淺談發(fā)動機(jī)的失火故障

張華，賈連超

淺談發(fā)動機(jī)的失火故障

張華，賈連超

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

主要介紹了目前汽車廠商較為常用的幾種失火監(jiān)測方法，根據(jù)現(xiàn)代汽油發(fā)動機(jī)失火控制理論，即基于曲軸角速度波動法來監(jiān)測失火故障的診斷和控制原理分析了發(fā)動機(jī)失火故障的產(chǎn)生原因，由此提出了診斷發(fā)動機(jī)失火故障的分析樹，闡述在市場服務(wù)過程中怎樣根據(jù)失火的實際現(xiàn)象科學(xué)的應(yīng)用故障分析、診斷思路與方法。

失火故障；正常燃燒；分析；診斷；思路與方法

CLC NO.: U472 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)16-218-03

引言

隨著電子技術(shù)應(yīng)用于發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)，車載診斷（OBD）功能也逐漸被大家了解。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，故障指示燈（MIL）或檢查發(fā)動機(jī)警告燈亮，同時動力總成控制單元（ECU）將故障信息存入存儲器，通過一定的程序可以將故障碼從ECU中讀出，這就是車載自動診斷系統(tǒng)。近年來OBD-II標(biāo)準(zhǔn)逐漸的被許多汽車生產(chǎn)廠家所采用，此標(biāo)準(zhǔn)中主要增加了多種鑒測功能，失火監(jiān)測就是其中功能之一[1]。

失火是內(nèi)燃機(jī)最常見的一種故障，發(fā)動機(jī)失火故障是指在發(fā)動機(jī)工作過程中，由于各種原因造成的混合氣在氣缸內(nèi)不能正常燃燒的現(xiàn)象。隨著國內(nèi)外對汽車排放物的嚴(yán)格限制，促進(jìn)對電控燃油噴射技術(shù)和三元催化轉(zhuǎn)換器的普及應(yīng)用，也使得失火故障對內(nèi)燃機(jī)造成的危害越來越嚴(yán)重。失火不但降低了汽車發(fā)動機(jī)的動力性和經(jīng)濟(jì)性，而且也加速了催化轉(zhuǎn)換器的失效，使排放污染加劇。本論文中首先介紹了目前普遍應(yīng)用的失火監(jiān)測原理和方法，闡述在市場服務(wù)過程中如何根據(jù)失火的實際現(xiàn)象進(jìn)行故障分析，根據(jù)市場需求以及發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)特點和控制原理總結(jié)了引起發(fā)動機(jī)失火故障的原因，并由此提出了診斷發(fā)動機(jī)失火故障的思路與方法，整理出排查失火故障的診斷分析樹。

1 汽油發(fā)動機(jī)失火故障的理論分析

1.1 汽油發(fā)動機(jī)失火故障的定義

在給出發(fā)動機(jī)失火故障的定義之前我們先介紹一下發(fā)動機(jī)工作循環(huán)的種類，根據(jù)發(fā)動機(jī)工作可燃混合氣燃燒時，氣缸內(nèi)的平均指示壓力與正常燃燒時氣缸內(nèi)的指示壓力比（IMEP）的不同，有人將發(fā)動機(jī)的工作循環(huán)分為3類：慢燃燒循環(huán)，IMEP為平均值的85%-46%；部分燃燒循環(huán)，IMEP小于平均值的46%；失火循環(huán)，IMEP＜0，還有人將發(fā)動機(jī)的工作循環(huán)分為另外3類：正常工作循環(huán)；IMEP正常；IMEP波動很大的循環(huán)；完全失火循環(huán)，即IMEP≤0。

依據(jù)美國加里福尼亞州大氣資源局（CARB）法規(guī)的有關(guān)規(guī)定中指出，失火是指由于火花塞缺火、燃油不足、氣缸密封不良或其它原因造成的氣缸內(nèi)的燃燒不充分。因此，失火可以定義為：在發(fā)動機(jī)工作過程中，由于各種原因造成的混合氣在氣缸內(nèi)不能正常燃燒的現(xiàn)象。根據(jù)不正常燃燒的程度，失火分為部分失火和完全失火。部分失火指混合氣在氣缸內(nèi)燃燒不完全，造成IMEP達(dá)不到正常值的現(xiàn)象；完全失火是指混合氣在氣缸內(nèi)燃燒不足或基本沒有燃燒，造成IMEP≤ 0的現(xiàn)象[2]。

1.2 汽油發(fā)動機(jī)失火故障的理論分析

通過前面的敘述我們可以知道失火故障對于整車的動力性、經(jīng)濟(jì)性以及環(huán)境影響都很嚴(yán)重，那么哪些因素可以引起發(fā)動機(jī)失火呢？下面我們就通過了解火花塞的點火過程從理論方面對引起發(fā)動機(jī)失火的原因進(jìn)行詳細(xì)的分析。

1.2.1 汽油發(fā)動機(jī)失火故障的理論分析

通過對汽油發(fā)動機(jī)點火過程的各階段分析，從理論上我們可以得到引起汽油發(fā)動機(jī)失火故障有兩種可能：

（1）點火系統(tǒng)（如火花塞等）的故障將會導(dǎo)致失火的發(fā)生

1）點火能量是火花塞必須提供給混合氣用以引燃混合氣的能量。點火能量依賴于混合氣成分，火花塞電極間的距離和紊流的程度?；鸹ㄈ麄€工作生命中都經(jīng)歷著電流放電產(chǎn)生火花的過程，隨著火花塞距離的增加需要能量也增加。圖1為點火需要的電壓，隨著行駛距離的增加火花塞的間距也相應(yīng)的增加，點火需要的能量也跟著增加，所以當(dāng)車輛行駛一定距離后就容易發(fā)生失火[2]。

圖1 點火電壓

2）發(fā)動機(jī)工況不同時，火花塞的擊穿電壓將隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、壓縮比、點火提前角以及混合氣的濃度而變化。起動時的擊穿電壓最高。因為起動時的氣缸壁、活塞以及火花塞的電極都處于冷態(tài)，吸入的混合氣溫度低、霧化不良，壓縮時混合氣的溫度升高不大，加之火花塞電極間可能積有汽油或潤滑油，因此擊穿電壓最高。此外，汽車加速時，由于大量冷的混合氣被突然吸入氣缸內(nèi)，也需要較高的擊穿電壓。

3）當(dāng)點燃混合氣需要的能量超過了系統(tǒng)提供的能量時，就容易發(fā)生失火。電極的擊穿使得電極上一定量的金屬被移除，結(jié)果就造成燃燒室中的火花塞被腐蝕?；鸹ǖ姆烹妼?dǎo)致火花塞溫度升高，再加上燃燒了的氣體有一定腐蝕性導(dǎo)致火花塞電極上有細(xì)小的區(qū)域被氧化或者與燃燒氣體的某些元素反應(yīng)，結(jié)果造成火花塞電極上一部分金屬被移除，因此增加了火花塞電極間的間隙，故而需要的點火電壓也就相應(yīng)的增加了。電極的溫度越高腐蝕發(fā)展的程度越快，電極損耗的程度依賴于電極的材料。

4）由于堆積物的積累火花塞電極間的間隙也能減小，這樣越來越多的點火能量的需要也可能導(dǎo)致失火。隨著火花塞間距的增加點火能量越來越小，到達(dá)一定程度后雖然點火能量有所增加，但是增加的幅度很小。由于點火能量越來越小就有可能在某些情況下發(fā)生失火。

（2）不正常燃燒也會引起發(fā)動機(jī)失火

供油系統(tǒng)故障（如燃油壓力低、噴油嘴故障等）會導(dǎo)致混合氣不正常，即不能正常燃燒以致發(fā)動機(jī)出現(xiàn)失火故障?；旌蠚庠谝粋€特定的空燃比范圍內(nèi)才能被點燃，如果混合氣過濃或過稀，那么火花塞正常跳火混合氣也不能燃燒。如圖2所示，火花點火發(fā)動機(jī)輸出功率Pe隨λ（過量空氣系數(shù)）的變化，混合氣過濃或過稀時都會造成失火，導(dǎo)致輸出功率極大的降低[3]。

圖2 混合氣可燃范圍

2 發(fā)動機(jī)失火故障的系統(tǒng)監(jiān)測及分析

2.1 失火故障的系統(tǒng)監(jiān)測方法概述

目前，發(fā)動機(jī)失火監(jiān)測的方法有很多，有曲軸角速度波動法、離子電流法和寬域氧傳感器法等。比較常用的是曲軸角速度波動法，該方法是利用曲軸飛輪信號來評估發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速波動檢測失火情況。對于發(fā)動機(jī)一個氣缸只有在做功行程向外輸出機(jī)械功，其他行程則消耗機(jī)械功。當(dāng)其穩(wěn)定工作，在某氣缸處于做功行程時，發(fā)動機(jī)輸出的扭矩為正值且大于負(fù)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(jìn)入做功行程前，輸出扭矩變?yōu)樨?fù)值，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。若發(fā)動機(jī)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(jī)的一個工作循環(huán)內(nèi)會有四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[3]。

這種車都有一個曲軸位置傳感器和一個凸輪軸位置傳感器，曲軸位置傳感器可以精確的測量曲軸的轉(zhuǎn)速。每個氣缸工作時對曲軸產(chǎn)生的推力（角加速度）也可以檢測到，當(dāng)某一缸工作不正常時，應(yīng)有的角加速度不會產(chǎn)生，曲軸位置傳感器就會檢測到這個異常，發(fā)動機(jī)電腦會根據(jù)凸輪軸位置傳感器的一缸上止點信號，可以確定哪一缸工作不良，如果這個不良出現(xiàn)的次數(shù)達(dá)到設(shè)定條件時，發(fā)動機(jī)電腦就設(shè)定這個故障碼。因為這個故障碼需多次認(rèn)定，所以清除后不會馬上出現(xiàn)。要達(dá)到故障再次設(shè)定條件時，此故障會再次出現(xiàn)，故障燈會馬上點亮，此時確定發(fā)動機(jī)的失火故障產(chǎn)生。

3 汽油發(fā)動機(jī)失火故障的原因分析與診斷方法總結(jié)

目前較為常見的處理方法就是多次更換發(fā)動機(jī)控制單元（ECU）或點火線圈等，雖然暫時解決了故障，但是過了一定周期后故障又重復(fù)出現(xiàn)，通過對市場專營店提供的典型發(fā)動機(jī)失火故障案例的分析，從發(fā)動機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)及電控系統(tǒng)等全面對汽油發(fā)動機(jī)失火故障的原因進(jìn)行分析，并總結(jié)處理此類故障的診斷方法。

3.1 失火故障產(chǎn)生的原因分析及診斷方法總結(jié)

通過前面的分析，我們可以得到只要發(fā)動機(jī)氣缸中的可燃混合氣燃燒不良或者沒有燃燒，都會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)發(fā)生失火故障。點火系統(tǒng)的元件損壞，肯定會導(dǎo)致氣缸中的可燃混合氣燃燒不良或者沒有燃燒，但是除了點火系統(tǒng)之外，汽油壓力低、噴油器堵塞或霧化不良、噴油器線路及機(jī)械故障導(dǎo)致的氣缸壓力不足、廢氣再循環(huán)泄漏等原因，均會導(dǎo)致氣缸中的可燃混合氣燃燒不良或者沒有燃燒。

3.1.1 汽油發(fā)動機(jī)失火故障產(chǎn)生的原因分析

產(chǎn)生失火故障的原因有多種，如點火系統(tǒng)（火花塞積炭、點火能量降低）故障，因漏氣而難于建立壓縮壓力等，歸納起來主要有以下幾個方面：

1）點火系故障導(dǎo)致失火，由于火花塞未跳火或點火提前角不當(dāng)造成混合氣在氣缸內(nèi)不能正常燃燒。主要原因有：火花塞污損、電極間隙過大或過?。桓邏壕€斷路或絕緣不良；分電器故障等。

2）配氣機(jī)構(gòu)故障可能導(dǎo)致失火，是由于可燃混合氣進(jìn)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。主要原因有氣門間隙調(diào)整不當(dāng)或凸輪軸變形等。

3）燃油供給系統(tǒng)故障導(dǎo)致失火，即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。主要原因有：空氣濾清器堵塞、進(jìn)氣管漏氣、燃油油路不暢或油壓過高或過低等。

4）氣缸密封不良導(dǎo)致失火，是由于氣缸密封不良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。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。

5）傳感器故障導(dǎo)致失火，電控系統(tǒng)中與點火相關(guān)的傳感器不能及時采集相關(guān)的啟動數(shù)據(jù)，導(dǎo)致水溫傳感器失效，空氣流量計失效，曲軸位置傳感器失效，脈沖齒輪失效。

6）其它方面：催化器或排氣管路堵塞，氣門控制系統(tǒng)失效，進(jìn)氣系統(tǒng)堵塞，進(jìn)排氣門積碳，凸輪軸失效，氣缸壓力不足，正時帶錯位等。

3.1.2 失火故障的判定及診斷方法總結(jié)

失火故障是目前各種車輛普遍存在的一種故障現(xiàn)象，又因為產(chǎn)生失火故障的原因很多，嚴(yán)重影響了營銷技術(shù)支持人員在市場服務(wù)過程中的工作效率，同時也在一定程度上影響生產(chǎn)廠家的品牌效益。針對此種情況我們分析了失火故障產(chǎn)生的原因，并總結(jié)了一套排除發(fā)動機(jī)失火故障的方法，總結(jié)成分析故障樹，如圖3所示。

圖3 失火故障分析診斷樹

[1] 趙海豐.基于曲軸轉(zhuǎn)速的發(fā)動機(jī)失火故障診斷研究.2015.

[2] 陳家瑞.汽車構(gòu)造（上冊）.[M]機(jī)械工業(yè)出版社. 2005.1.

[3] 陳家瑞.汽車構(gòu)造（下冊）.[M]機(jī)械工業(yè)出版社. 2005.1.

Talk about engine failure

Zhang Hua, Jia Lianchao
( Anhui jianghuai automobile group co., LTD., Anhui Hefei 230601 )

This article introduces automobile manufacturer applied the detecting ways of the misfire at present. It is mainly based on the modern motor control theory. It analyses the causes of the Engine misfire malfunction, which is based on crankshaft angular velocity fluctuation method to monitor the misfire malfunction diagnosis and control principle, which made the diagnosis of misfire ideas and methods, and through the fault case describes how the service process in the market, the actual phenomenon under fire application of fault analysis, the ideas and methods of diagnosis.

Misfire malfunction of Engine; Normal burning; Analysis; Diagnosis; The ideas and methods

U472

A

1671-7988 (2017)16-218-03

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.16.077

張華，（1984）女，工程師，本科，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，主要分析和處理汽車發(fā)動機(jī)的售后故障。