余姚東江名車(chē)專(zhuān)修廠 葉正祥

葉正祥，上海Tech Gear汽車(chē)診斷學(xué)院汽車(chē)免拆診斷專(zhuān)家，現(xiàn)任余姚東江名車(chē)專(zhuān)修廠廠長(zhǎng)兼技術(shù)總監(jiān)，被聘為哈弗汽車(chē)區(qū)域技術(shù)專(zhuān)家；2015年獲得首屆中國(guó)汽車(chē)診斷師大賽總決賽三等獎(jiǎng)；2016年取得中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)汽車(chē)診斷專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域中級(jí)工程師資格證書(shū)。

故障現(xiàn)象一輛2013款斯巴魯BRZ車(chē)，搭載FA20水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)，累計(jì)行駛里程約為6萬(wàn)km。該車(chē)因發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度過(guò)高，在其他維修廠更換了氣缸墊，更換完成后試車(chē)，冷起動(dòng)后發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)嚴(yán)重，過(guò)一會(huì)兒發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度稍微升高后排氣管“放炮”，且發(fā)動(dòng)機(jī)依然抖動(dòng)。由于故障是在更換氣缸墊后出現(xiàn)的，因此維修人員懷疑發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)沒(méi)有對(duì)好。重新校對(duì)2次發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)后試車(chē)，故障依舊，于是將車(chē)開(kāi)至我廠進(jìn)行維修。

故障診斷用故障檢測(cè)儀檢測(cè)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元中存儲(chǔ)有故障代碼“P0304 氣缸4失火”和故障代碼“P0352 點(diǎn)火線(xiàn)圈B初級(jí)及次級(jí)電路”（圖1）。故障代碼P0304反映氣缸4工作不良，故障代碼P0352反映氣缸2的點(diǎn)火電路有故障。FA20水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸布置如圖2所示，點(diǎn)火順序?yàn)?-3-2-4。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元中存儲(chǔ)的故障代碼（截屏）

圖2 FA20水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸布置

首先用pico示波器和COP點(diǎn)火探頭測(cè)量氣缸2和氣缸4的點(diǎn)火波形，將COP點(diǎn)火探頭貼在氣缸2點(diǎn)火線(xiàn)圈上時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng)有所好轉(zhuǎn)，移開(kāi)COP點(diǎn)火探頭，發(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng)加重，由此推斷氣缸2點(diǎn)火線(xiàn)圈工作不良。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，氣缸2點(diǎn)火線(xiàn)圈導(dǎo)線(xiàn)連接器（圖3）端子有腐蝕現(xiàn)象，且其導(dǎo)線(xiàn)被維修過(guò)。更換氣缸2點(diǎn)火線(xiàn)圈導(dǎo)線(xiàn)連接器（圖4）后試車(chē)，發(fā)動(dòng)機(jī)仍有明顯抖動(dòng)，且排氣管仍會(huì)“放炮”；再次讀取故障代碼，故障代碼P0304再現(xiàn)，故障代碼P0352消失，懷疑排氣管“放炮”可能與氣缸4工作不良有關(guān)。

圖3 故障車(chē)氣缸2點(diǎn)火線(xiàn)圈導(dǎo)線(xiàn)連接器

圖4 更換氣缸2點(diǎn)火線(xiàn)圈導(dǎo)線(xiàn)連接器

用pico示波器、WPS500X壓力傳感器及COP點(diǎn)火探頭同時(shí)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)排氣脈動(dòng)、氣缸4點(diǎn)火及曲軸位置傳感器的信號(hào)波形（圖5），發(fā)現(xiàn)氣缸4點(diǎn)火波形正常，但排氣脈動(dòng)波形很不規(guī)則，無(wú)法用來(lái)分析氣缸4是否真的工作不良。用數(shù)學(xué)通道對(duì)通道C（曲軸位置傳感器信號(hào)）進(jìn)行頻率計(jì)算（圖5中的紫色波形為計(jì)算的頻率波形），通過(guò)頻率變化判斷曲軸轉(zhuǎn)速變化，頻率越大表示轉(zhuǎn)速越大。正常情況下，曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)2圈，4個(gè)氣缸均做功1次，對(duì)應(yīng)曲軸被加速4次。分析圖5中的頻率波形可知，氣缸4點(diǎn)火后頻率為下降趨勢(shì)，而其他3個(gè)氣缸點(diǎn)火后頻率均為上升趨勢(shì)，這說(shuō)明氣缸4確實(shí)工作不良。

圖5 故障車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣脈動(dòng)、氣缸4點(diǎn)火及曲軸位置傳感器的信號(hào)波形（截屏）

同時(shí)測(cè)量氣缸4高壓噴油器控制、氣缸4點(diǎn)火及曲軸位置傳感器的信號(hào)波形（圖6），發(fā)現(xiàn)氣缸4高壓噴油器在排氣沖程時(shí)噴油，噴油時(shí)刻異常，此時(shí)排氣門(mén)為打開(kāi)狀態(tài)，推斷噴射的燃油燃燒導(dǎo)致了排氣管“放炮”。同時(shí)測(cè)量氣缸2高壓噴油器控制、氣缸2點(diǎn)火及曲軸位置傳感器的信號(hào)波形（圖7），發(fā)現(xiàn)氣缸2高壓噴油器在壓縮沖程時(shí)噴油。同時(shí)測(cè)量氣缸3高壓噴油器控制、氣缸3點(diǎn)火及曲軸位置傳感器的信號(hào)波形（圖8），發(fā)現(xiàn)氣缸3高壓噴油器在進(jìn)氣沖程時(shí)噴油。同時(shí)測(cè)量氣缸1高壓噴油器控制、氣缸1點(diǎn)火及曲軸位置傳感器的信號(hào)波形，發(fā)現(xiàn)氣缸1高壓噴油器也在進(jìn)氣沖程時(shí)噴油。4個(gè)氣缸出現(xiàn)3種高壓噴油時(shí)刻，氣缸1和氣缸3在同一側(cè)，高壓噴油時(shí)刻相同；氣缸2和氣缸4在同一列，高壓噴油時(shí)刻卻不相同，且與氣缸1和氣缸3的高壓噴油時(shí)刻也不同，由此推斷正常的高壓噴油時(shí)刻應(yīng)該在進(jìn)氣沖程，而導(dǎo)致氣缸2和氣缸4的高壓噴油時(shí)刻混亂的原因是氣缸2和氣缸4的高壓噴油器導(dǎo)線(xiàn)連接器安裝反了。

圖6 故障車(chē)氣缸4高壓噴油器控制、氣缸4點(diǎn)火及曲軸位置傳感器的信號(hào)波形（截屏）

圖7 故障車(chē)氣缸2高壓噴油器控制、氣缸2點(diǎn)火及曲軸位置傳感器的信號(hào)波形（截屏）

該車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)各氣缸的工作時(shí)序如圖9所示，其中紅色部分對(duì)應(yīng)做功沖程，灰色部分對(duì)應(yīng)排氣沖程，藍(lán)色部分對(duì)應(yīng)進(jìn)氣沖程，黃色部分對(duì)應(yīng)壓縮沖程。從圖9中可以看出，氣缸2處于進(jìn)氣沖程時(shí)，氣缸4處于排氣沖程；氣缸4處于進(jìn)氣沖程時(shí)，氣缸2處于壓縮沖程。假設(shè)高壓噴油時(shí)刻在進(jìn)氣沖程，且氣缸2和氣缸4的高壓噴油器導(dǎo)線(xiàn)連接器安裝反了，則氣缸2的實(shí)際高壓噴油時(shí)刻變?yōu)閴嚎s沖程，氣缸4的實(shí)際高壓噴油時(shí)刻變?yōu)榕艢鉀_程，這與圖6、圖7中的測(cè)量結(jié)果一致，由此確定氣缸2和氣缸4的高壓噴油器導(dǎo)線(xiàn)連接器安裝反了。

圖9 故障車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)各氣缸的工作時(shí)序（截屏）

故障排除更換氣缸2點(diǎn)火線(xiàn)圈導(dǎo)線(xiàn)連接器，正確安裝氣缸2和氣缸4的高壓噴油器導(dǎo)線(xiàn)連接器（圖10）后試車(chē)，故障現(xiàn)象消失，故障排除。

圖10 正確安裝氣缸2和氣缸4的高壓噴油器導(dǎo)線(xiàn)連接器

故障總結(jié)FA20水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)采用了進(jìn)氣口噴射和直接噴射兩種噴射方式，每個(gè)氣缸均布置了2個(gè)噴油器（圖11），其燃油供給系統(tǒng)如圖12所示，進(jìn)氣口噴射使用的是低壓燃油（約400 kPa），直接噴射使用的是高壓燃油（4 MPa~20 MPa）。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元選擇最佳方式控制進(jìn)氣口噴射和直接噴射的噴油器工作，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力，同時(shí)改善燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性。冷起動(dòng)時(shí)（圖13a），在進(jìn)氣時(shí)執(zhí)行進(jìn)氣口噴射，在壓縮時(shí)執(zhí)行直接噴射，分層稀燃提高了三元催化轉(zhuǎn)化器的預(yù)熱性能；低負(fù)載或中等負(fù)載時(shí)（圖13b），在進(jìn)氣時(shí)執(zhí)行進(jìn)氣口噴射和直接噴射；高負(fù)載時(shí)（圖13c），在進(jìn)氣時(shí)僅執(zhí)行直接噴射。

圖11 2個(gè)噴油器的布置

圖12 FA20水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油供給系統(tǒng)

圖13 燃油噴射模式

為什么故障車(chē)?yán)淦饎?dòng)時(shí)排氣管不會(huì)“放炮”呢？因?yàn)槔淦饎?dòng)時(shí)，直接噴射的噴油時(shí)刻在壓縮沖程。由圖9可知，氣缸2處于壓縮沖程（黃色部分）時(shí)，氣缸4處于進(jìn)氣沖程（藍(lán)色部分）；氣缸4處于壓縮沖程時(shí)，氣缸4處于做功沖程；且這兩種情況下，排氣門(mén)均處于關(guān)閉狀態(tài)，所以排氣管不會(huì)“放炮”。

編者按：

發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)分為2種：發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械正時(shí)和發(fā)動(dòng)機(jī)電氣正時(shí)。

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械正時(shí)是指氣門(mén)和活塞之間的關(guān)系，如在壓縮上止點(diǎn)時(shí)，活塞應(yīng)該在其行程的最上端，進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)，如果此時(shí)氣門(mén)或活塞沒(méi)有處在正確的位置，說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械正時(shí)錯(cuò)誤。值得注意的是，凸輪軸鏈輪和曲軸鏈輪之間的那些正時(shí)記號(hào)只是為了方便售后維修，僅起到參考作用。有時(shí)就算正時(shí)記號(hào)對(duì)準(zhǔn)了，并不代表發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械正時(shí)是正確的，比如曲軸、凸輪軸相對(duì)于鏈輪發(fā)生偏轉(zhuǎn)，正時(shí)鏈條拉長(zhǎng)等。通過(guò)分析氣缸壓力波形或曲軸信號(hào)和凸輪軸信號(hào)的組合波形，可以快速判斷發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械正時(shí)是否正確。

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)電氣正時(shí)是指點(diǎn)火時(shí)刻、噴油時(shí)刻和氣缸壓力之間的配合關(guān)系，點(diǎn)火時(shí)刻和噴油時(shí)刻必須在規(guī)定范圍內(nèi)，如果發(fā)生的時(shí)刻早了或晚了，說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)電氣正時(shí)錯(cuò)誤。通過(guò)分析氣缸壓力、點(diǎn)火信號(hào)和噴油信號(hào)的組合波形，可以快速判斷發(fā)動(dòng)機(jī)電氣正時(shí)是否正確。

該案例屬于人為發(fā)動(dòng)機(jī)電氣正時(shí)類(lèi)故障，故障點(diǎn)看似簡(jiǎn)單，其實(shí)診斷起來(lái)并不容易。葉工憑借扎實(shí)的汽車(chē)免拆診斷技術(shù)功底，熟練運(yùn)用pico示波器，深度結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理，在無(wú)拆解的情況下快速精準(zhǔn)地鎖定了故障點(diǎn)，并厘清了進(jìn)氣口噴射和直接噴射的控制邏輯，充分展示了汽車(chē)免拆診斷技術(shù)之美，令人眼前一亮。