發動機失火原理及排查研究

黃振華 梁稱邦 馮寧

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545007

1 失火定義

發動機失火，是指發動機一個或者多個氣缸不做功或者做功不足，也就是我們經常說的發動機缺缸。發動機失火后，ECU 根據其邏輯控制，發動機故障燈可能會亮起，伴隨整車抖動，并出于保護三元催化器，極有可能進入動力不足、加速無力的跛行模式。部分情況下，熄火拔掉重裝蓄電池負極或者一定周期后，發動機自行恢復動力，但通過OBD 診斷仍可看到其歷史故障。

2 失火檢測原理

失火檢測是通過曲軸位置傳感器精確感知來自曲軸飛輪信號盤的發動機轉速波動，以便快速判斷發動機是否出現失火。當發動機發生失火時，發動機轉速及扭矩均會突然下降，發動機曲軸上飛輪信號齒加速度發生變化。因此可以用齒加速度的變化做為判斷發動機失火依據。

精確檢測失火是比較困難的，因為運轉過程中發動機并不是一直穩定在某個轉速，即使是穩態工作過程中，轉速會在一定范圍內波動，比如怠速時其范圍可能是±30rpm，發動機本身并沒有失火。

另外，失火僅使間隔延長0.2% 左右，ECU 需要根據實際情況采取多種措施防止誤判。

3 失火檢測區域

（1）在扭矩輸出的工作范圍內理論上都應檢測；

（2）在高轉速低負荷區域可以關閉失火檢測。此區域根據指定方法確定失火：在進氣壓力與轉速確定的坐標系上，過斷油轉速的點，對應歧管壓力加上133mPa處對應的點，與3000r/min 零扭矩的點做一直線，此線下方不檢測。

（3）是否進行失火檢測，在壞路、換擋、啟動、倒拖滑行、急加速等轉速變化大的工況時，如無法辨別失火與其它因素的影響，會中斷失火檢測系統。壞路的識別主要依靠整車的輪速傳感器。車輛壞路且輪速傳感器正常工作時，不會進行失火檢測。如輪速傳感器失效，控制系統未能識別，有可能導致發動機失火故障的誤報，進而導致車輛極有可能進入跛行模式。

4 失火率與故障燈關系

出于對三元催化器保護及滿足排放法規要求，不同失火率，發動機故障燈反應為閃爍或者常亮，見表1。

表1 失火率與發動機故障燈關系

失火發生時，未燃燒的混合氣會在催化器中燃燒，加速催化器涂層老化，甚至損壞催化器。一般催化器載體可接受溫度范圍為900 到1000℃。

在高轉速高負荷區域，發動機排氣溫度較高，三催溫度可能在很短時間內達到臨界值（≈1s），因此法規要求在曲軸轉200 圈內就要將故障檢測出來，相當于6000rpm 時約2 秒內完成檢測是合理的。

發動機故障燈常見的失火故障碼及其解析見表2。

表2 失火故障碼

對于某缸失火故障判斷，ECU 通過凸輪軸信號盤與曲軸信號盤的正時對應關系，可以判斷具體哪一缸失火，見圖1。

5 發動機失火故障樹及排查步驟

可能導致失火的原因很多，主要分為點火系統故障、供油系統故障、進氣系統故障、發動機缸壓不足等，見圖2。

圖2 失火故障樹

點火系統故障，主要檢查火花塞型號、間隙是否正常，如果都正常，可以進行跳火試驗，確認是否有火花，在設計上應盡量避免點火系統尤其是點火線圈進水，可通過將點火線圈適當高度的凸臺避免涉水時大量進水，見圖3。

圖3 凸輪軸罩蓋凸臺

供油系統故障，可以通過油壓表檢查供油壓力，噴油器是否噴油及其霧化是否正常。檢測過程中注意各缸噴油量及霧化是否相差不多。燃油品質也需要關注，劣質汽油極有可能導致噴油器堵塞。對于多缸失火且報燃油泵繼電器開路或者短路問題，可以直接檢查燃油泵繼電器是否接觸良好或者已經出現燒毀，見圖4。因燃油泵繼電器接觸不良后，各缸均隨機性無燃油進入，導致無法燃燒。

圖4 燃油泵繼電器燒毀圖片

進氣系統故障，主要檢查是否漏氣。進氣歧管一般與真空助力管路、PCV 管路、空濾等有接口。檢車過程中，注意進氣歧管及管路等是否出現破損或者堵塞，見圖5。因未計量在內的氣體進入，導致燃燒時空燃比偏大，過稀導致無法燃燒。

圖5 進氣歧管破損

對于碳罐沖洗問題，可以檢查碳罐電磁閥是否失效。在設計上，盡量將碳罐脫附管接口在進氣歧管入口處，即節流閥體后，避免各缸油氣不均導致失火。如某廠家的設計就避免出現油氣不均問題，見圖6。

圖6 脫附接口

在某機型試驗中發現轉速波動極大，通過數據流檢查，失火次數極高，接近報警值。經檢查發現，空燃比波動幅度大，且均為碳罐沖洗時，其轉速相比不沖洗時波動大很多。經校核，脫附接口在4 缸附近，小進氣流量時，進氣對碳罐油氣沖擊較弱，碳罐可擴散至1、2 缸，整體沖洗問題不大。但是較大的進氣流量時，油氣無法擴散，基本上進入4 缸，導致4 缸油氣很濃，另外3 個缸混合氣極稀，引發失火。將碳罐脫附管接口改到進氣歧管入口處節流閥體后，從試驗數據檢查發現，其轉速波動幅度相比之前小很多，見圖7。

圖7 脫附接口變更后數據對比

發動機缸壓不足，可能原因為活塞損壞、氣門密封（包括氣門自身損壞、關閉不嚴及正時系統故障）、燃燒室出現裂紋。以上故障可以通過內窺鏡檢查發現，見圖8?；蛘咄ㄟ^檢測發動機缸壓發現。一般自吸缸壓約為10bar 左右，低于6bar 時說明缸壓明顯不足，當然具體缸壓值以廠家推薦值為準。

圖8 使用內窺鏡檢查氣門

6 結語

隨著排放法規的越加嚴格，對于發動機故障的診斷要求越來越高。本文探討發動機失火檢測原理和檢測區域，并就失火率與故障燈關系及其對應故障碼進行列舉。針對發動機失火，實際如何檢查，及設計中如何規避失火都有簡單說明。