸4的點火波形（圖53），與其他氣缸對比可知，點火波形正常（怠速時采用多次點火控制模式）。由于故障是間歇性的，需要捕捉到氣缸4失火時對應的點火波形才好判斷點火控制信號是否正常。增加1個通道用壓力傳感器WPS500測量排氣脈動（圖54，紅色為排氣脈動波形，藍色為氣缸4的點火波形），當排氣脈動異常（氣缸4失火引起的）時，放大氣缸4的點火波形觀察，發現氣缸4的點火波形正常，由此確定氣缸4的點火控制信號正常。

圖51 發動機控制單元中存儲的故障代碼（截屏）

圖52 氣缸失火數據（截屏）

圖53 發動機怠速時氣缸4的點火波形（截屏）

進行相對壓縮測試（圖55，用起動機帶動發動機運轉，不要起動發動機，同時用電流鉗測量起動電流），發現其中1個氣缸剛開始無法建立氣缸壓力（無電流波峰），接著氣缸壓力逐漸又恢復正常，由此推斷氣缸4間歇性密封不良。同時測量氣缸4的氣缸壓力和起動電流（圖56，紅色為起動電流波形，綠色為氣缸4的氣缸壓力），發現隨著氣缸4的氣缸壓力增大，起動電流也恢復正常，由此確定氣缸4間歇性密封不良，可能的故障原因有：進、排氣門關閉不嚴；活塞環、活塞或氣缸壁損壞；氣缸墊損壞。

圖54 發動機怠速時氣缸4的點火波形和排氣脈動波形（截屏）

圖55 相對壓縮測試波形（截屏）

圖56 同時測量氣缸4的氣缸壓力和起動電流（截屏）

圖57 起動發動機時的進氣脈動、排氣脈動和氣缸4的氣缸壓力波形（截屏）

如果進、排氣門關閉不嚴，則進、排氣脈動在壓縮行程和做功行程（正常情況下，進、排氣門均處于關閉狀態）時受到的影響最大。同時測量起動發動機時（不起動著機）的進氣脈動、排氣脈動和氣缸4的氣缸壓力波形（圖57，黃色為進氣脈動波形，綠色為排氣脈動波形，綠色為氣缸4的氣缸壓力波形），發現在氣缸4壓縮上止點后的進氣脈動波谷較高，且排氣脈動波動異常。假設此時進氣門關閉不嚴，氣缸4的活塞向下運動，抽吸空氣，進氣脈動波谷應較低，由此排除進氣門關閉不嚴的可能；假設此時排氣門關閉不嚴，氣缸4的活塞向下運動，抽吸排氣，確實會引起排氣脈動異常波動，由此推斷氣缸4的排氣門關閉不嚴。由于故障是在發動機運轉過程中間歇性出現，推斷排氣門搖臂或排氣門彈簧出現故障的可能性較大。

拆下氣門室蓋，發現氣缸4的排氣門搖臂軸承異常磨損（圖58），且排氣凸輪也異常磨損。檢查氣缸5、氣缸6的排氣門搖臂和排氣凸輪，均有異常磨損，只是磨損程度不像氣缸4那么嚴重。分析認為，異常磨損的氣缸4的排氣門搖臂軸承表面凹凸不平，若在凹面對氣門間隙進行液壓補償，當搖臂軸承旋轉至凸面時，氣門間隙就過小，從而導致排氣門關閉不嚴。那么排氣門搖臂和排氣凸輪異常磨損的原因是什么呢？考慮到該車累計行駛里程較長，機油在輸送至氣門室后的壓力損失較大，以致排氣門搖臂和排氣凸輪潤滑不良，從而出現異常磨損。另外還發現該車排氣門搖臂支撐元件頭部沒有油孔（圖59），因此決定為其更換上支撐元件頭部帶油孔的排氣門搖臂，幫助其改善潤滑條件，避免再次異常磨損。

圖58 氣缸4的排氣門搖臂軸承和排氣凸輪異常磨損

圖59 排氣門搖臂對比

故障排除更換上新排氣凸輪軸和帶油孔的排氣門搖臂后試車，發動機怠速運轉平穩，故障排除。

案例9 2011款奧迪A5 Sportback車發動機怠速間歇性抖動

故障現象一輛 2011款奧迪A5 Sportback車，搭載CDN發動機（排氣門升程可變），累計行駛里程約為13.2萬km。該車發動機怠速間歇性抖動，稍微踩下加速踏板使發動機轉速升高些，抖動現象就會消失；用故障檢測儀檢測，提示氣缸4失火；維修人員先后調換點火線圈、火花塞及噴油器后試車，故障依舊，且故障檢測儀仍提示氣缸4失火；用氣缸壓力表測量氣缸4的壓力，與其他氣缸的壓力基本一致。診斷至此，沒有了維修思路，于是將車開至我廠進行檢修。

故障診斷用pico示波器、COP探頭和壓力傳感器WPS500同時測量發動機怠速時的排氣脈動和氣缸1的點火信號（圖60，綠色為排氣脈動波形，藍色為氣缸1的點火信號波形），發現氣缸4確實間歇失火。脫開曲軸位置傳感器導線連接器，用pico示波器和壓力傳感器WPS500同時測量起動發動機時的進氣脈動和排氣脈動（圖61，紅色為進氣脈動波形，綠色為排氣脈動波形），發現其中1個氣缸的進氣脈動波谷偶爾較高，1個氣缸的排氣脈動波峰偶爾較低。增加1個通道同時測量氣缸1的氣缸壓力（圖62，紅色為進氣脈動波形，綠色為排氣脈動波形，藍色為氣缸1的氣缸壓力波形），發現氣缸4的進氣脈動波谷偶爾較高，氣缸1的排氣脈動波峰偶爾較低，進一步分析（觀看視頻案例講解）認為，氣缸4的排氣門偶爾密封不良。

圖60 發動機怠速時排氣脈動和氣缸1的點火信號的波形（截屏）

圖61 起動發動機時進氣脈動和排氣脈動的波形（截屏）

圖62 起動發動機時進氣脈動、排氣脈動和氣缸1的氣缸壓力的波形（截屏）

根據維修經驗可知，該款發動機的排氣門搖臂軸承容易磨損，且故障現象與該車故障現象相似。那么如何快速判斷該車故障與排氣門搖臂軸承異常磨損有關系呢？分析認為，如果排氣門搖臂軸承異常磨損，就會伴隨有異響。于是用COP探頭、壓力傳感器WPS500和拾音器同時測量氣缸1的點火信號、排氣脈動和發動機異響（圖63，藍色為氣缸1的點火信號波形，綠色為排氣脈動波形，黃色為發動機異響波形），發現每次在氣缸4的排氣行程附近，發動機異響都比較明顯，由此推斷氣缸4的排氣門搖臂軸承異常磨損。

圖63 發動機怠速時氣缸1的點火信號、排氣脈動和發動機異響的波形（截屏）

拆下氣缸4的排氣門搖臂進行檢查，發現其軸承表面并無異常磨損，但其軸承內部的滾珠磨損嚴重，導致軸承松曠。將氣缸4的排氣門搖臂固定（圖64），安裝百分表，上下晃動軸承，百分表的擺動量很大；然后轉動軸承，發現軸承由圖65a所示位置轉動到圖65b所示位置時，百分表的擺動量也很大。由此可知，氣缸4的排氣門搖臂軸承轉動時，排氣凸輪與排氣門搖臂軸承之間會有2種間隙產生，當轉動到大間隙時，氣門間隙被液壓支撐元件補償（圖66），此時排氣門關閉正常；當轉動到小間隙時，液壓支撐元件不能被壓縮，排氣凸輪會向下壓動排氣門搖臂軸承，從而向下壓動排氣門，而排氣凸輪與支撐元件間的杠桿臂要比排氣門與支撐元件間的杠桿臂短得多（圖67），因此排氣凸輪與排氣搖臂軸承間發生較小的位置變化就可以獲得較大的氣門升程變化，此時會使排氣門關閉不嚴。就算氣缸4的排氣門關閉不嚴，但并沒有明顯影響到氣缸壓力的建立，那么氣缸4為什么會失火呢？分析認為，氣缸4在進氣行程吸入了部分廢氣，影響了怠速工況時的混合氣燃燒，從而造成氣缸4間歇失火；而發動機轉速提高時，換氣效果變好，氣缸4在進氣行程吸入的廢氣量很少，不會影響混合氣的燃燒，因此故障現象消失。這其實與怠速工況要減小氣門重疊角，高速工況可增大氣門重疊角的原理相似。

圖64 測量氣缸4的排氣門搖臂軸承松曠程度

圖65 排氣門搖臂軸承的2個間隙位置

圖66 氣門間隙的補償原理

故障排除 更換氣缸4的排氣門搖臂（圖68）后試車，發動機怠速運轉平穩，故障排除。

圖67 氣門搖臂的杠桿原理

圖68 損壞的氣缸4的排氣門搖臂

（續完）