2010款?yuàn)W迪A6L車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)

中鑫之寶汽車服務(wù)有限公司 任賀新

任賀新，Tech Gear汽車診斷學(xué)院優(yōu)秀學(xué)員，現(xiàn)任中鑫之寶汽車服務(wù)有限公司技術(shù)經(jīng)理；2013年通過一汽大眾技術(shù)培訓(xùn)師認(rèn)證；2013年獲得奧迪十佳技術(shù)培訓(xùn)師榮譽(yù)稱號(hào)；2017年被聘為第三屆汽車診斷師大賽星至寶賽區(qū)專家評(píng)委。

故障現(xiàn)象一輛2010款?yuàn)W迪A6L車，搭載BDW發(fā)動(dòng)機(jī)，累計(jì)行駛里程約為17萬km。車主最初進(jìn)廠報(bào)修發(fā)動(dòng)機(jī)冷機(jī)起動(dòng)后怠速抖動(dòng)，暖機(jī)后恢復(fù)正常。維修人員清洗氣門積炭后試車，故障依舊。在進(jìn)一步檢查的過程中，有一次原地將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速加速至3 000 r/min，觀察發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)流，在松開加速踏板后，發(fā)動(dòng)機(jī)突然開始抖動(dòng)，自此故障從偶發(fā)變成了靜態(tài)。用故障檢測(cè)儀檢測(cè)，提示氣缸4失火；維修人員嘗試對(duì)調(diào)點(diǎn)火線圈、火花塞及噴油器，仍是氣缸4失火；用氣缸壓力表測(cè)量氣缸壓力，均為12 bar（1 bar=100 kPa）左右，正常。診斷至此，點(diǎn)火、噴油及氣缸壓力均未見異常，維修人員沒有了診斷思路，于是向筆者請(qǐng)求支援。

故障診斷接車后試車，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，待發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度升高至正常范圍，關(guān)閉空調(diào)及其他用電器。用故障檢測(cè)儀讀取怠速時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)流（圖1），發(fā)現(xiàn)氣缸4的失火次數(shù)在持續(xù)增加，且進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力在570 mbar（1 mbar=0.1 kPa）左右不斷變化，異常；將發(fā)動(dòng)機(jī)加速至3 000 r/min并保持，進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力約為340 mbar，恢復(fù)正常。

將真空表連接至節(jié)氣門后方的進(jìn)氣歧管上，測(cè)量真空度（進(jìn)氣歧管真空度=大氣壓力-進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力）的結(jié)果如下。

圖1 故障車怠速時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)流（截屏）

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)，真空表指針在45 kPa～47 kPa來回?cái)[動(dòng)。

（2）將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速加速至3 000 r/min并保持，真空表指針穩(wěn)定在67 kPa。

正常情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)，進(jìn)氣歧管真空度應(yīng)處于57 kPa～72 kPa，且真空表指針穩(wěn)定，而該車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)的進(jìn)氣歧管真空度明顯不足，且真空表指針來回?cái)[動(dòng)。要想找到進(jìn)氣歧管真空度不足的原因，首先要弄明白進(jìn)氣歧管為什么是真空狀態(tài)。如圖2所示，當(dāng)氣缸處于進(jìn)氣沖程時(shí)，進(jìn)氣門打開將進(jìn)氣歧管與燃燒室相通，同時(shí)活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)方向移動(dòng)，燃燒室容積增大產(chǎn)生真空吸力，從而使空氣通過打開的進(jìn)氣門吸入燃燒室內(nèi)。當(dāng)氣缸處于其他沖程時(shí)，進(jìn)氣門關(guān)閉，進(jìn)氣歧管不與燃燒室相通，燃燒室內(nèi)的壓力對(duì)進(jìn)氣歧管壓力沒有影響。發(fā)動(dòng)機(jī)處

如果進(jìn)氣歧管漏氣，怠速時(shí)真空表的指針不會(huì)擺動(dòng)，而且這款車的進(jìn)氣管結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，用化清劑噴了一遍，沒有發(fā)現(xiàn)漏氣部位。如果三元催化轉(zhuǎn)化器堵塞，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在3 000 r/min時(shí)進(jìn)氣壓力偏高，而不是怠速時(shí)進(jìn)氣壓力高。如果配氣正時(shí)錯(cuò)位，故障現(xiàn)象不會(huì)是單缸失火，而是多缸失火故障，況且急加速時(shí)真空表指示正常。這款車是液壓挺柱，無需調(diào)節(jié)氣門間隙。分析至此，推斷該車的故障原因可能是進(jìn)氣門密封不嚴(yán)。

圖2 進(jìn)氣歧管真空度的形成

拆下氣缸4的火花塞，旋轉(zhuǎn)曲軸，直至氣缸4的活塞處于壓縮上止點(diǎn)位置，然后連接漏氣量測(cè)量?jī)x，通過氣缸4的火花塞孔向燃燒室內(nèi)打氣。觀察漏氣量測(cè)量?jī)x指示，2個(gè)壓力表數(shù)值幾乎一致（圖3），說明氣缸4處于壓縮上止點(diǎn)位置時(shí)，燃燒室密封良好，不存在漏氣現(xiàn)象。維修人員之前用氣缸壓力表測(cè)量過氣缸壓力，且未見異常，考慮到氣缸壓力表管路中內(nèi)置單向閥，測(cè)量的是累積壓力，并不能精確反映于怠速工況時(shí)，一方面節(jié)氣門開度很小，阻礙空氣進(jìn)入進(jìn)氣歧管，另一方面氣缸輪流從進(jìn)氣歧管吸氣，因此進(jìn)氣歧管是真空狀態(tài)。從微觀角度看，進(jìn)氣歧管的真空是氣缸輪流吸氣造成的，真空度應(yīng)處于波動(dòng)狀態(tài)，從宏觀角度看，由于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度很快，真空度又處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。進(jìn)氣歧管真空度不足常見的原因有：進(jìn)氣歧管漏氣（外部空氣進(jìn)入進(jìn)氣歧管）；三元催化轉(zhuǎn)化器堵塞；配氣正時(shí)錯(cuò)位；進(jìn)氣門密封不嚴(yán)，當(dāng)氣缸處于壓縮或做功沖程時(shí)，燃燒室內(nèi)的高壓氣體通過進(jìn)氣門泄漏到進(jìn)氣歧管內(nèi)；進(jìn)氣門間隙不正確。出發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械故障，于是決定用氣缸壓力傳感器精準(zhǔn)測(cè)量氣缸每個(gè)沖程的壓力。

圖3 用漏氣量測(cè)量?jī)x測(cè)量氣缸4的密封性

連接氣缸壓力傳感器和示波器（圖4），測(cè)量起動(dòng)時(shí)氣缸4的壓力（圖5），可知起動(dòng)時(shí)的最高氣缸壓力約為10.6 bar，最低氣缸壓力約為-300 mbar，與其他氣缸進(jìn)行對(duì)比，氣缸壓力基本一致。隨后測(cè)量怠速時(shí)氣缸4的壓力（圖6），分析可知以下信息。

（1）怠速時(shí)氣缸4的最高壓力約為3 bar，測(cè)量其他氣缸，最高氣缸壓力約為7 bar。

圖4 氣缸壓力傳感器和示波器的連接方式

（2）紅色箭頭所指位置代表排氣門打開時(shí)刻，約為排氣沖程下止點(diǎn)前33°曲軸轉(zhuǎn)角。綠色箭頭所指位置代表進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)刻，約為進(jìn)氣沖程下止點(diǎn)后60°曲軸轉(zhuǎn)角。與其他氣缸進(jìn)行對(duì)比，排氣門打開時(shí)刻和進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)刻均一致，說明配氣正時(shí)正常。

（3）正常情況下，紅色箭頭所指的釋放沖程（由于是拆掉火花塞測(cè)量，被測(cè)量的氣缸無法做功，因此把做功沖程稱為釋放沖程）真空帶壓力應(yīng)該跟綠色箭頭所指的進(jìn)氣沖程真空帶壓力基本一致，而該車釋放沖程末段真空度更低，并且釋放沖程壓力下降斜坡比壓縮沖程壓力上升斜坡更陡，說明氣缸密封不嚴(yán)，活塞壓縮時(shí)漏氣，活塞下行時(shí)氣壓加速下降且降到更低。

綜上可知，由于壓縮沖程氣缸4內(nèi)存在漏氣，造成最高氣缸壓力只有3 bar?；钊挥趬嚎s上止點(diǎn)時(shí)靜態(tài)加壓測(cè)試，不存在漏氣現(xiàn)象。起動(dòng)時(shí)氣缸壓力正常，也不存在漏氣現(xiàn)象。為何偏偏在怠速時(shí)氣缸漏氣呢？此時(shí)懷疑故障與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)，轉(zhuǎn)速越快，故障現(xiàn)象越明顯。于是測(cè)量急加速時(shí)的氣缸壓力，將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速加速至3 600 r/min時(shí)，氣缸4的最高壓力約為13.6 bar（圖7），而其他氣缸的最高壓力可以達(dá)到23 bar（圖8）。分析配氣機(jī)構(gòu)，凸輪的輪廓形狀決定了氣門升程曲線，凸輪的桃尖可克服彈簧力開啟氣門，當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)到基圓部分時(shí)，通過氣門彈簧力可關(guān)閉氣門。假如彈簧的彈力不足，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高，彈簧可能無法及時(shí)關(guān)閉氣門，造成氣缸漏氣。結(jié)合進(jìn)氣歧管壓力偏高現(xiàn)象，推測(cè)故障原因可能是進(jìn)氣門彈簧斷裂。

圖5 起動(dòng)時(shí)氣缸4的壓力（截屏）

圖6 怠速時(shí)氣缸4的壓力（截屏）

圖7 將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速加速至3 600 r/min時(shí)氣缸4的壓力（截屏）

圖8 將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速加速至3 600 r/min時(shí)氣缸1的壓力（截屏）

拆下氣缸蓋罩觀察氣門彈簧，沒有發(fā)現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。用工具旋轉(zhuǎn)曲軸，在凸輪桃尖壓下和離開氣門挺柱時(shí)，觀察氣缸4的所有氣門彈簧，均能及時(shí)關(guān)閉氣門。用自制的鐵鉤依次拉動(dòng)氣缸4的所有氣門彈簧（圖9），也未見異常。拆解氣缸蓋，發(fā)現(xiàn)氣缸4的1個(gè)排氣門彈簧斷裂（圖10）。

圖9 用自制的鐵鉤拉動(dòng)氣門彈簧

圖10 氣缸4的1個(gè)排氣門彈簧斷裂

故障排除更換氣缸4的排氣門彈簧后裝復(fù)試車，發(fā)動(dòng)機(jī)冷機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)正常；讀取發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)流（圖11），怠速時(shí)的進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力約為370 mbar，且比較穩(wěn)定；讀取失火次數(shù)，均不存在失火。診斷至此，故障徹底排除。

圖11 正常車怠速時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)流（截屏）

故障總結(jié)排氣門彈簧斷裂后彈力不足，用起動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于轉(zhuǎn)速較低，彈簧力勉強(qiáng)可以關(guān)閉排氣門，所以測(cè)得的最高氣缸壓力正常，而發(fā)動(dòng)機(jī)怠速及加速時(shí)轉(zhuǎn)速相對(duì)較高，彈簧無法及時(shí)關(guān)閉排氣門，因此測(cè)得的最高氣缸壓力偏低。發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)節(jié)氣門開度較小，進(jìn)氣歧管處于真空狀態(tài)，排氣處于大氣壓力狀態(tài)，氣缸4開始進(jìn)氣沖程時(shí)，由于排氣門關(guān)閉不嚴(yán)，排氣管中的廢氣被抽入進(jìn)氣歧管，從而使動(dòng)機(jī)怠速時(shí)的進(jìn)氣歧管壓力偏高。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為3 000 r/min時(shí)，節(jié)氣門開度增大，進(jìn)入進(jìn)氣歧管的空氣增多，進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力卻比怠速時(shí)還低，這是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)進(jìn)氣歧管的抽氣頻率加快了，在節(jié)氣門開度增大時(shí)也能維持進(jìn)氣歧管的真空度，此時(shí)排氣門處輕微的漏氣很難對(duì)進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力造成影響。