2013款斯巴魯BRZ車排氣管“放炮”

余姚東江名車專修廠 葉正祥

葉正祥，上海Tech Gear汽車診斷學(xué)院汽車免拆診斷專家，現(xiàn)任余姚東江名車專修廠廠長兼技術(shù)總監(jiān)，被聘為哈弗汽車區(qū)域技術(shù)專家；2015年獲得首屆中國汽車診斷師大賽總決賽三等獎；2016年取得中國汽車工程學(xué)會汽車診斷專業(yè)領(lǐng)域中級工程師資格證書。

故障現(xiàn)象一輛2013款斯巴魯BRZ車，搭載FA20水平對置發(fā)動機，累計行駛里程約為6萬km。該車因發(fā)動機冷卻液溫度過高，在其他維修廠更換了氣缸墊，更換完成后試車，冷起動后發(fā)動機怠速抖動嚴重，過一會兒發(fā)動機冷卻液溫度稍微升高后排氣管“放炮”，且發(fā)動機依然抖動。由于故障是在更換氣缸墊后出現(xiàn)的，因此維修人員懷疑發(fā)動機正時沒有對好。重新校對2次發(fā)動機正時后試車，故障依舊，于是將車開至我廠進行維修。

故障診斷用故障檢測儀檢測，發(fā)動機控制單元中存儲有故障代碼“P0304 氣缸4失火”和故障代碼“P0352 點火線圈B初級及次級電路”（圖1）。故障代碼P0304反映氣缸4工作不良，故障代碼P0352反映氣缸2的點火電路有故障。FA20水平對置發(fā)動機的氣缸布置如圖2所示，點火順序為1-3-2-4。

圖1 發(fā)動機控制單元中存儲的故障代碼（截屏）

圖2 FA20水平對置發(fā)動機的氣缸布置

首先用pico示波器和COP點火探頭測量氣缸2和氣缸4的點火波形，將COP點火探頭貼在氣缸2點火線圈上時，發(fā)動機抖動有所好轉(zhuǎn)，移開COP點火探頭，發(fā)動機抖動加重，由此推斷氣缸2點火線圈工作不良。進一步檢查發(fā)現(xiàn)，氣缸2點火線圈導(dǎo)線連接器（圖3）端子有腐蝕現(xiàn)象，且其導(dǎo)線被維修過。更換氣缸2點火線圈導(dǎo)線連接器（圖4）后試車，發(fā)動機仍有明顯抖動，且排氣管仍會“放炮”；再次讀取故障代碼，故障代碼P0304再現(xiàn)，故障代碼P0352消失，懷疑排氣管“放炮”可能與氣缸4工作不良有關(guān)。

圖3 故障車氣缸2點火線圈導(dǎo)線連接器

圖4 更換氣缸2點火線圈導(dǎo)線連接器

用pico示波器、WPS500X壓力傳感器及COP點火探頭同時測量發(fā)動機排氣脈動、氣缸4點火及曲軸位置傳感器的信號波形（圖5），發(fā)現(xiàn)氣缸4點火波形正常，但排氣脈動波形很不規(guī)則，無法用來分析氣缸4是否真的工作不良。用數(shù)學(xué)通道對通道C（曲軸位置傳感器信號）進行頻率計算（圖5中的紫色波形為計算的頻率波形），通過頻率變化判斷曲軸轉(zhuǎn)速變化，頻率越大表示轉(zhuǎn)速越大。正常情況下，曲軸運轉(zhuǎn)2圈，4個氣缸均做功1次，對應(yīng)曲軸被加速4次。分析圖5中的頻率波形可知，氣缸4點火后頻率為下降趨勢，而其他3個氣缸點火后頻率均為上升趨勢，這說明氣缸4確實工作不良。

圖5 故障車發(fā)動機排氣脈動、氣缸4點火及曲軸位置傳感器的信號波形（截屏）

同時測量氣缸4高壓噴油器控制、氣缸4點火及曲軸位置傳感器的信號波形（圖6），發(fā)現(xiàn)氣缸4高壓噴油器在排氣沖程時噴油，噴油時刻異常，此時排氣門為打開狀態(tài)，推斷噴射的燃油燃燒導(dǎo)致了排氣管“放炮”。同時測量氣缸2高壓噴油器控制、氣缸2點火及曲軸位置傳感器的信號波形（圖7），發(fā)現(xiàn)氣缸2高壓噴油器在壓縮沖程時噴油。同時測量氣缸3高壓噴油器控制、氣缸3點火及曲軸位置傳感器的信號波形（圖8），發(fā)現(xiàn)氣缸3高壓噴油器在進氣沖程時噴油。同時測量氣缸1高壓噴油器控制、氣缸1點火及曲軸位置傳感器的信號波形，發(fā)現(xiàn)氣缸1高壓噴油器也在進氣沖程時噴油。4個氣缸出現(xiàn)3種高壓噴油時刻，氣缸1和氣缸3在同一側(cè)，高壓噴油時刻相同；氣缸2和氣缸4在同一列，高壓噴油時刻卻不相同，且與氣缸1和氣缸3的高壓噴油時刻也不同，由此推斷正常的高壓噴油時刻應(yīng)該在進氣沖程，而導(dǎo)致氣缸2和氣缸4的高壓噴油時刻混亂的原因是氣缸2和氣缸4的高壓噴油器導(dǎo)線連接器安裝反了。

圖6 故障車氣缸4高壓噴油器控制、氣缸4點火及曲軸位置傳感器的信號波形（截屏）

圖7 故障車氣缸2高壓噴油器控制、氣缸2點火及曲軸位置傳感器的信號波形（截屏）

該車發(fā)動機各氣缸的工作時序如圖9所示，其中紅色部分對應(yīng)做功沖程，灰色部分對應(yīng)排氣沖程，藍色部分對應(yīng)進氣沖程，黃色部分對應(yīng)壓縮沖程。從圖9中可以看出，氣缸2處于進氣沖程時，氣缸4處于排氣沖程；氣缸4處于進氣沖程時，氣缸2處于壓縮沖程。假設(shè)高壓噴油時刻在進氣沖程，且氣缸2和氣缸4的高壓噴油器導(dǎo)線連接器安裝反了，則氣缸2的實際高壓噴油時刻變?yōu)閴嚎s沖程，氣缸4的實際高壓噴油時刻變?yōu)榕艢鉀_程，這與圖6、圖7中的測量結(jié)果一致，由此確定氣缸2和氣缸4的高壓噴油器導(dǎo)線連接器安裝反了。

圖9 故障車發(fā)動機各氣缸的工作時序（截屏）

故障排除更換氣缸2點火線圈導(dǎo)線連接器，正確安裝氣缸2和氣缸4的高壓噴油器導(dǎo)線連接器（圖10）后試車，故障現(xiàn)象消失，故障排除。

圖10 正確安裝氣缸2和氣缸4的高壓噴油器導(dǎo)線連接器

故障總結(jié)FA20水平對置發(fā)動機采用了進氣口噴射和直接噴射兩種噴射方式，每個氣缸均布置了2個噴油器（圖11），其燃油供給系統(tǒng)如圖12所示，進氣口噴射使用的是低壓燃油（約400 kPa），直接噴射使用的是高壓燃油（4 MPa~20 MPa）。根據(jù)發(fā)動機工況，發(fā)動機控制單元選擇最佳方式控制進氣口噴射和直接噴射的噴油器工作，以提高發(fā)動機動力，同時改善燃油經(jīng)濟性和排放性。冷起動時（圖13a），在進氣時執(zhí)行進氣口噴射，在壓縮時執(zhí)行直接噴射，分層稀燃提高了三元催化轉(zhuǎn)化器的預(yù)熱性能；低負載或中等負載時（圖13b），在進氣時執(zhí)行進氣口噴射和直接噴射；高負載時（圖13c），在進氣時僅執(zhí)行直接噴射。

圖11 2個噴油器的布置

圖12 FA20水平對置發(fā)動機的燃油供給系統(tǒng)

圖13 燃油噴射模式

為什么故障車冷起動時排氣管不會“放炮”呢？因為冷起動時，直接噴射的噴油時刻在壓縮沖程。由圖9可知，氣缸2處于壓縮沖程（黃色部分）時，氣缸4處于進氣沖程（藍色部分）；氣缸4處于壓縮沖程時，氣缸4處于做功沖程；且這兩種情況下，排氣門均處于關(guān)閉狀態(tài)，所以排氣管不會“放炮”。

編者按：

發(fā)動機正時分為2種：發(fā)動機機械正時和發(fā)動機電氣正時。

（1）發(fā)動機機械正時是指氣門和活塞之間的關(guān)系，如在壓縮上止點時，活塞應(yīng)該在其行程的最上端，進氣門和排氣門應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)，如果此時氣門或活塞沒有處在正確的位置，說明發(fā)動機機械正時錯誤。值得注意的是，凸輪軸鏈輪和曲軸鏈輪之間的那些正時記號只是為了方便售后維修，僅起到參考作用。有時就算正時記號對準了，并不代表發(fā)動機機械正時是正確的，比如曲軸、凸輪軸相對于鏈輪發(fā)生偏轉(zhuǎn)，正時鏈條拉長等。通過分析氣缸壓力波形或曲軸信號和凸輪軸信號的組合波形，可以快速判斷發(fā)動機機械正時是否正確。

（2）發(fā)動機電氣正時是指點火時刻、噴油時刻和氣缸壓力之間的配合關(guān)系，點火時刻和噴油時刻必須在規(guī)定范圍內(nèi)，如果發(fā)生的時刻早了或晚了，說明發(fā)動機電氣正時錯誤。通過分析氣缸壓力、點火信號和噴油信號的組合波形，可以快速判斷發(fā)動機電氣正時是否正確。

該案例屬于人為發(fā)動機電氣正時類故障，故障點看似簡單，其實診斷起來并不容易。葉工憑借扎實的汽車免拆診斷技術(shù)功底，熟練運用pico示波器，深度結(jié)合發(fā)動機工作原理，在無拆解的情況下快速精準地鎖定了故障點，并厘清了進氣口噴射和直接噴射的控制邏輯，充分展示了汽車免拆診斷技術(shù)之美，令人眼前一亮。