利用氣流壓力脈動(dòng)波形免拆診斷發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械故障的技巧（一）

余姚東江名車專修廠 葉正祥

發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，活塞上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)、排氣門有規(guī)律地開啟和關(guān)閉，會使進(jìn)、排氣管中的氣流壓力發(fā)生有規(guī)律的波動(dòng)，同時(shí)燃燒室中的氣體會從活塞環(huán)竄入曲軸箱，以致曲軸箱內(nèi)的氣流壓力也會發(fā)生有規(guī)律的波動(dòng)。在維修實(shí)踐中，充分利用這些氣流壓力的脈動(dòng)效應(yīng)，選擇合適的發(fā)動(dòng)機(jī)工況，通過分析氣流壓力脈動(dòng)波形便可以快速鎖定隱蔽的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械故障點(diǎn)，如進(jìn)、排氣門關(guān)閉不嚴(yán)，進(jìn)、排氣門開度不夠，活塞環(huán)泄漏等。下面筆者通過講解幾個(gè)維修案例，與大家分享利用氣流壓力脈動(dòng)波形免拆診斷發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械故障的技巧。

案例1 2019款日產(chǎn)途達(dá)車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)、加速無力

一輛2019款日產(chǎn)途達(dá)車，搭載QR20DE發(fā)動(dòng)機(jī)，累計(jì)行駛里程約為4萬km，該車因發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)、加速無力及發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈異常點(diǎn)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(fā)動(dòng)機(jī)控制單元中存儲有故障代碼“P0301 循環(huán)1缺火”，即氣缸1存在缺火故障，為此維修人員與正常車調(diào)換了火花塞和點(diǎn)火線圈，故障依舊；測量氣缸壓力，也正常；隨后又與正常車調(diào)換噴油器、發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元及相關(guān)線束等，故障依舊，于是向筆者請求技術(shù)支持。

接車后筆者首先驗(yàn)證缺火氣缸。連接pico示波器、WPS500X壓力傳感器及COP探頭同時(shí)測量發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)的排氣脈動(dòng)、氣缸1點(diǎn)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(shí)的排氣壓力波峰比其他波峰要低，且氣缸1點(diǎn)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(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)的排氣脈動(dòng)、氣缸1點(diǎn)火及曲軸位置傳感器信號波形（截屏）

進(jìn)行相對壓縮測試，即脫開所有噴油器導(dǎo)線連接器，測量起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)的起動(dòng)電流波形。分析圖2可知，起動(dòng)電流的波峰（波峰代表活塞處于壓縮上止點(diǎn)位置）均勻，說明4個(gè)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(gè)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(xì)對比氣缸1和氣缸2的氣缸壓力波形（圖3和圖4），發(fā)現(xiàn)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(shí)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(dòng)時(shí)的進(jìn)、排氣脈動(dòng)及氣缸1點(diǎn)火波形（圖5），發(fā)現(xiàn)進(jìn)氣脈動(dòng)波形比較均勻，但排氣脈動(dòng)波形中的一個(gè)波谷位置偏高，且該波谷位于氣缸1點(diǎn)火后180°曲軸轉(zhuǎn)角附近，推斷該波谷與氣缸1排氣門打開有關(guān)。測量單個(gè)氣缸的排氣脈動(dòng)和氣缸壓力波形（圖6），分析可知，在做功行程末端，氣缸內(nèi)處于真空狀態(tài)，當(dāng)排氣門打開時(shí)，排氣壓力被拉低，從而形成了排氣脈動(dòng)波形的波谷。通過對比起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)的排氣脈動(dòng)波形波谷的位置高低，可以快速判斷做功行程末端氣缸內(nèi)的真空度是否正常，而該真空度又與氣缸的密封性有關(guān)。經(jīng)過上述分析，再一次將矛頭指向氣缸1密封不良。

圖5 起動(dòng)時(shí)的進(jìn)、排氣脈動(dòng)及氣缸1點(diǎn)火波形（截屏）

圖6 單個(gè)氣缸的排氣脈動(dòng)和氣缸壓力波形（截屏）

旋轉(zhuǎn)曲軸，將氣缸1旋轉(zhuǎn)至壓縮上止點(diǎn)，用煙霧測試儀從氣缸1的火花塞安裝孔向氣缸內(nèi)充煙霧，發(fā)現(xiàn)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(guān)閉不嚴(yán)。用塞尺測量氣缸1的排氣門間隙（圖7），發(fā)現(xiàn)0.10 mm的塞尺都無法塞進(jìn)氣缸1的排氣凸輪與氣門挺桿之間，說明排氣門間隙過?。?biāo)準(zhǔn)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(diào)整至正常值后試車，故障現(xiàn)象消失，故障排除。

為什么排氣門關(guān)閉不嚴(yán)，氣缸壓力卻正常呢？在壓縮行程時(shí)，活塞上行，進(jìn)、排氣門均關(guān)閉，氣缸內(nèi)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(guān)閉不嚴(yán)在壓縮行程下無法顯露；而在做功行程（氣缸內(nèi)并未發(fā)生燃燒）時(shí)，活塞下行，進(jìn)、排氣門保持關(guān)閉，在做功行程末端產(chǎn)生真空（即負(fù)壓），有將排氣門向下拉的趨勢，此時(shí)排氣門關(guān)閉不嚴(yán)就會顯露。

既然排氣門關(guān)閉不嚴(yán)沒有影響到氣缸壓力，那么為什么氣缸還會缺火呢？在進(jìn)氣行程時(shí)，活塞下行，進(jìn)氣門打開，排氣門關(guān)閉，氣缸內(nèi)持續(xù)保持真空狀態(tài)，此時(shí)排氣門關(guān)閉不嚴(yán)顯露，導(dǎo)致部分廢氣回流，從而影響氣缸內(nèi)混合氣的燃燒，出現(xiàn)缺火故障。

通過本案例可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)的排氣脈動(dòng)波形能夠反映氣缸內(nèi)混合氣的燃燒狀態(tài)，而起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)（脫開噴油器導(dǎo)線連接器，氣缸內(nèi)并未發(fā)生燃燒）時(shí)的排氣脈動(dòng)波形能夠反映氣缸的密封性。