虹科免拆案例 | 2019款日产途达车发动机怠速抖动、加速无力

 

气流压力脉动波形诊断技巧

 

 

 

 

故障现象　

    一辆2019款日产途达车，搭载QR20DE发动机，累计行驶里程约为4万km，该车因发动机怠速抖动、加速无力及发动机故障灯异常点亮的故障在其他维修厂维修。   

    维修人员用故障检测仪检测，发动机控制单元中存储有故障代码“P0301 循环1缺火”，即气缸1存在缺火故障，为此维修人员与正常车调换了火花塞和点火线圈，故障依旧；测量气缸压力，也正常；随后又与正常车调换喷油器、发动机控制单元及相关线束等，故障依旧，于是向笔者请求技术支持。

 

故障诊断

 

图1　故障车发动机怠速时的排气脉动、气缸1点火及曲轴位置传感器信号波形

 

    接车后笔者首先验证缺火气缸。连接 pico示波器、WPS500X压力传感器及COP探头同时测量发动机怠速时的排气脉动、气缸1点火及曲轴位置传感器信号波形。分析图1可知，气缸1排气时的排气压力波峰比其他波峰要低，且气缸1点火后曲轴没有明显的加速过程（曲轴位置传感器信号的频率未升高），由此确定气缸1工作不良。进行相对压缩测试，即脱开所有喷油器导线连接器，测量起动发动机时的起动电流波形。

 

 

图2　相对压缩测试波形

 

    分析图2可知，起动电流的波峰（波峰代表活塞处于压缩上止点位置）均匀，说明4个气缸的压缩压力基本一致。接着用WPS500X压力传感器依次测量4个气缸的气缸压力，气缸1的气缸压力约为12.8 bar（1 bar=100 kPa），气缸2的气缸压力约为12.7 bar，气缸3的气缸压力约为12.6 bar，气缸4的气缸压力约为12.7 bar，均无异常。

 

 

图3　气缸1的气缸压力波形

 

图4　气缸2的气缸压力波形

 

    仔细对比气缸1和气缸2的气缸压力波形（图3和图4），发现做功形成末端的真空度有所差别，气缸1的真空度约为-271 mbar（1 mbar=0.1 kPa），气缸2的真空度约为-364 mbar，由此怀疑气缸1在活塞下行时密封不良。

 

 

图5　起动时的进、排气脉动及气缸1点火波形

 

    测量起动时的进、排气脉动及气缸1点火波形（图5），发现进气脉动波形比较均匀，但排气脉动波形中的一个波谷位置偏高，且该波谷位于气缸1点火后180°曲轴转角附近，推断该波谷与气缸1排气门打开有关。

 

 

图6　单个气缸的排气脉动和气缸压力波形
 

 

    测量单个气缸的排气脉动和气缸压力波形（图6），分析可知，在做功行程末端，气缸内处于真空状态，当排气门打开时，排气压力被拉低，从而形成了排气脉动波形的波谷。通过对比起动发动机时的排气脉动波形波谷的位置高低，可以快速判断做功行程末端气缸内的真空度是否正常，而该真空度又与气缸的密封性有关。经过上述分析，再一次将矛头指向气缸1密封不良。旋转曲轴，将气缸1旋转至压缩上止点，用烟雾测试仪从气缸1的火花塞安装孔向气缸内充烟雾，发现有大量烟雾从前氧传感器安装孔冒出，由此推断气缸1排气门关闭不严。

 

 

图7　用塞尺测量气缸1的排气门间隙

 

    用塞尺测量气缸1的排气门间隙（图7），发现0.10 mm的塞尺都无法塞进气缸1的排气凸轮与气门挺杆之间，说明排气门间隙过小（标准排气门间隙为0.30 mm）。

 

 

故障排除

 

    选配合适的气门挺杆，将气缸1排气门间隙调整至正常值后试车，故障现象消失，故障排除。

 

 

故障总结

 

 

    为什么排气门关闭不严，气缸压力却正常呢？在压缩行程时，活塞上行，进、排气门均关闭，气缸内为正压，压力会施加在排气门上，从而压迫排气门与气门座圈贴合，以致轻微的排气门关闭不严在压缩行程下无法显露；而在做功行程（气缸内并未发生燃烧）时，活塞下行，进、排气门保持关闭，在做功行程末端产生真空（即负压），有将排气门向下拉的趋势，此时排气门关闭不严就会显露。

    既然排气门关闭不严没有影响到气缸压力，那么为什么气缸还会缺火呢？在进气行程时，活塞下行，进气门打开，排气门关闭，气缸内持续保持真空状态，此时排气门关闭不严显露，导致部分废气回流，从而影响气缸内混合气的燃烧，出现缺火故障。

    通过本案例可以看出，发动机怠速时的排气脉动波形能够反映气缸内混合气的燃烧状态，而起动发动机 （脱开喷油器导线连接器，气缸内并未发生燃烧）时的排气脉动波形能够反映气缸的密封性。