馮永超，王博，張大偉

（寧波吉利羅佑發(fā)動(dòng)機(jī)零部件有限公司，浙江 寧波 315336）

引言

發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，各缸會(huì)按既定順序做功（如1-3-4-2，1-3-2等各主機(jī)廠會(huì)有些微差異），亂序排列的目的是在各缸做功時(shí)能保證發(fā)動(dòng)機(jī)工作平穩(wěn)。

發(fā)動(dòng)機(jī)在往復(fù)運(yùn)動(dòng)中，進(jìn)排氣系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、噴油系統(tǒng)等出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)會(huì)導(dǎo)致汽缸內(nèi)混合氣體不能順利點(diǎn)燃或點(diǎn)燃后不能徹底的燃燒，被稱(chēng)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(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，由于缺少動(dòng)力輸出，會(huì)使得發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性下降，具體表現(xiàn)為發(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng)、加速無(wú)力等現(xiàn)象。

失火時(shí)可燃?xì)怏w未完全燃燒或未燃燒，因此會(huì)造成燃油消耗量增加，發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性能下降，同時(shí)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(biāo)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)失火故障時(shí)，燃油不能徹底的燃燒進(jìn)入排氣歧管內(nèi)部，在高溫下發(fā)生二次燃燒，此時(shí)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(shí)很多未充分燃燒的油氣混合物會(huì)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(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生嚴(yán)重的積碳甚至淹缸，會(huì)使車(chē)輛出現(xiàn)嚴(yán)重動(dòng)力不足甚至無(wú)法啟動(dòng)[1]。

因此失火會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及排放性產(chǎn)生不良影響，同時(shí)噴油器、火花塞、活塞等缸內(nèi)零部件性能及壽命也會(huì)產(chǎn)生損傷。因此當(dāng)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?yàn)檫@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(dòng)機(jī)失火的原因多種多樣，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理，可以通過(guò)油、氣、電三路進(jìn)行排查，包含供油系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)及ECU控制信號(hào)等相關(guān)的硬件和軟件。

發(fā)動(dòng)機(jī)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(zhǔn)，盡量一次作對(duì)，避免增加工作量，破壞現(xiàn)場(chǎng)。因此要加強(qiáng)對(duì)各個(gè)系統(tǒng)地檢查工作[2]。

1.1 供油系統(tǒng)

汽車(chē)供油系統(tǒng)包括整車(chē)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(dāng)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(huì)導(dǎo)致供油壓力不波動(dòng)、偏低，造成燃油導(dǎo)軌中噴射壓力過(guò)大或過(guò)小，反映到發(fā)動(dòng)機(jī)上就是缸內(nèi)的混合氣過(guò)濃（噴油量過(guò)大）或過(guò)?。▏娪土窟^(guò)小），出現(xiàn)異常燃燒而產(chǎn)生失火。因此需要定時(shí)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(duì)于缸內(nèi)直噴的發(fā)動(dòng)機(jī)，需要重點(diǎn)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(dāng)電磁閥出現(xiàn)異常時(shí)高壓油泵也不能正常泵油，對(duì)噴射壓力會(huì)產(chǎn)生不良影響。

對(duì)于噴油器（包含氣道噴射或缸內(nèi)直噴）來(lái)講，如果噴油器在開(kāi)發(fā)之初選用的噴孔角度、直徑等參數(shù)不合理，或未進(jìn)行噴油器結(jié)焦試驗(yàn)，那么在后期試驗(yàn)過(guò)程中會(huì)造成噴油器積碳嚴(yán)重，噴油器噴孔堵塞之后在相同的噴油脈寬下實(shí)際的噴油量過(guò)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(yán)出現(xiàn)長(zhǎng)噴油情況，使氣缸內(nèi)實(shí)際的混合器過(guò)稀、過(guò)濃都會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)失火。

1.2 進(jìn)氣系統(tǒng)

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

圖2 進(jìn)氣系統(tǒng)

進(jìn)氣系統(tǒng)造成失火主要排查方向有進(jìn)氣管路是否堵塞、漏氣，配氣機(jī)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(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)中常用的一種可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)，使用 VVT技術(shù)可以優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)運(yùn)行區(qū)間的進(jìn)排氣效率。匹配合理的進(jìn)、排氣 VVT相位角度，可大大增加進(jìn)氣系統(tǒng)的進(jìn)氣充量，有效地降低廢氣殘余系數(shù)（EGR率），發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性大大提高，燃油經(jīng)濟(jì)性得到優(yōu)化，同時(shí)降低有害氣體的排放。當(dāng) VVT 系統(tǒng)出現(xiàn)故障，比如進(jìn)排氣重疊角過(guò)大，新鮮混合氣進(jìn)入燃燒室中在開(kāi)始燃燒做功之時(shí)，排氣門(mén)反而打開(kāi)，新鮮混合氣直接被排出發(fā)動(dòng)機(jī)，會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)失火?；蛘咴诎l(fā)動(dòng)機(jī)壓縮過(guò)程中進(jìn)氣門(mén)提前打開(kāi)，導(dǎo)致壓縮行程結(jié)束時(shí)缸內(nèi)混合氣溫度和壓力不足，造成混合氣體無(wú)法正常燃燒造成失火。

除此之外，VVT發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油量的大小主要根據(jù)進(jìn)氣量多少輸入給ECU控制單元，通過(guò)ECU軟件計(jì)算，而進(jìn)氣量又是根據(jù)空氣流量計(jì)、中冷器后的壓力傳感器、進(jìn)氣歧管處壓力溫度傳感器等信號(hào)，結(jié)合節(jié)氣門(mén)閥板開(kāi)度計(jì)算而得到的。若空氣濾清器、渦輪增壓器與進(jìn)氣歧管之間漏氣，則會(huì)導(dǎo)致進(jìn)氣歧管處進(jìn)氣壓力偏低，實(shí)際進(jìn)氣量偏小，使進(jìn)入氣缸的實(shí)際混合氣過(guò)濃，導(dǎo)致點(diǎn)火時(shí)不易點(diǎn)著產(chǎn)生失火[1]。

1.3 點(diǎn)火系統(tǒng)

主流發(fā)動(dòng)機(jī)目前都是采用獨(dú)立點(diǎn)火系統(tǒng)，每缸都有一個(gè)獨(dú)立的點(diǎn)火線圈進(jìn)行點(diǎn)火，將點(diǎn)火電壓直接從點(diǎn)火線圈傳送至火花塞。發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)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(diǎn)火線圈、火花塞、等零部件組成。如圖3所示。

圖3 點(diǎn)火系統(tǒng)

當(dāng)曲軸位置傳感器與凸輪軸位置傳感器通過(guò)二者相對(duì)位置關(guān)系確定一缸上止點(diǎn)位置之后，ECU 會(huì)按照已標(biāo)定的點(diǎn)火角數(shù)據(jù)，給出對(duì)應(yīng)缸的點(diǎn)火信號(hào)，點(diǎn)火線圈開(kāi)始充能點(diǎn)火。采用單缸獨(dú)立點(diǎn)火系統(tǒng)，ECU 便可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)各種負(fù)荷情形，控制各個(gè)氣缸內(nèi)最佳點(diǎn)火時(shí)刻，使發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的功率、經(jīng)濟(jì)性和排放等都可以達(dá)到相對(duì)理想的狀態(tài)。因此點(diǎn)火系統(tǒng)對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)失火的影響最為直接。對(duì)于點(diǎn)火系統(tǒng)我們主要分析火花塞、點(diǎn)火線圈及各路傳感器信號(hào)。

發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)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(diǎn)火時(shí)產(chǎn)生的火花能量微弱。即使可以點(diǎn)火，但較小火花會(huì)造成放電能量不足，無(wú)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(dòng)機(jī)出現(xiàn)失火。反之，當(dāng)火花塞的電極間隙過(guò)大時(shí)，特別是對(duì)于增壓發(fā)動(dòng)機(jī)在高速、高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于增壓后實(shí)際的進(jìn)氣密度增大，火花塞擊穿混合氣所需要的電壓也就會(huì)隨之增大。當(dāng)火花塞的擊穿電壓不足時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)在高速、高負(fù)荷時(shí)極易出現(xiàn)失火故障。

關(guān)重零件火花塞絕緣體的溫度長(zhǎng)時(shí)間低于它的自凈溫度（約400 ℃），比如長(zhǎng)時(shí)間怠速，重復(fù)冷啟動(dòng)等操作會(huì)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(shí)火花將沿著積碳向火花塞金屬殼體延展，積碳長(zhǎng)時(shí)間積累會(huì)造成火花不在尖端出現(xiàn)，進(jìn)而燃燒室內(nèi)混合氣體不能被擊穿，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生失火。

當(dāng)混合氣過(guò)濃或竄入燃燒室的機(jī)油不能完全燃燒，部分未燃燒混合氣會(huì)被高溫氧氣，形成輕基酸及樹(shù)脂狀膠質(zhì)，膠質(zhì)會(huì)鉆附在火花塞、活塞、氣門(mén)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(jìn)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(huì)嚴(yán)重影響火花塞的正常工作，尖端電極無(wú)火花產(chǎn)生，不能點(diǎn)燃缸內(nèi)混合氣體，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)出現(xiàn)失火故障，運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，動(dòng)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(xiàng)主要是針對(duì)火花塞拆卸過(guò)程中，是否因?yàn)椴鹦恫灰?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(duì)殼體進(jìn)行放電，就不會(huì)在電極間隙之間產(chǎn)生電火花。如果陶瓷體沒(méi)有完全斷裂，在低速低負(fù)荷，火花塞還可以正常點(diǎn)火，當(dāng)達(dá)到高速高負(fù)荷的時(shí)候，火花塞就會(huì)擊穿陶瓷體沿裂紋向殼體放電，電極間就不會(huì)產(chǎn)生電火花。因此必須注意拆裝工具的選擇。

作為點(diǎn)火系統(tǒng)中的關(guān)鍵零部件，點(diǎn)火線圈對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的失火有也很大的影響，如果點(diǎn)火線圈能量過(guò)低，不能提供足夠的點(diǎn)火電壓用以滿足火花塞擊穿缸內(nèi)混合氣體的需求，會(huì)出現(xiàn)失火情況。同時(shí)點(diǎn)火能量太高的點(diǎn)火線圈易導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)在低速大負(fù)荷時(shí)產(chǎn)生爆震。

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

2 故障診斷方法

2.1 精準(zhǔn)分析

發(fā)動(dòng)機(jī)失火故障主要為單缸失火故障和多缸失火故障。通過(guò)故障診斷儀，如果是單缸的失火故障代碼，應(yīng)該將那些對(duì)所有氣缸都有影響的失火原因，視為非重點(diǎn)排查。重點(diǎn)檢查只影響個(gè)別氣缸工作的因素上，如失火缸的火花塞、點(diǎn)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(gè)氣缸的因素上。比如燃油的壓力和流量的設(shè)計(jì)要求，電源電壓滿足設(shè)計(jì)要求，進(jìn)氣管路是否有漏氣現(xiàn)象特別是系統(tǒng)、真空助力制動(dòng)系統(tǒng)等與進(jìn)氣管相連通的管路、電子控制系統(tǒng)的點(diǎn)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(shí)需要先易后繁，梳理合理的判斷流程。對(duì)于失火，首先要了解車(chē)輛使用及維護(hù)信息，了解車(chē)輛履歷，問(wèn)題出現(xiàn)的時(shí)間及出現(xiàn)問(wèn)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(cè)量燃油壓力，缸內(nèi)壓力是否滿足設(shè)計(jì)要求，確定點(diǎn)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(diǎn)火系統(tǒng)-燃油系統(tǒng)-機(jī)械系統(tǒng)的順序逐項(xiàng)進(jìn)行排查。在故障診斷時(shí)，必須注意信息的獲取及分析，如是否同時(shí)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(huì)影響失火。當(dāng)代發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的自診斷功能相對(duì)完善，會(huì)記錄導(dǎo)致失火的故障代碼，需要仔細(xì)較對(duì)，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(lái)檢查失火快速有效。如果發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元中出現(xiàn)有代表識(shí)別某一缸失火的故障代碼，可對(duì)調(diào)失火缸點(diǎn)火線圈、火花塞、噴油器等相關(guān)部件，來(lái)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(chē)，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(duì)單體零件重點(diǎn)分析。

3 結(jié)論

造成發(fā)動(dòng)機(jī)失火的原因很多，幾乎涉及發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)系統(tǒng)，同時(shí)造成失火的危害很大影響的范圍也很廣，包括動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)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(jìn)行詳細(xì)介紹，希望通過(guò)本文總結(jié)及梳理能夠指導(dǎo)人員進(jìn)行高效的判定，解決各類(lèi)失火故障。