2014款長安福特馬自達(dá)CX-5發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)

◆文/北京 任賀新

故障現(xiàn)象

一輛2014款長安福特馬自達(dá)CX-5，搭載PY型2.5L發(fā)動(dòng)機(jī)，VIN碼為LVRHDCAS6EN03＊＊＊＊,行駛里程為250 000km。該車進(jìn)店保養(yǎng)時(shí)，維修技師檢查發(fā)現(xiàn)，無論是冷車還是熱車發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速狀態(tài)下都會(huì)抖動(dòng)，但行駛過程中沒有明顯異常，且儀表臺上沒有故障燈點(diǎn)亮。據(jù)車主反映，該車平時(shí)都是車主自己在開，并未覺察到任何異常，也從未進(jìn)行過發(fā)動(dòng)機(jī)解體維修。

故障診斷與排除

連接診斷儀進(jìn)行檢測，在發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元中存儲(chǔ)有故障碼P0304-檢測到汽缸4失火(圖1)，讀取發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵數(shù)據(jù)流，發(fā)現(xiàn)除4缸處于持續(xù)失火狀態(tài)外，其余數(shù)據(jù)都在正常范圍內(nèi)(圖2)。

圖1 故障車上存儲(chǔ)的故障信息

圖2 故障車發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵數(shù)據(jù)流

維修技師嘗試倒換了4缸的火花塞和點(diǎn)火線圈，但故障位置沒有發(fā)生轉(zhuǎn)移。原本想繼續(xù)倒換噴油嘴，由于此車采用缸內(nèi)直噴技術(shù)，噴油嘴安裝在進(jìn)氣歧管下方，考慮到拆裝的工作量較大，所以只好暫時(shí)作罷。

筆者了解到該車的故障現(xiàn)象和診斷過程后，決定先測量汽缸壓力，以此分析機(jī)械方面是否存在故障。檢查發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械故障的傳統(tǒng)方法是用缸壓表測量汽缸的壓縮壓力，其優(yōu)點(diǎn)是操作便捷，但存在兩個(gè)明顯的缺陷：一是，缸壓表內(nèi)置了單向閥，測量結(jié)果是多個(gè)壓縮沖程的累計(jì)壓力；二是，車用發(fā)動(dòng)機(jī)有進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)沖程，缸壓表測量的只是壓縮終了時(shí)的缸內(nèi)壓力，而無法反映每個(gè)沖程的工作狀況。

因此，為了更精確地進(jìn)行檢測和分析，筆者使用了Pico公司的WPS500缸壓傳感器。缸壓傳感器是一款具有高精度、超快響應(yīng)速度以及大量程的“電子缸壓表”，且能與示波器配合使用，以波形的形式展示發(fā)動(dòng)機(jī)各沖程的缸內(nèi)壓力變化情況。按照圖3所示的連接方法將缸壓傳感器與故障車發(fā)動(dòng)機(jī)及示波器連接起來。

圖3 缸壓傳感器連接示意圖

缸壓傳感器的使用方法與汽缸壓力表類似，只是缸壓傳感器能把汽缸壓力轉(zhuǎn)換成電壓信號傳輸給示波器，最終通過筆記本電腦的屏幕以波形的形式展現(xiàn)出來。故障車發(fā)動(dòng)機(jī)第4缸的壓力波形如圖4所示。需要注意的是：由于檢測時(shí)拆掉了火花塞，汽缸無法做功，因此將做功沖程稱為釋放沖程。

圖4 故障車4缸壓力波形圖

從圖4所示的汽缸壓力波形圖可以看出，故障車4缸壓縮沖程的最高壓力為12.05bar(1bar=100kPa)，釋放沖程末端最低壓力為-382mbar。單從波形來看，未發(fā)現(xiàn)異常。筆者又依次測量了其余汽缸的啟動(dòng)缸壓，并將數(shù)據(jù)匯總?cè)鐖D5所示。

圖5 故障車發(fā)動(dòng)機(jī)各缸壓力數(shù)據(jù)匯總

從圖5可以看出，故障車發(fā)動(dòng)機(jī)4缸的最高壓縮壓力偏低，相比于其它汽缸至少低1bar左右。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，出現(xiàn)這種情況的常見原因是汽缸密封不嚴(yán)。另外，令人費(fèi)解的是4缸釋放沖程的最低負(fù)壓并不大。

檢測發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸密封性最好用的設(shè)備莫過于汽缸漏氣量測量儀(圖6)。它能夠快速、準(zhǔn)確地診斷汽缸密封性問題，即便是輕微泄露也能檢測出來。獨(dú)特的雙壓力表設(shè)計(jì)可計(jì)算燃燒室的泄漏率，不僅如此，根據(jù)漏氣聲的位置還能免拆判斷燃燒室的泄漏點(diǎn)。

圖6 汽缸漏氣量測量儀

拆除所有汽缸的火花塞后，將4缸置于壓縮上止點(diǎn)位置，這樣可確保4缸的進(jìn)、排氣門關(guān)閉，燃燒室處于密封狀態(tài)，用適配接頭將汽缸漏氣量測量儀連接至4缸的火花塞孔。經(jīng)過加壓測試后，發(fā)現(xiàn)故障車發(fā)動(dòng)機(jī)4缸確實(shí)存在明顯的泄漏(圖7)。漏氣率達(dá)到77%(97-22=75，75/97≈77%)。經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)故障車發(fā)動(dòng)機(jī)2缸的火花塞孔向外吹氣，這是為什么？

圖7 故障車發(fā)動(dòng)機(jī)4缸漏氣量測量結(jié)果

當(dāng)4缸位于壓縮上止點(diǎn)時(shí)，根據(jù)點(diǎn)火順序可推算1-4缸的工作狀態(tài)如圖8所示。2缸處于進(jìn)氣下止點(diǎn)位置，進(jìn)氣門處于打開狀態(tài)(氣門早開遲閉)，因此，可以假設(shè)是4缸的進(jìn)氣門關(guān)閉不嚴(yán)，氣流竄入進(jìn)氣歧管，再從打開的進(jìn)氣門竄入2缸，這樣就會(huì)從2缸的火花塞孔向外吹氣。為驗(yàn)證這一假設(shè)，裝好2缸的火花塞，此時(shí)從節(jié)氣門處可感受到明顯的氣流，說明4缸的進(jìn)氣門確實(shí)存在關(guān)閉不嚴(yán)的情況。

圖8 故障車4缸處于上止點(diǎn)時(shí)各缸狀態(tài)

導(dǎo)致氣門關(guān)閉不嚴(yán)的可能原因主要有：氣門間隙過小；氣門錐面和氣門座圈密封不良。具體到故障車會(huì)是哪種原因呢？考慮到有些故障非常隱蔽，解體后很難找到故障點(diǎn)，因此必須把拆解前的診斷工作做扎實(shí)。

拆下汽缸蓋罩和進(jìn)氣歧管，再次進(jìn)行泄漏測試，4缸進(jìn)氣門處依然漏氣，此時(shí)可以定位究竟是哪一個(gè)進(jìn)氣門漏氣。隨后松開2-4缸的凸輪軸瓦蓋，用螺絲刀向上撬凸輪軸，讓4缸的進(jìn)氣凸輪離開搖臂，漏氣表的指針?biāo)查g回轉(zhuǎn)至70kPa的位置，同時(shí)聽見漏氣聲音明顯減小。這說明該車氣門關(guān)閉不嚴(yán)與氣門間隙有關(guān)。

該車采用液壓挺桿，可以自動(dòng)調(diào)整氣門間隙，氣門間隙怎么會(huì)不正常？分解發(fā)動(dòng)機(jī)，仔細(xì)檢查汽缸蓋，發(fā)現(xiàn)漏氣的那個(gè)進(jìn)氣門從燃燒室的角度看存在明顯下陷的情況(圖9)，氣門桿部明顯比其他的高，導(dǎo)致氣門向上移動(dòng)，氣門和凸輪之間的間隙過小，氣門關(guān)閉不嚴(yán)。

圖9 故障車4缸進(jìn)氣門下陷示意圖

拆下進(jìn)氣門，發(fā)現(xiàn)故障進(jìn)氣門的錐面明顯下移動(dòng)，氣門頭已經(jīng)磨損成刀刃狀(圖10)。更換該進(jìn)氣門及氣門座后試車，該車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)現(xiàn)象消失，故障被徹底排除。

圖10 故障車上異常的進(jìn)氣門

維修小結(jié)

在本案例中，維修前用真空表測量了進(jìn)氣歧管的真空度，具體情況如下：

1.熱車怠速時(shí)，進(jìn)氣歧管真空度約為67kPa(正常范圍是57～72kPa)，指針抖動(dòng)，偶爾會(huì)上升到約57kPa。拔掉1-3缸任意一個(gè)點(diǎn)火線圈，指針上升到大約60kPa，但拔掉4缸點(diǎn)火線圈，指針位置基本不變。

2.原地踩油門踏板將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速保持在3 000r/min時(shí)，真空度約為70kPa，且指針非常穩(wěn)定。

3.原地將油門踏板踩到底后突然松開，讓發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速猛地升高至3 000～4 000r/min，再突然回落下來，真空表指針隨著轉(zhuǎn)速迅速升高至接近0，再突然回落到大約80kPa。

檢測怠速真空度時(shí)，真空表指針在正常范圍內(nèi)，且出現(xiàn)有規(guī)律的小幅抖動(dòng)，因此可以把故障點(diǎn)鎖定在單個(gè)汽缸，通過拔點(diǎn)火線圈后真空度下降的幅度，基本可以推斷是4缸有問題，而且可以排除拉缸故障。

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速3 000r/min時(shí)真空度的測量結(jié)果正常，因此可以排除氣門彈簧問題。急加速時(shí)的真空度測量結(jié)果也正常，因此可以排除點(diǎn)火問題，且能判斷出發(fā)動(dòng)機(jī)密封性良好。此時(shí)，只剩下噴油嘴和氣門的狀態(tài)無法判斷了。其實(shí)，如果仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)進(jìn)氣歧管有回火現(xiàn)象(回火時(shí)，真空表指針回轉(zhuǎn)至57kPa)，就基本能確定是進(jìn)氣門密封不嚴(yán)的問題了。

確定進(jìn)氣門漏氣以后，嘗試通過壓力脈動(dòng)進(jìn)行進(jìn)一步的檢查，于是分別測量了怠速和啟動(dòng)工況下進(jìn)排氣的壓力脈動(dòng)，但經(jīng)過綜合分析，發(fā)現(xiàn)怠速時(shí)的壓力脈動(dòng)沒什么價(jià)值，因此在這里只向大家分享啟動(dòng)工況的壓力脈動(dòng)。

檢測過程終，非常幸運(yùn)地捕捉到一次回火波形。通過示波器的相位標(biāo)尺功能，發(fā)現(xiàn)故障車發(fā)動(dòng)機(jī)4缸在壓縮時(shí)出現(xiàn)了回火跡象(圖11)，從而鎖定故障點(diǎn)就在4缸的進(jìn)氣門上。

圖11 故障車啟動(dòng)工況時(shí)的進(jìn)氣壓力脈動(dòng)

從圖12所示的啟動(dòng)時(shí)進(jìn)氣和排氣壓力脈動(dòng)波形圖可以看出，故障車2缸的進(jìn)氣壓力脈動(dòng)偏小，且此時(shí)4缸正好處于壓縮行程，因此推測是4缸壓縮時(shí)進(jìn)氣門漏氣至進(jìn)氣歧管，造成2缸的進(jìn)氣壓力脈動(dòng)偏小。至于4缸排氣脈沖偏大的具體原因不得而知，但通過對比排氣脈沖，依然能判斷出故障車發(fā)動(dòng)機(jī)4缸工作不正常。

圖12 故障車啟動(dòng)工況時(shí)進(jìn)排氣壓力脈沖