利用氣流壓力脈動波形免拆診斷發動機機械故障的技巧（一）

余姚東江名車專修廠 葉正祥

發動機工作時，活塞上下往復運動，進、排氣門有規律地開啟和關閉，會使進、排氣管中的氣流壓力發生有規律的波動，同時燃燒室中的氣體會從活塞環竄入曲軸箱，以致曲軸箱內的氣流壓力也會發生有規律的波動。在維修實踐中，充分利用這些氣流壓力的脈動效應，選擇合適的發動機工況，通過分析氣流壓力脈動波形便可以快速鎖定隱蔽的發動機機械故障點，如進、排氣門關閉不嚴，進、排氣門開度不夠，活塞環泄漏等。下面筆者通過講解幾個維修案例，與大家分享利用氣流壓力脈動波形免拆診斷發動機機械故障的技巧。

案例1 2019款日產途達車發動機怠速抖動、加速無力

一輛2019款日產途達車，搭載QR20DE發動機，累計行駛里程約為4萬km，該車因發動機怠速抖動、加速無力及發動機故障燈異常點亮的故障在其他維修廠維修。維修人員用故障檢測儀檢測，發動機控制單元中存儲有故障代碼“P0301 循環1缺火”，即氣缸1存在缺火故障，為此維修人員與正常車調換了火花塞和點火線圈，故障依舊；測量氣缸壓力，也正常；隨后又與正常車調換噴油器、發動機控制單元及相關線束等，故障依舊，于是向筆者請求技術支持。

接車后筆者首先驗證缺火氣缸。連接pico示波器、WPS500X壓力傳感器及COP探頭同時測量發動機怠速時的排氣脈動、氣缸1點火及曲軸位置傳感器信號波形。分析圖1可知，氣缸1排氣時的排氣壓力波峰比其他波峰要低，且氣缸1點火后曲軸沒有明顯的加速過程（曲軸位置傳感器信號的頻率未升高），由此確定氣缸1工作不良。

圖1 故障車發動機怠速時的排氣脈動、氣缸1點火及曲軸位置傳感器信號波形（截屏）

進行相對壓縮測試，即脫開所有噴油器導線連接器，測量起動發動機時的起動電流波形。分析圖2可知，起動電流的波峰（波峰代表活塞處于壓縮上止點位置）均勻，說明4個氣缸的壓縮壓力基本一致。接著用WPS500X壓力傳感器依次測量4個氣缸的氣缸壓力，氣缸1的氣缸壓力約為12.8 bar（1 bar=100 kPa），氣缸2的氣缸壓力約為12.7 bar，氣缸3的氣缸壓力約為12.6 bar，氣缸4的氣缸壓力約為12.7 bar，均無異常。仔細對比氣缸1和氣缸2的氣缸壓力波形（圖3和圖4），發現做功形成末端的真空度有所差別，氣缸1的真空度約為-271 mbar（1 mbar=0.1 kPa），氣缸2的真空度約為-364 mbar，由此懷疑氣缸1在活塞下行時密封不良。

圖2 相對壓縮測試波形（截屏）

圖3 氣缸1的氣缸壓力波形（截屏）

圖4 氣缸2的氣缸壓力波形（截屏）

測量起動時的進、排氣脈動及氣缸1點火波形（圖5），發現進氣脈動波形比較均勻，但排氣脈動波形中的一個波谷位置偏高，且該波谷位于氣缸1點火后180°曲軸轉角附近，推斷該波谷與氣缸1排氣門打開有關。測量單個氣缸的排氣脈動和氣缸壓力波形（圖6），分析可知，在做功行程末端，氣缸內處于真空狀態，當排氣門打開時，排氣壓力被拉低，從而形成了排氣脈動波形的波谷。通過對比起動發動機時的排氣脈動波形波谷的位置高低，可以快速判斷做功行程末端氣缸內的真空度是否正常，而該真空度又與氣缸的密封性有關。經過上述分析，再一次將矛頭指向氣缸1密封不良。

圖5 起動時的進、排氣脈動及氣缸1點火波形（截屏）

圖6 單個氣缸的排氣脈動和氣缸壓力波形（截屏）

旋轉曲軸，將氣缸1旋轉至壓縮上止點，用煙霧測試儀從氣缸1的火花塞安裝孔向氣缸內充煙霧，發現有大量煙霧從前氧傳感器安裝孔冒出，由此推斷氣缸1排氣門關閉不嚴。用塞尺測量氣缸1的排氣門間隙（圖7），發現0.10 mm的塞尺都無法塞進氣缸1的排氣凸輪與氣門挺桿之間，說明排氣門間隙過小（標準排氣門間隙為0.30 mm）。

圖7 用塞尺測量氣缸1的排氣門間隙

選配合適的氣門挺桿，將氣缸1排氣門間隙調整至正常值后試車，故障現象消失，故障排除。

為什么排氣門關閉不嚴，氣缸壓力卻正常呢？在壓縮行程時，活塞上行，進、排氣門均關閉，氣缸內為正壓，壓力會施加在排氣門上，從而壓迫排氣門與氣門座圈貼合，以致輕微的排氣門關閉不嚴在壓縮行程下無法顯露；而在做功行程（氣缸內并未發生燃燒）時，活塞下行，進、排氣門保持關閉，在做功行程末端產生真空（即負壓），有將排氣門向下拉的趨勢，此時排氣門關閉不嚴就會顯露。

既然排氣門關閉不嚴沒有影響到氣缸壓力，那么為什么氣缸還會缺火呢？在進氣行程時，活塞下行，進氣門打開，排氣門關閉，氣缸內持續保持真空狀態，此時排氣門關閉不嚴顯露，導致部分廢氣回流，從而影響氣缸內混合氣的燃燒，出現缺火故障。

通過本案例可以看出，發動機怠速時的排氣脈動波形能夠反映氣缸內混合氣的燃燒狀態，而起動發動機（脫開噴油器導線連接器，氣缸內并未發生燃燒）時的排氣脈動波形能夠反映氣缸的密封性。