汽油機失火故障排查方向研究

馮永超，王博，張大偉

（寧波吉利羅佑發(fā)動機零部件有限公司，浙江 寧波 315336）

引言

發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中，各缸會按既定順序做功（如1-3-4-2，1-3-2等各主機廠會有些微差異），亂序排列的目的是在各缸做功時能保證發(fā)動機工作平穩(wěn)。

發(fā)動機在往復(fù)運動中，進排氣系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、噴油系統(tǒng)等出現(xiàn)問題時會導(dǎo)致汽缸內(nèi)混合氣體不能順利點燃或點燃后不能徹底的燃燒，被稱為失火。若某一缸出現(xiàn)失火，其他氣缸仍可在正常做功，這樣會導(dǎo)致發(fā)動機運轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，由于缺少動力輸出，會使得發(fā)動機動力性下降，具體表現(xiàn)為發(fā)動機抖動、加速無力等現(xiàn)象。

失火時可燃氣體未完全燃燒或未燃燒，因此會造成燃油消耗量增加，發(fā)動機經(jīng)濟性能下降，同時因燃料不完全燃燒，產(chǎn)生 CO、NO、CH等氣體排放物，造成排放污染物超標。當發(fā)動機出現(xiàn)失火故障時，燃油不能徹底的燃燒進入排氣歧管內(nèi)部，在高溫下發(fā)生二次燃燒，此時排氣溫度高，極易導(dǎo)致三元催化器、氧傳感器的高溫老化或者燒蝕失效，同時很多未充分燃燒的油氣混合物會吸附在三元催化器和氧傳感器表面，造成氧傳感器中毒、失效。此外失火也會使發(fā)動機產(chǎn)生嚴重的積碳甚至淹缸，會使車輛出現(xiàn)嚴重動力不足甚至無法啟動[1]。

因此失火會對發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性及排放性產(chǎn)生不良影響，同時噴油器、火花塞、活塞等缸內(nèi)零部件性能及壽命也會產(chǎn)生損傷。因此當出現(xiàn)失火故障后，能夠快速地判斷失效原因及失效零部件很為重要，因為這關(guān)系到油耗及排放的加劇及惡化。

1 關(guān)鍵失火因素分析

導(dǎo)致發(fā)動機失火的原因多種多樣，根據(jù)發(fā)動機工作原理，可以通過油、氣、電三路進行排查，包含供油系統(tǒng)、進氣系統(tǒng)、點火系統(tǒng)及ECU控制信號等相關(guān)的硬件和軟件。

發(fā)動機失火相關(guān)的故障涉及的故障現(xiàn)象及失效原因也是多樣的。因此我們必須根據(jù)失效現(xiàn)象、零部件的工作原理以及軟件的控制策略梳理清排查思路。故障方向判定要精準，盡量一次作對，避免增加工作量，破壞現(xiàn)場。因此要加強對各個系統(tǒng)地檢查工作[2]。

1.1 供油系統(tǒng)

汽車供油系統(tǒng)包括整車①燃油導(dǎo)軌及噴油器總成、②燃油箱、③燃油泵、④碳罐等主要零部件組成，如圖1所示。

圖1 供油系統(tǒng)

當供油系統(tǒng)出現(xiàn)堵塞，比如燃油中有雜質(zhì)、氣泡、水分等會導(dǎo)致供油壓力不波動、偏低，造成燃油導(dǎo)軌中噴射壓力過大或過小，反映到發(fā)動機上就是缸內(nèi)的混合氣過濃（噴油量過大）或過稀（噴油量過小），出現(xiàn)異常燃燒而產(chǎn)生失火。因此需要定時保養(yǎng)更換燃油濾清器，到正規(guī)加油站加注燃油，避免供油系統(tǒng)出現(xiàn)堵塞造成故障。

對于缸內(nèi)直噴的發(fā)動機，需要重點關(guān)注高壓油泵是否可以正常泵油，以及高壓油泵上的電磁閥可否正常工作，當電磁閥出現(xiàn)異常時高壓油泵也不能正常泵油，對噴射壓力會產(chǎn)生不良影響。

對于噴油器（包含氣道噴射或缸內(nèi)直噴）來講，如果噴油器在開發(fā)之初選用的噴孔角度、直徑等參數(shù)不合理，或未進行噴油器結(jié)焦試驗，那么在后期試驗過程中會造成噴油器積碳嚴重，噴油器噴孔堵塞之后在相同的噴油脈寬下實際的噴油量過少，噴油器堵塞也有可能導(dǎo)致噴油器內(nèi)部針閥密閉不嚴出現(xiàn)長噴油情況，使氣缸內(nèi)實際的混合器過稀、過濃都會導(dǎo)致發(fā)動機失火。

1.2 進氣系統(tǒng)

進氣系統(tǒng)作用是將清潔的空氣送入發(fā)動機缸筒內(nèi)部，空氣中的氧氣是發(fā)動機燃燒不可或缺的關(guān)鍵因素，進氣系統(tǒng)主要有空氣濾清器、進氣軟管、電子節(jié)氣門體、進氣歧管等組成，如圖2所示。

圖2 進氣系統(tǒng)

進氣系統(tǒng)造成失火主要排查方向有進氣管路是否堵塞、漏氣，配氣機構(gòu)如VVT、OCV閥及其供油系統(tǒng)是否故障。

VVT（Variable Valve Timing）技術(shù)是目前車用發(fā)動機中常用的一種可變氣門正時技術(shù)，使用 VVT技術(shù)可以優(yōu)化發(fā)動機整個運行區(qū)間的進排氣效率。匹配合理的進、排氣 VVT相位角度，可大大增加進氣系統(tǒng)的進氣充量，有效地降低廢氣殘余系數(shù)（EGR率），發(fā)動機的動力性大大提高，燃油經(jīng)濟性得到優(yōu)化，同時降低有害氣體的排放。當 VVT 系統(tǒng)出現(xiàn)故障，比如進排氣重疊角過大，新鮮混合氣進入燃燒室中在開始燃燒做功之時，排氣門反而打開，新鮮混合氣直接被排出發(fā)動機，會造成發(fā)動機失火。或者在發(fā)動機壓縮過程中進氣門提前打開，導(dǎo)致壓縮行程結(jié)束時缸內(nèi)混合氣溫度和壓力不足，造成混合氣體無法正常燃燒造成失火。

除此之外，VVT發(fā)動機的噴油量的大小主要根據(jù)進氣量多少輸入給ECU控制單元，通過ECU軟件計算，而進氣量又是根據(jù)空氣流量計、中冷器后的壓力傳感器、進氣歧管處壓力溫度傳感器等信號，結(jié)合節(jié)氣門閥板開度計算而得到的。若空氣濾清器、渦輪增壓器與進氣歧管之間漏氣，則會導(dǎo)致進氣歧管處進氣壓力偏低，實際進氣量偏小，使進入氣缸的實際混合氣過濃，導(dǎo)致點火時不易點著產(chǎn)生失火[1]。

1.3 點火系統(tǒng)

主流發(fā)動機目前都是采用獨立點火系統(tǒng)，每缸都有一個獨立的點火線圈進行點火，將點火電壓直接從點火線圈傳送至火花塞。發(fā)動機點火系統(tǒng)主要有：ECU（電控單元）、曲軸位置傳感器、凸輪軸位置傳感器、爆震傳感器、點火線圈、火花塞、等零部件組成。如圖3所示。

圖3 點火系統(tǒng)

當曲軸位置傳感器與凸輪軸位置傳感器通過二者相對位置關(guān)系確定一缸上止點位置之后，ECU 會按照已標定的點火角數(shù)據(jù)，給出對應(yīng)缸的點火信號，點火線圈開始充能點火。采用單缸獨立點火系統(tǒng)，ECU 便可以根據(jù)發(fā)動機各種負荷情形，控制各個氣缸內(nèi)最佳點火時刻，使發(fā)動機輸出的功率、經(jīng)濟性和排放等都可以達到相對理想的狀態(tài)。因此點火系統(tǒng)對于發(fā)動機失火的影響最為直接。對于點火系統(tǒng)我們主要分析火花塞、點火線圈及各路傳感器信號。

發(fā)動機點火能量的大小受火花塞間隙大小影響很大。因此必須保證火花塞電極間隙值在合理的范圍內(nèi)，如果火花塞電極間隙小于規(guī)定值，點火時產(chǎn)生的火花能量微弱。即使可以點火，但較小火花會造成放電能量不足，無法維持火焰正常傳播，缸內(nèi)氣體不能完全燃燒，若干循環(huán)后發(fā)動機出現(xiàn)失火。反之，當火花塞的電極間隙過大時，特別是對于增壓發(fā)動機在高速、高負荷運轉(zhuǎn)時，由于增壓后實際的進氣密度增大，火花塞擊穿混合氣所需要的電壓也就會隨之增大。當火花塞的擊穿電壓不足時，發(fā)動機在高速、高負荷時極易出現(xiàn)失火故障。

關(guān)重零件火花塞絕緣體的溫度長時間低于它的自凈溫度（約400 ℃），比如長時間怠速，重復(fù)冷啟動等操作會使得緣體電極端逐漸積碳，隨著絕緣體中心電極端的積碳增多，尖端放電時火花將沿著積碳向火花塞金屬殼體延展，積碳長時間積累會造成火花不在尖端出現(xiàn)，進而燃燒室內(nèi)混合氣體不能被擊穿，發(fā)動機產(chǎn)生失火。

當混合氣過濃或竄入燃燒室的機油不能完全燃燒，部分未燃燒混合氣會被高溫氧氣，形成輕基酸及樹脂狀膠質(zhì)，膠質(zhì)會鉆附在火花塞、活塞、氣門等燃燒室相關(guān)零部件表面，這些物質(zhì)在燃燒室的高溫作用下進一步發(fā)生化學(xué)變化，形成瀝青質(zhì)和焦油質(zhì)，這同樣也是積碳故障產(chǎn)生的原因之一。積碳會嚴重影響火花塞的正常工作，尖端電極無火花產(chǎn)生，不能點燃缸內(nèi)混合氣體，此時發(fā)動機會出現(xiàn)失火故障，運轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，動力下降。

查看火花塞外漏的陶瓷體表面是否有裂痕，尤其是殼體上端的陶瓷體；此項主要是針對火花塞拆卸過程中，是否因為拆卸不規(guī)范造成的火花塞陶瓷體受力而發(fā)生斷裂的現(xiàn)象，如果是發(fā)生陶瓷體斷裂，高壓電將沿裂縫直接對殼體進行放電，就不會在電極間隙之間產(chǎn)生電火花。如果陶瓷體沒有完全斷裂，在低速低負荷，火花塞還可以正常點火，當達到高速高負荷的時候，火花塞就會擊穿陶瓷體沿裂紋向殼體放電，電極間就不會產(chǎn)生電火花。因此必須注意拆裝工具的選擇。

作為點火系統(tǒng)中的關(guān)鍵零部件，點火線圈對發(fā)動機的失火有也很大的影響，如果點火線圈能量過低，不能提供足夠的點火電壓用以滿足火花塞擊穿缸內(nèi)混合氣體的需求，會出現(xiàn)失火情況。同時點火能量太高的點火線圈易導(dǎo)致發(fā)動機在低速大負荷時產(chǎn)生爆震。

點火線圈內(nèi)部主要元件包括初級、次級線圈。如果點火線圈外殼注塑或次級骨架絕緣性不足，同樣會造成部分高能線圈開路和失效，漆包線被擊穿，漆包線的高壓通過裂縫擊穿至矽鋼片，造成點火能量異常出現(xiàn)失火故障。

2 故障診斷方法

2.1 精準分析

發(fā)動機失火故障主要為單缸失火故障和多缸失火故障。通過故障診斷儀，如果是單缸的失火故障代碼，應(yīng)該將那些對所有氣缸都有影響的失火原因，視為非重點排查。重點檢查只影響個別氣缸工作的因素上，如失火缸的火花塞、點火線圈、噴油器及其線路、氣缸密封性等[3]。反之，如果故障表現(xiàn)為多缸失火，將注意力轉(zhuǎn)移到能影響所有或者多個氣缸的因素上。比如燃油的壓力和流量的設(shè)計要求，電源電壓滿足設(shè)計要求，進氣管路是否有漏氣現(xiàn)象特別是系統(tǒng)、真空助力制動系統(tǒng)等與進氣管相連通的管路、電子控制系統(tǒng)的點火邏輯是否正確等。

2.2 分析方法

失火形成的原因較多，影響因素分布較廣，在故障診斷時需要先易后繁，梳理合理的判斷流程。對于失火，首先要了解車輛使用及維護信息，了解車輛履歷，問題出現(xiàn)的時間及出現(xiàn)問題之前是否有異常存在。如確定噴油器的工作狀態(tài)，火花塞是否定期更換，加注的燃油質(zhì)量滿足法規(guī)要求等，測量燃油壓力，缸內(nèi)壓力是否滿足設(shè)計要求，確定點火能量等，最后再檢查分析其它系統(tǒng)。如果是單缸失火，我們可按照點火系統(tǒng)-燃油系統(tǒng)-機械系統(tǒng)的順序逐項進行排查。在故障診斷時，必須注意信息的獲取及分析，如是否同時出現(xiàn)其他故障代碼，是否與其他故障有關(guān)聯(lián)性，分析其它系統(tǒng)是否會影響失火。當代發(fā)動機管理系統(tǒng)的自診斷功能相對完善，會記錄導(dǎo)致失火的故障代碼，需要仔細較對，以方便找到根因。

2.3 ABA法快速診斷

故障排查使用 ABA方法來檢查失火快速有效。如果發(fā)動機控制單元中出現(xiàn)有代表識別某一缸失火的故障代碼，可對調(diào)失火缸點火線圈、火花塞、噴油器等相關(guān)部件，來確定是否失效件。注意在調(diào)換后需要清除故障代碼再試車，直至故障再次發(fā)生。若更換后，故障代碼隨故障件轉(zhuǎn)移。需要對單體零件重點分析。

3 結(jié)論

造成發(fā)動機失火的原因很多，幾乎涉及發(fā)動機的各個系統(tǒng)，同時造成失火的危害很大影響的范圍也很廣，包括動力性、經(jīng)濟性、排放等。

本文主要從造成失火的主要原因、涉及系統(tǒng)以及排查思路進行詳細介紹，希望通過本文總結(jié)及梳理能夠指導(dǎo)人員進行高效的判定，解決各類失火故障。