氣流壓力脈動波形診斷技巧

故障現象

一輛2019款日產途達車，搭載QR20DE發動機，累計行駛里程約為4萬km，該車因發動機怠速抖動、加速無力及發動機故障燈異常點亮的故障在其他維修廠維修。

維修人員用故障檢測儀檢測，發動機控制單元中存儲有故障代碼“P0301 循環1缺火”，即氣缸1存在缺火故障，為此維修人員與正常車調換了火花塞和點火線圈，故障依舊；測量氣缸壓力，也正常；隨后又與正常車調換噴油器、發動機控制單元及相關線束等，故障依舊，于是向筆者請求技術支持。

故障診斷

圖1故障車發動機怠速時的排氣脈動、氣缸1點火及曲軸位置傳感器信號波形

接車后筆者首先驗證缺火氣缸。連接 pico示波器、WPS500X壓力傳感器及COP探頭同時測量發動機怠速時的排氣脈動、氣缸1點火及曲軸位置傳感器信號波形。分析圖1可知，氣缸1排氣時的排氣壓力波峰比其他波峰要低，且氣缸1點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。進行相對壓縮測試，即脫開所有噴油器導線連接器，測量起動發動機時的起動電流波形。

圖2相對壓縮測試波形

分析圖2可知，起動電流的波峰（波峰代表活塞處于壓縮上止點位置）均勻，說明4個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。

圖3氣缸1的氣缸壓力波形

圖4氣缸2的氣缸壓力波形

仔細對比氣缸1和氣缸2的氣缸壓力波形（圖3和圖4），發現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在活塞下行時密封不良。

圖5起動時的進、排氣脈動及氣缸1點火波形

測量起動時的進、排氣脈動及氣缸1點火波形（圖5），發現進氣脈動波形比較均勻，但排氣脈動波形中的一個波谷位置偏高，且該波谷位于氣缸1點火后180°曲軸轉角附近，推斷該波谷與氣缸1排氣門打開有關。

圖6單個氣缸的排氣脈動和氣缸壓力波形

測量單個氣缸的排氣脈動和氣缸壓力波形（圖6），分析可知，在做功行程末端，氣缸內處于真空狀態，當排氣門打開時，排氣壓力被拉低，從而形成了排氣脈動波形的波谷。通過對比起動發動機時的排氣脈動波形波谷的位置高低，可以快速判斷做功行程末端氣缸內的真空度是否正常，而該真空度又與氣缸的密封性有關。經過上述分析，再一次將矛頭指向氣缸1密封不良。旋轉曲軸，將氣缸1旋轉至壓縮上止點，用煙霧測試儀從氣缸1的火花塞安裝孔向氣缸內充煙霧，發現有大量煙霧從前氧傳感器安裝孔冒出，由此推斷氣缸1排氣門關閉不嚴。

圖7用塞尺測量氣缸1的排氣門間隙

用塞尺測量氣缸1的排氣門間隙（圖7），發現0.10 mm的塞尺都無法塞進氣缸1的排氣凸輪與氣門挺桿之間，說明排氣門間隙過小（標準排氣門間隙為0.30 mm）。

故障排除

選配合適的氣門挺桿，將氣缸1排氣門間隙調整至正常值后試車，故障現象消失，故障排除。

故障總結

為什么排氣門關閉不嚴，氣缸壓力卻正常呢？在壓縮行程時，活塞上行，進、排氣門均關閉，氣缸內為正壓，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閉不嚴在壓縮行程下無法顯露；而在做功行程（氣缸內并未發生燃燒）時，活塞下行，進、排氣門保持關閉，在做功行程末端產生真空（即負壓），有將排氣門向下拉的趨勢，此時排氣門關閉不嚴就會顯露。

既然排氣門關閉不嚴沒有影響到氣缸壓力，那么為什么氣缸還會缺火呢？在進氣行程時，活塞下行，進氣門打開，排氣門關閉，氣缸內持續保持真空狀態，此時排氣門關閉不嚴顯露，導致部分廢氣回流，從而影響氣缸內混合氣的燃燒，出現缺火故障。

通過本案例可以看出，發動機怠速時的排氣脈動波形能夠反映氣缸內混合氣的燃燒狀態，而起動發動機（脫開噴油器導線連接器，氣缸內并未發生燃燒）時的排氣脈動波形能夠反映氣缸的密封性。