中鑫之寶汽車服務有限公司 任賀新

任賀新，Tech Gear汽車診斷學院優(yōu)秀學員，現(xiàn)任中鑫之寶汽車服務有限公司技術經(jīng)理；2013年通過一汽大眾技術培訓師認證；2013年獲得奧迪十佳技術培訓師榮譽稱號；2017年被聘為第三屆汽車診斷師大賽星至寶賽區(qū)專家評委。

故障現(xiàn)象一輛2010款奧迪A6L車，搭載BDW發(fā)動機，累計行駛里程約為17萬km。車主最初進廠報修發(fā)動機冷機起動后怠速抖動，暖機后恢復正常。維修人員清洗氣門積炭后試車，故障依舊。在進一步檢查的過程中，有一次原地將發(fā)動機轉速加速至3 000 r/min，觀察發(fā)動機數(shù)據(jù)流，在松開加速踏板后，發(fā)動機突然開始抖動，自此故障從偶發(fā)變成了靜態(tài)。用故障檢測儀檢測，提示氣缸4失火；維修人員嘗試對調(diào)點火線圈、火花塞及噴油器，仍是氣缸4失火；用氣缸壓力表測量氣缸壓力，均為12 bar（1 bar=100 kPa）左右，正常。診斷至此，點火、噴油及氣缸壓力均未見異常，維修人員沒有了診斷思路，于是向筆者請求支援。

故障診斷接車后試車，起動發(fā)動機，待發(fā)動機冷卻液溫度升高至正常范圍，關閉空調(diào)及其他用電器。用故障檢測儀讀取怠速時的發(fā)動機數(shù)據(jù)流（圖1），發(fā)現(xiàn)氣缸4的失火次數(shù)在持續(xù)增加，且進氣歧管絕對壓力在570 mbar（1 mbar=0.1 kPa）左右不斷變化，異常；將發(fā)動機加速至3 000 r/min并保持，進氣歧管絕對壓力約為340 mbar，恢復正常。

將真空表連接至節(jié)氣門后方的進氣歧管上，測量真空度（進氣歧管真空度=大氣壓力-進氣歧管絕對壓力）的結果如下。

圖1 故障車怠速時的發(fā)動機數(shù)據(jù)流（截屏）

（1）發(fā)動機怠速時，真空表指針在45 kPa～47 kPa來回擺動。

（2）將發(fā)動機轉速加速至3 000 r/min并保持，真空表指針穩(wěn)定在67 kPa。

正常情況下，發(fā)動機怠速時，進氣歧管真空度應處于57 kPa～72 kPa，且真空表指針穩(wěn)定，而該車發(fā)動機怠速時的進氣歧管真空度明顯不足，且真空表指針來回擺動。要想找到進氣歧管真空度不足的原因，首先要弄明白進氣歧管為什么是真空狀態(tài)。如圖2所示，當氣缸處于進氣沖程時，進氣門打開將進氣歧管與燃燒室相通，同時活塞從上止點向下止點方向移動，燃燒室容積增大產(chǎn)生真空吸力，從而使空氣通過打開的進氣門吸入燃燒室內(nèi)。當氣缸處于其他沖程時，進氣門關閉，進氣歧管不與燃燒室相通，燃燒室內(nèi)的壓力對進氣歧管壓力沒有影響。發(fā)動機處

如果進氣歧管漏氣，怠速時真空表的指針不會擺動，而且這款車的進氣管結構很簡單，用化清劑噴了一遍，沒有發(fā)現(xiàn)漏氣部位。如果三元催化轉化器堵塞，發(fā)動機轉速在3 000 r/min時進氣壓力偏高，而不是怠速時進氣壓力高。如果配氣正時錯位，故障現(xiàn)象不會是單缸失火，而是多缸失火故障，況且急加速時真空表指示正常。這款車是液壓挺柱，無需調(diào)節(jié)氣門間隙。分析至此，推斷該車的故障原因可能是進氣門密封不嚴。

圖2 進氣歧管真空度的形成

拆下氣缸4的火花塞，旋轉曲軸，直至氣缸4的活塞處于壓縮上止點位置，然后連接漏氣量測量儀，通過氣缸4的火花塞孔向燃燒室內(nèi)打氣。觀察漏氣量測量儀指示，2個壓力表數(shù)值幾乎一致（圖3），說明氣缸4處于壓縮上止點位置時，燃燒室密封良好，不存在漏氣現(xiàn)象。維修人員之前用氣缸壓力表測量過氣缸壓力，且未見異常，考慮到氣缸壓力表管路中內(nèi)置單向閥，測量的是累積壓力，并不能精確反映于怠速工況時，一方面節(jié)氣門開度很小，阻礙空氣進入進氣歧管，另一方面氣缸輪流從進氣歧管吸氣，因此進氣歧管是真空狀態(tài)。從微觀角度看，進氣歧管的真空是氣缸輪流吸氣造成的，真空度應處于波動狀態(tài)，從宏觀角度看，由于發(fā)動機運轉速度很快，真空度又處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)。進氣歧管真空度不足常見的原因有：進氣歧管漏氣（外部空氣進入進氣歧管）；三元催化轉化器堵塞；配氣正時錯位；進氣門密封不嚴，當氣缸處于壓縮或做功沖程時，燃燒室內(nèi)的高壓氣體通過進氣門泄漏到進氣歧管內(nèi)；進氣門間隙不正確。出發(fā)動機的機械故障，于是決定用氣缸壓力傳感器精準測量氣缸每個沖程的壓力。

圖3 用漏氣量測量儀測量氣缸4的密封性

連接氣缸壓力傳感器和示波器（圖4），測量起動時氣缸4的壓力（圖5），可知起動時的最高氣缸壓力約為10.6 bar，最低氣缸壓力約為-300 mbar，與其他氣缸進行對比，氣缸壓力基本一致。隨后測量怠速時氣缸4的壓力（圖6），分析可知以下信息。

（1）怠速時氣缸4的最高壓力約為3 bar，測量其他氣缸，最高氣缸壓力約為7 bar。

圖4 氣缸壓力傳感器和示波器的連接方式

（2）紅色箭頭所指位置代表排氣門打開時刻，約為排氣沖程下止點前33°曲軸轉角。綠色箭頭所指位置代表進氣門關閉時刻，約為進氣沖程下止點后60°曲軸轉角。與其他氣缸進行對比，排氣門打開時刻和進氣門關閉時刻均一致，說明配氣正時正常。

（3）正常情況下，紅色箭頭所指的釋放沖程（由于是拆掉火花塞測量，被測量的氣缸無法做功，因此把做功沖程稱為釋放沖程）真空帶壓力應該跟綠色箭頭所指的進氣沖程真空帶壓力基本一致，而該車釋放沖程末段真空度更低，并且釋放沖程壓力下降斜坡比壓縮沖程壓力上升斜坡更陡，說明氣缸密封不嚴，活塞壓縮時漏氣，活塞下行時氣壓加速下降且降到更低。

綜上可知，由于壓縮沖程氣缸4內(nèi)存在漏氣，造成最高氣缸壓力只有3 bar。活塞位于壓縮上止點時靜態(tài)加壓測試，不存在漏氣現(xiàn)象。起動時氣缸壓力正常，也不存在漏氣現(xiàn)象。為何偏偏在怠速時氣缸漏氣呢？此時懷疑故障與發(fā)動機轉速有關，轉速越快，故障現(xiàn)象越明顯。于是測量急加速時的氣缸壓力，將發(fā)動機轉速加速至3 600 r/min時，氣缸4的最高壓力約為13.6 bar（圖7），而其他氣缸的最高壓力可以達到23 bar（圖8）。分析配氣機構，凸輪的輪廓形狀決定了氣門升程曲線，凸輪的桃尖可克服彈簧力開啟氣門，當凸輪轉動到基圓部分時，通過氣門彈簧力可關閉氣門。假如彈簧的彈力不足，隨著發(fā)動機轉速升高，彈簧可能無法及時關閉氣門，造成氣缸漏氣。結合進氣歧管壓力偏高現(xiàn)象，推測故障原因可能是進氣門彈簧斷裂。

圖5 起動時氣缸4的壓力（截屏）

圖6 怠速時氣缸4的壓力（截屏）

圖7 將發(fā)動機轉速加速至3 600 r/min時氣缸4的壓力（截屏）

圖8 將發(fā)動機轉速加速至3 600 r/min時氣缸1的壓力（截屏）

拆下氣缸蓋罩觀察氣門彈簧，沒有發(fā)現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。用工具旋轉曲軸，在凸輪桃尖壓下和離開氣門挺柱時，觀察氣缸4的所有氣門彈簧，均能及時關閉氣門。用自制的鐵鉤依次拉動氣缸4的所有氣門彈簧（圖9），也未見異常。拆解氣缸蓋，發(fā)現(xiàn)氣缸4的1個排氣門彈簧斷裂（圖10）。

圖9 用自制的鐵鉤拉動氣門彈簧

圖10 氣缸4的1個排氣門彈簧斷裂

故障排除更換氣缸4的排氣門彈簧后裝復試車，發(fā)動機冷機怠速運轉正常；讀取發(fā)動機數(shù)據(jù)流（圖11），怠速時的進氣歧管絕對壓力約為370 mbar，且比較穩(wěn)定；讀取失火次數(shù)，均不存在失火。診斷至此，故障徹底排除。

圖11 正常車怠速時的發(fā)動機數(shù)據(jù)流（截屏）

故障總結排氣門彈簧斷裂后彈力不足，用起動機帶動發(fā)動機旋轉時，由于轉速較低，彈簧力勉強可以關閉排氣門，所以測得的最高氣缸壓力正常，而發(fā)動機怠速及加速時轉速相對較高，彈簧無法及時關閉排氣門，因此測得的最高氣缸壓力偏低。發(fā)動機怠速時節(jié)氣門開度較小，進氣歧管處于真空狀態(tài)，排氣處于大氣壓力狀態(tài)，氣缸4開始進氣沖程時，由于排氣門關閉不嚴，排氣管中的廢氣被抽入進氣歧管，從而使動機怠速時的進氣歧管壓力偏高。當發(fā)動機轉速為3 000 r/min時，節(jié)氣門開度增大，進入進氣歧管的空氣增多，進氣歧管絕對壓力卻比怠速時還低，這是因為發(fā)動機對進氣歧管的抽氣頻率加快了，在節(jié)氣門開度增大時也能維持進氣歧管的真空度，此時排氣門處輕微的漏氣很難對進氣歧管絕對壓力造成影響。