氣流壓力脈動(dòng)波形診斷技巧

故障現(xiàn)象

一輛2019款日產(chǎn)途達(dá)車(chē)，搭載QR20DE發(fā)動(dòng)機(jī)，累計(jì)行駛里程約為4萬(wàn)km，該車(chē)因發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)、加速無(wú)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(cè)儀檢測(cè)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元中存儲(chǔ)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(chē)調(diào)換了火花塞和點(diǎn)火線圈，故障依舊；測(cè)量氣缸壓力，也正常；隨后又與正常車(chē)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(qǐng)求技術(shù)支持。

故障診斷

圖1故障車(chē)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(hào)波形

接車(chē)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(cè)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(hào)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(méi)有明顯的加速過(guò)程（曲軸位置傳感器信號(hào)的頻率未升高），由此確定氣缸1工作不良。進(jìn)行相對(duì)壓縮測(cè)試，即脫開(kāi)所有噴油器導(dǎo)線連接器，測(cè)量起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)的起動(dòng)電流波形。

圖2相對(duì)壓縮測(cè)試波形

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(shuō)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(cè)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(wú)異常。

圖3氣缸1的氣缸壓力波形

圖4氣缸2的氣缸壓力波形

仔細(xì)對(duì)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5起動(dòng)時(shí)的進(jìn)、排氣脈動(dòng)及氣缸1點(diǎn)火波形

測(cè)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(mén)打開(kāi)有關(guān)。

圖6單個(gè)氣缸的排氣脈動(dòng)和氣缸壓力波形

測(cè)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(mén)打開(kāi)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(guò)對(duì)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(guò)上述分析，再一次將矛頭指向氣缸1密封不良。旋轉(zhuǎn)曲軸，將氣缸1旋轉(zhuǎn)至壓縮上止點(diǎn)，用煙霧測(cè)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(mén)關(guān)閉不嚴(yán)。

圖7用塞尺測(cè)量氣缸1的排氣門(mén)間隙

用塞尺測(cè)量氣缸1的排氣門(mén)間隙（圖7），發(fā)現(xiàn)0.10 mm的塞尺都無(wú)法塞進(jìn)氣缸1的排氣凸輪與氣門(mén)挺桿之間，說(shuō)明排氣門(mén)間隙過(guò)小（標(biāo)準(zhǔn)排氣門(mén)間隙為0.30 mm）。

故障排除

選配合適的氣門(mén)挺桿，將氣缸1排氣門(mén)間隙調(diào)整至正常值后試車(chē)，故障現(xiàn)象消失，故障排除。

故障總結(jié)

為什么排氣門(mén)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(mén)均關(guān)閉，氣缸內(nèi)為正壓，壓力會(huì)施加在排氣門(mén)上，從而壓迫排氣門(mén)與氣門(mén)座圈貼合，以致輕微的排氣門(mén)關(guān)閉不嚴(yán)在壓縮行程下無(wú)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(mén)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(mén)向下拉的趨勢(shì)，此時(shí)排氣門(mén)關(guān)閉不嚴(yán)就會(huì)顯露。

既然排氣門(mén)關(guān)閉不嚴(yán)沒(méi)有影響到氣缸壓力，那么為什么氣缸還會(huì)缺火呢？在進(jìn)氣行程時(shí)，活塞下行，進(jìn)氣門(mén)打開(kāi)，排氣門(mén)關(guān)閉，氣缸內(nèi)持續(xù)保持真空狀態(tài)，此時(shí)排氣門(mén)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(guò)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(kāi)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。