汽油機“失火”原因及檢測方法探析

徐為人

（浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車學(xué)院，浙江杭州311112）

發(fā)動機“失火”，指發(fā)動機在工作過程中，由于各種原因造成的混合氣在氣缸內(nèi)不正常燃燒的現(xiàn)象。當(dāng)“失火”超過法規(guī)要求時，發(fā)動機的性能指標將明顯下降。

中國《輕型汽車污染物排放限值及測量方法》中要求，自2008年7月1日起，出廠的汽油車配備車載自動診斷系統(tǒng)（OBDⅡ）。OBDⅡ中主要診斷項目之一為發(fā)動機失火檢測。法規(guī)中規(guī)定，只有2%以下的“失火”率，才是符合要求的，當(dāng)超過此值排放污染物超標，尤其HC排放增加較快。

發(fā)動機“失火”是指由于火花塞缺火、燃油不足、氣缸密封不良或其他原因造成的氣缸內(nèi)的燃燒不充分。簡單的說，即在發(fā)動機工作過程中，由于各種原因造成的混合氣在氣缸內(nèi)不正常燃燒的現(xiàn)象?！笆Щ稹笔嵌喔装l(fā)動機的一種常見故障，發(fā)動機出現(xiàn)“失火”時，輸出功率下降，燃油消耗量增加，廢氣排放中的HC成分急劇增加，大量未燃燒和燃燒不充分的產(chǎn)生的廢氣經(jīng)過三元催化，導(dǎo)致其過熱或中毒而損害，從而造成惡性循環(huán)。所以準確的“失火”檢測和及時的故障處理，對于減少發(fā)動機的有害排放和提高發(fā)動機的使用壽命，具有重要意義。

1 原因分析

導(dǎo)致汽油機“失火”的原因很多，主要有點火系故障、燃料供給系故障、配氣機構(gòu)故障及氣缸密封不良等。

（1）點火系故障?；鸹ㄈ被鸹螯c火提前角不當(dāng)，造成混合氣在氣缸內(nèi)不能正常燃燒。導(dǎo)致故障的主要原因有：火花塞污損，電極間隙過大或過小，裙部絕緣不良；高壓線斷路或絕緣不良；分電器故障（帶分電器的點火系）；點火線圈初級繞組、點火電子組件、電子控制器的相應(yīng)部分發(fā)生故障，或相應(yīng)的點火信號控制電路連接不良等。

（2）燃料供給系故障。可燃混合氣過濃或過稀，造成混合氣在氣缸內(nèi)不能正常燃燒。造成這種現(xiàn)象的主要原因有：空氣濾清器堵塞，進氣管漏氣，燃油油路不暢或油壓過高或過低，噴油器故障等。

（3）配氣機構(gòu)故障。可燃混合氣進氣不暢，或廢氣排氣不徹底，造成混合氣在氣缸內(nèi)不能正常燃燒。其主要原因有：氣門間隙調(diào)整不當(dāng)或凸輪軸變形等。

（4）氣缸密封不良。氣缸密封不良，一方面引起壓縮過程和壓縮終了可燃混合氣的溫度和壓力降低，影響可燃混合氣的著火性能；另一方面造成氣缸內(nèi)的可燃混合氣減少，降低了膨脹過程中的氣缸壓力。導(dǎo)致這種故障的主要原因有：活塞、活塞環(huán)與氣缸壁之間密封不良、氣門與氣門座之間密封不良、氣缸墊損壞等。

2 檢測方法

（1）曲軸轉(zhuǎn)速波動法。一個氣缸只有在做功行程向外輸出機械功，其他行程則消耗機械功。當(dāng)內(nèi)燃機穩(wěn)定工作，在某氣缸處于做功行程時，發(fā)動機輸出的扭矩為正值且大于負荷，因此造成曲軸瞬時角速度上升。而在某一氣缸完成做功行程后，其他氣缸進入做功行程前，不再輸出扭矩，因此曲軸瞬時角速度下降。這樣就產(chǎn)生了曲軸轉(zhuǎn)速的波動。

發(fā)動機循環(huán)內(nèi)的瞬時轉(zhuǎn)速波動曲線，可有效地反映出發(fā)動機工作的平穩(wěn)性和各缸工作的均勻性，而且可表征發(fā)動機的扭矩。若發(fā)動機存在失火，則失火氣缸發(fā)出的扭矩必然減小，扭矩的變化會引起曲軸角速度產(chǎn)生不正常的波動。如正常工作四沖程四缸發(fā)動機機的一個工作循環(huán)內(nèi)，會有4次曲軸瞬時角速度先升后降的波動，當(dāng)其中一缸或多缸失火時，曲軸瞬時角速度的波動就會少一次或多次。曲軸轉(zhuǎn)速波動法，正是通過測量曲軸轉(zhuǎn)速的波動，根據(jù)轉(zhuǎn)速信號的異常波動來判斷失火現(xiàn)象及發(fā)生失火的具體缸號。曲軸轉(zhuǎn)速波動法一般通過采集曲軸轉(zhuǎn)角信號和上止點信號兩個信號來實現(xiàn)。

該方法的突出優(yōu)點在于，只需利用發(fā)動機原有的轉(zhuǎn)速傳感器，無需額外添加硬件設(shè)備，就能完成數(shù)據(jù)采集工作。另外，還可利用信號調(diào)理電路減輕計算負荷，同時通過利用統(tǒng)計分析的方法及改進信號處理的算法，來提高檢測的準確性

（2）缸內(nèi)壓力法。缸內(nèi)壓力法是通過測量缸內(nèi)壓力，計算平均指示壓力（IMEP），將此值與正常燃燒時的IMEP或直接與其他氣缸的IMEP作比較，以確定燃燒狀況，判斷該氣缸是否正常燃燒，有無失火。

由于發(fā)動機氣缸內(nèi)壓力隨著燃燒速率的不同而變化，在高速、大負荷條件下，失火時的氣缸壓力，與正常燃燒時的氣缸壓力有很大的差異；而在低速、小負荷時，這種差異可能就不明顯。因此，不能直接應(yīng)用氣缸壓力差異判斷“失火”，而需要通過對氣缸壓力數(shù)據(jù)的測量分析，找出真正能反映可燃混合氣在氣缸內(nèi)的燃燒質(zhì)量、判斷氣缸有無“失火”的途徑。應(yīng)用平均指示壓力就可以達到這個目的。

這種方法是最準確最直接的“失火”檢測方法。但是要實現(xiàn)缸內(nèi)壓力的測量，需在各個氣缸上打孔分別安裝一個壓力傳感器，而壓力傳感器價格較高，其可靠性和使用壽命還不能很好地滿足汽車的使用要求，以及發(fā)動機各種工況下正常工作時的IMEP數(shù)據(jù)不容易得到。因此，此種方法在實際中應(yīng)用很少。

（3）離子電流檢測法。離子流測量點火系統(tǒng)理論，支持來源于壓力作用下會改變離子的分布這一物理現(xiàn)象。當(dāng)汽油在氣缸中燃燒時，產(chǎn)生了高熱高壓的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生了帶正負電荷的粒子，稱之為離子。由于離子具有導(dǎo)電性，而導(dǎo)電性的高低主要取決于離子的分布密度及燃燒室的壓力，壓力越高，離子越多。

離子電流法以發(fā)動機的火花塞作為傳感器，通過外加一個比點火電壓低得多的偏置電壓，利用火花塞點火時，發(fā)動機缸內(nèi)可燃混合氣在燃燒過程中生成的離子和自由電子，在偏置電壓的作用下發(fā)生平移，由此在火花塞正負極之間形成持續(xù)的離子電流。離子電流隨曲軸轉(zhuǎn)角的不同，而有規(guī)律地變化，這種變化規(guī)律又與氣缸內(nèi)可燃混合氣的燃燒情況有關(guān)。將被檢氣缸離子電流的變化規(guī)律，與氣缸正常工作時的離子電流變化規(guī)律對比，以判斷相應(yīng)氣缸是否失火。

離子電流檢測法方法的研究，還沒有真正的成熟，此種方法的準確性還有待進一步的實驗研究。

（4）點火電壓波形法。發(fā)動機的燃燒狀況不同，火花塞放電電壓波形之間，就會存在顯著的差異。隨著燃燒條件（混合氣成分、壓力、溫度等）不同，火花塞放電電壓的波形有很大差異。

通過對不同燃燒條件下，火花塞電壓波形的對比分析發(fā)現(xiàn)，完全不能燃燒時，火花塞擊穿電壓比正常值高20%～50%，火花持續(xù)時間卻短20%～30%，火花后期電壓比正常燃燒時高2～5倍。因此，采用火花塞電壓波形，可以確定混合氣的燃燒質(zhì)量。

此種方法儀器安裝簡便，適應(yīng)性強。但由于火花塞電壓波形除與燃燒條件有關(guān)外，還受火花塞間隙大小、火花塞絕緣性能等影響，因此檢測的準確性不高。目前主要局限于檢測點火系的工作情況，根據(jù)電壓波形分析點火系各零部件工作是否正常

（5）EGO傳感器法。在采用三元催化轉(zhuǎn)換器的汽車上，排氣管上安裝了EGO傳感器，以檢測廢氣中氧的濃度、反映空燃比的高低，從而通過微電腦實現(xiàn)空燃比的閉環(huán)控制，為各氣缸提供精確的噴油量和準確的噴油時刻。但由于EGO傳感器有非線性的開關(guān)特性，它只能識別空燃比過大還是過小，即混合氣過稀還是過濃，不能提供實際空燃比的精確值。EGO傳感器在混合氣偏濃時，輸出高電壓（約1V）；在混合氣偏稀時，輸出低電壓（約0.1V）。當(dāng)發(fā)生由于點火不良而引起的氣缸失火時，即使缸內(nèi)混合氣為濃混合氣，但由于燃燒不完全，使得廢氣中含有大量的氧，因而EGO傳感器的輸出電壓，會下降到其0.1V左右的低限。這樣在發(fā)生連續(xù)性失火時，氧傳感器會始終輸出低電壓信號。EGO傳感器法，就是通過檢測氧傳感器的輸出信號是否為持續(xù)性低電壓來實現(xiàn)的。

3 結(jié)束語

隨著車輛技術(shù)指標的不斷發(fā)展，對車輛的動力性、經(jīng)濟性和排放性提出了更高的要求，而發(fā)動機“失火”，將嚴重影響其各方面的性能。本文對發(fā)動機“失火”的原因進行了分析，并總結(jié)了數(shù)種檢測“失火”的方法。然而在實際測試中，引起發(fā)動機“失火”的原因可能不盡相同，因此要針對具體情形，選擇合適的方法進行分析，找到故障點，有效地排除故障，保證發(fā)動機良好的運行。

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