汽車發(fā)動機(jī)失火故障的診斷方法研究

摘 要：失火是發(fā)動機(jī)常見故障之一。失火的原因有很多。油路、電路和機(jī)械零件中的故障可能導(dǎo)致發(fā)動機(jī)失火。發(fā)動機(jī)失火故障發(fā)生后，不僅降低了發(fā)動機(jī)工作的穩(wěn)定性、動力性和經(jīng)濟(jì)性，而且會增加因燃油燃燒不完全或不燃燒而產(chǎn)生的排放污染。因此，有必要對汽車發(fā)動機(jī)失火故障診斷方法進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：汽車維修 發(fā)動機(jī) 故障診斷

Abstract：Misfire is one of the common engine failures. There are many reasons for the fire. Failures in the oil circuit， electrical circuits， and mechanical parts may cause the engine to catch fire. After an engine misfire failure occurs， it not only reduces the stability， power and economy of the engine， but also increases the emission pollution caused by incomplete or incombustible fuel combustion. Therefore， it is necessary to study the method of car engine misfire fault diagnosis.

Key words：car maintenance， engine， fault diagnosis

1 汽車發(fā)動機(jī)失火故障相關(guān)概述

1.1 研究背景及意義

隨著汽車產(chǎn)量的增加，油耗和廢氣排放給環(huán)境保護(hù)造成了負(fù)擔(dān)。所以，有效的故障診斷方法將成為汽車節(jié)能減排的重要保障。特別是汽車發(fā)動機(jī)無法正常點火的診斷，它是汽車行駛過程中排放物直接相關(guān)的機(jī)車診斷、油耗和發(fā)動機(jī)損壞的重要組成部分。

20世紀(jì)80年代以來，隨著使用者環(huán)保思想的提高和汽車排放標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的完善，美國政府制定了法規(guī)，要求車輛配備OBD系統(tǒng)，以實時診斷車輛發(fā)動機(jī)故障。1985年，加州空氣資源委員會設(shè)定條例，要求汽車制造商準(zhǔn)備OBD系統(tǒng)。但是，OBD I忽略了發(fā)動機(jī)失火檢測和三效催化劑效率監(jiān)測。

在汽車發(fā)動機(jī)運行過程中，由于實際路況復(fù)雜，不確定性因素大得多，故障很難及時診斷。實行早期故障檢測，可以確保行車安全。通常，發(fā)動機(jī)故障檢測包括燃油供給、失火爆震、EGR閥、各類傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，燃料蒸汽泄漏和碳罐堵塞等故障。由于不同的故障水平層次不同，合理的程序化的故障診斷是最緊迫的任務(wù)，其中發(fā)動機(jī)無法點火的檢測引起了眾多學(xué)者和行業(yè)從業(yè)人員的重視，發(fā)動機(jī)無法點火原因復(fù)雜多變，涉及機(jī)械和電路，不及時排除故障，甚至可能可能損壞三元催化轉(zhuǎn)換器，增加廢氣排放。因此，準(zhǔn)確診斷發(fā)動機(jī)無法點火是很重要的。

1.2 汽車發(fā)動機(jī)失火故障的概念

發(fā)動機(jī)一直是汽車的主要部件之一，目前有許多型號和型號的發(fā)動機(jī)。不同的汽車發(fā)動機(jī)都會產(chǎn)生混合氣體（燃油和空氣的混合氣體），并在操作過程中改變氣缸壓力。通常燃燒有三個發(fā)動機(jī)燃燒循環(huán)：慢性燃燒循環(huán)、局部燃燒循環(huán)和火焰燃燒循環(huán)。與正常工作方式相比，長燃燒周期汽缸的壓力約為46-85%;部分燃燒循環(huán)中汽缸壓力小于46%;無火焰燃燒循環(huán)使汽缸壓力降到負(fù)值。

1.3 發(fā)動機(jī)失火故障的現(xiàn)象及危害

不工作的汽缸由于燃料燃燒不當(dāng)而失去正常工作能力，而其他失火氣缸仍能正常工作的失火，發(fā)動機(jī)失火故障首先導(dǎo)致發(fā)動機(jī)運行不穩(wěn)定，通常以以怠速抖動等方式表達(dá)。還有因為工作中涉及的氣缸數(shù)或循環(huán)數(shù)減少的失火，主要影響發(fā)動機(jī)性能，表現(xiàn)為弱加速等。由于氣缸內(nèi)燃油燃燒不良而引起的失火，燃燒過程相對延遲，因此會出現(xiàn)一些類似于點火太晚的現(xiàn)象，主要表現(xiàn)出發(fā)動機(jī)聲音緩慢、加速時“突突”的聲音等。失火還意味著燃燒損失和浪費因此，當(dāng)發(fā)動機(jī)失火時，油耗將高于正常值。除了發(fā)動機(jī)運行不穩(wěn)定、功率降低和經(jīng)濟(jì)性，失火故障還將直接加劇和減少燃油不完全燃燒（非燃燒）造成的排放，使汽車空氣污染更加嚴(yán)重。同時，未完全燃燒的燃料在進(jìn)入排氣系統(tǒng)后會繼續(xù)燃燒，這將提高排氣管的溫度。在嚴(yán)重情況下，三元催化會因高溫而損壞。

2 發(fā)動機(jī)失火的原因分析

2.1 進(jìn)氣系統(tǒng)

發(fā)動機(jī)起火有許多原因，因此，有必要加強(qiáng)對系統(tǒng)的控制。自然吸氣的進(jìn)氣系統(tǒng)應(yīng)主要檢查排氣流量（進(jìn)氣流量傳感器或者進(jìn)氣壓力傳感器）、進(jìn)氣和排氣氣門控制角以及燃燒室的完整性。VVT發(fā)動機(jī)的燃油噴射速度應(yīng)按進(jìn)氣量計算，根據(jù)進(jìn)氣管收集器的溫度和大氣壓力傳感器的溫度結(jié)合計算。如果空氣濾清器和進(jìn)氣歧管之間的漏氣，則進(jìn)氣歧管的進(jìn)氣負(fù)壓，會導(dǎo)致實際進(jìn)氣量太大，導(dǎo)致實際混合物過飽和進(jìn)入汽缸，使點火困難，導(dǎo)致失火。

2.2 燃油系統(tǒng)

如果燃料管道堵塞或燃料含有氣體和水分，燃料壓力將不穩(wěn)定。如果燃油壓力過高或過低，則發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)的混合物太濃甚至液態(tài)，不能點火，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)燃燒不當(dāng)和故障。此外，根據(jù)噴嘴分析（噴嘴已設(shè)置為直接噴射中心），如果噴嘴中燃燒沉淀積碳導(dǎo)致噴嘴堵塞，實際噴射量在與噴射量相同的刻度上太小，或者噴嘴誤差或者泄露導(dǎo)致噴嘴過大，導(dǎo)致氣缸內(nèi)霧化不好導(dǎo)致發(fā)動機(jī)失火。

2.3 點火系統(tǒng)

點火系統(tǒng)更直接地影響發(fā)動機(jī)的損壞.對于點火系統(tǒng)，點火線圈中初級回路與次級回路都會影響到點火，火花塞中心電極和旁電極的距離也會影響。因此應(yīng)特別檢查電路。非正常點火，哪怕火花就會跳躍，也產(chǎn)生非常微弱的火花。雖然混合氣體可以在開始時點火，但由于排氣功率不足引起的燃燒，它們不能正常工作。如果故障電壓不足，發(fā)動機(jī)在負(fù)荷下難以點火。點火線圈對發(fā)動機(jī)故障也有很大影響.如果點火線圈對與搭鐵間短路或者短路，會汽缸內(nèi)的混合氣體無法燃燒，可以采用示波器或者試燈檢測點火線圈的回路，及時更換，避免故障產(chǎn)生。

3 故障因素分析及診斷依據(jù)

3.1 故障因素分析

發(fā)動機(jī)跳火時，如果氣缸內(nèi)的氣體沒有進(jìn)入或燃燒，發(fā)動機(jī)就不能點火。目前的情況表明，發(fā)動機(jī)起火的原因有多種因素。另外，汽油的質(zhì)量好壞以及機(jī)械故障等也是影響發(fā)動機(jī)循環(huán)的因素。

3.2 氣缸外部診斷依據(jù)

（1）活塞的瞬時凈扭矩。曲軸箱的瞬時凈扭矩是指發(fā)動機(jī)的燃燒力矩。所以，可為評估火災(zāi)中是否存在錯誤的依據(jù)。燃燒壓力允許曲軸箱通過機(jī)械方式將扭矩傳遞給飛輪離合器以及變速箱。但注意當(dāng)發(fā)動機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)體的慣性會影響曲軸的旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致錯誤判斷。

（2）曲軸的角速度。點火后氣缸進(jìn)入工作循環(huán)中改變發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速。如果未考慮慣性、摩擦和其他因素的影響，曲軸箱角度的瞬時速度應(yīng)與燃燒功率成線性關(guān)系。應(yīng)注意，曲軸箱轉(zhuǎn)速的變化也可用于確定發(fā)動機(jī)是否缺火。

（3）曲軸箱瞬時角加速度。曲軸箱的瞬時角加速度在確認(rèn)發(fā)動機(jī)損壞方面更準(zhǔn)確。氣缸內(nèi)的點火順序是規(guī)則的。反向速度可以獲得不規(guī)則的能量和角加速度。發(fā)動機(jī)故障后，曲軸箱的角加速度顯示出的峰值，可診斷和識別故障。

影響多缸軟木塞軸上任何氣缸籃（用I表示）的激勵力矩V為：

Mgvi=Mgvsin[v（wt-θi）+φv1]

當(dāng)中，θ表示計算i缸點火間隔角度。

（4）曲軸轉(zhuǎn)角。它表示通過積分曲軸瞬時角速度得到的值。曲軸角度雖然不能直接判斷是否發(fā)生火災(zāi)，但可以間接診斷火災(zāi)故障。另外，在多次試驗后，根據(jù)離散動態(tài)曲線角模型，有效地診斷失火故障。

（5）氣體壓力、成分和溫度。在汽車氣缸中燃燒混合物產(chǎn)生的物質(zhì)應(yīng)從發(fā)動機(jī)中清除。此時，可以評估排氣誤差，根據(jù)排氣壓力，失火診斷需要壓力傳感器和柔性連接的幫助。但是診斷排氣壓力的方法有許多局限性，這大大限制了其使用。因此，不符合正常值的氣缸壓力可作為診斷發(fā)動機(jī)損壞的標(biāo)準(zhǔn)。在大多數(shù)情況下，未點火的排氣壓力比正常值低三倍，85%診斷準(zhǔn)確率。

3.3 氣缸內(nèi)部依據(jù)

（1）電流信號。氣缸內(nèi)發(fā)動機(jī)混合氣點火將產(chǎn)生點火反饋信號，根據(jù)電流信號的電壓，可確定發(fā)動機(jī)火災(zāi)故障原因。

（2）光學(xué)信號。利用光學(xué)原理對可見光的電磁輻射進(jìn)行文獻(xiàn)分析和后續(xù)分析?？梢灾苯佑^察燃燒室內(nèi)的燃油和燃燒過程，進(jìn)而判斷發(fā)動機(jī)的燃燒狀況。此外，該鏡頭也可以確定發(fā)動機(jī)氣缸失火故障。

（3）氣缸壓力。在發(fā)動機(jī)的循環(huán)燃燒過程中，燃燒室內(nèi)的壓力是診斷失火的重要的指標(biāo)。

4 汽車發(fā)動機(jī)失火故障的判斷

4.1 氧傳感器信號

前氧傳感器應(yīng)在排氣歧管和三元催化劑間，測量檢測前排氣中氧含量在廢氣中說占的數(shù)據(jù)，從而判斷混合氣是否過濃或者過稀，后氧傳感器在三元催化劑和消聲器之間，反饋的三元催化器的工作情況。氧氣傳感器數(shù)據(jù)的變化可以通過燃油修正系數(shù)反映發(fā)動機(jī)故障的存在。但氧氣傳感器輸出數(shù)據(jù)會有誤。所以，要避免氧傳感器的誤差所導(dǎo)致的無法診斷故障，結(jié)合實際故障判斷混合氣燃燒情況。

4.2 汽缸壓力信號

發(fā)動機(jī)工作時，燃燒室壓力取決于氣缸內(nèi)混合氣的完全燃燒和氣門間隙.在氣門間隙密封良好下，才能分析診斷發(fā)動機(jī)故障。發(fā)動機(jī)點火時曲軸在汽缸中的最大壓力和位置這些數(shù)據(jù)可作為確定失火的依據(jù)，從而加強(qiáng)預(yù)判的正確性。

4.3 曲軸轉(zhuǎn)速、位置、扭矩信號

發(fā)動機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)的取得主要依靠曲軸位置傳感器，市面常見的有磁電式與霍爾式，對曲軸轉(zhuǎn)速傳感器與研究能夠確定汽車發(fā)動機(jī)是否正常著火。在發(fā)動機(jī)快速工作的情況下，曲軸轉(zhuǎn)速測量誤差高，無法點火診斷精度不高，診斷試驗應(yīng)選擇相應(yīng)的工作模式;曲軸瞬時純扭矩與功率直接相關(guān)，通過對發(fā)動機(jī)曲軸瞬時純扭矩數(shù)據(jù)的獲取和分析，可以確定發(fā)動機(jī)是否燃燒。這是一種方便的診斷方法。

4.4 汽車排放尾氣

為了評估廢氣壓力導(dǎo)致的失火，可以安裝壓力傳感器，可安裝在排氣管和三個催化劑之間。發(fā)生火災(zāi)后，根據(jù)壓力值確定是否發(fā)生失火故障;發(fā)動機(jī)的燃燒與排氣成分直接相關(guān)。使用排氣成分診斷發(fā)動機(jī)失火時，需要對汽車排氣進(jìn)行分類和取樣，并確定成分含量。當(dāng)發(fā)動機(jī)失火時，通過研究排氣數(shù)據(jù)可以確認(rèn)發(fā)動機(jī)的故障情況。

4.5 發(fā)動機(jī)振動信號

發(fā)動機(jī)的氣缸體和氣缸蓋上都有振動器來收集振動數(shù)據(jù)。發(fā)動機(jī)振蕩信號可以反饋發(fā)動機(jī)工作情況，發(fā)動機(jī)振動主要由曲軸振蕩引起，發(fā)動機(jī)點火時連桿曲軸運動慣性力發(fā)生變化，車身振動增大，可以通過比較和分析數(shù)據(jù)來彌補(bǔ)缺陷。

4.6 排氣聲音信號

在發(fā)動機(jī)運行過程中，汽車在不同的頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生聲音信號，并且為了確定失火故障，需要處理這些聲音信號。在發(fā)動機(jī)工作循環(huán)中，排氣聲強(qiáng)度隨燃燒爆炸的振動而變化。然而，低燃燒振動信號通常浸沒在振動噪聲中，如寬帶沖擊和閥門打開和關(guān)閉。不同狀態(tài)的聲音信號可以作為故障診斷的基礎(chǔ)，以評估發(fā)動機(jī)性能。

5 汽車發(fā)動機(jī)失火故障的檢測方法

5.1 曲軸轉(zhuǎn)速診斷方法

目前，曲軸箱診斷是中國汽車行業(yè)最常用的診斷方法之一。該方法的原理是，一旦發(fā)生失火，指示扭矩將減小。同時，曲軸的輸出轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。其中，瞬時轉(zhuǎn)速波動是反映發(fā)動機(jī)故障的一種現(xiàn)象。此外，還應(yīng)測量電控發(fā)動機(jī)的瞬時轉(zhuǎn)速。因此，瞬時轉(zhuǎn)速是診斷汽車消防車故障的重要依據(jù)。診斷人員可使用相關(guān)設(shè)備（如車輛診斷儀圖形分析、車輛示波器和軟件）獲取波長圖的變化。

5.2 缸內(nèi)壓力診斷方法

發(fā)動機(jī)在高速和高壓情況下，與正常情況相比，氣缸壓力會發(fā)生顯著變化。此時，如果實時監(jiān)測壓力，則可以診斷發(fā)動機(jī)錯誤。但是，這種方法也存在一些缺點和缺陷，即當(dāng)發(fā)動機(jī)處于低速低壓狀態(tài)時，不能通過實時監(jiān)測壓力變化來判斷發(fā)動機(jī)是否失火。此外，該方法成本高，使用壓力傳感器監(jiān)測氣缸壓力不方便。所以，該方法很少應(yīng)用于實際診斷。

5.3 借助失火形態(tài)縮小診斷范圍

發(fā)動機(jī)故障有兩種類型：一種是連續(xù)未能點燃一個氣缸，另一種是連續(xù)中斷未能點燃多個氣缸?？梢郧宄赝ㄟ^區(qū)分兩種不同形式失火，來判斷故障的要素和原因。前者同樣由單一氣缸問題導(dǎo)致，而后者往往有是系統(tǒng)綜合性原因。因此，在診斷發(fā)動機(jī)故障時，應(yīng)根據(jù)點火錯誤形式表縮小診斷范圍。如果通過診斷儀獲得特定氣缸的點火失敗代碼，則影響所有氣缸的點火故障如進(jìn)氣管漏氣應(yīng)歸類為“不太可能”原因。如故障只在單個氣缸，應(yīng)當(dāng)考慮影響單個氣缸的因素，如火花塞和點火獨立線圈，分缸線，噴油器及其電路、氣缸完整性等。相反，如果缺陷是多氣缸錯誤，則應(yīng)注意可能影響所有或多個氣缸的因素。

5.4 先易后繁，注意輔助信息

發(fā)動機(jī)無法點火的原因很多。一方面，要在歸納故障信息后，從容易到復(fù)雜一一得出結(jié)論后明智地定義診斷過程。建議先測量燃料壓力并確定點火能量，然后對其他系統(tǒng)進(jìn)行測試分析。如果發(fā)生單缸失火，我們可以按跳火、加油、然后排氣的順序按位置進(jìn)行檢查。此外，在故障診斷過程中，也應(yīng)注意收集和分析其他信息。如果沒有明顯故障碼，但還是出現(xiàn)導(dǎo)致無法跳火的問題，可以考慮其他系統(tǒng)，例如二次空氣噴射系統(tǒng)系統(tǒng)或者廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，這些故障會生成相應(yīng)的故障代碼，需要仔細(xì)觀察。

5.5 巧用換件法快速診斷

使用備件來檢查火災(zāi)故障，如果存在識別發(fā)動機(jī)中氣缸點火錯誤的錯誤代碼，如果故障碼顯示點火線圈故障，對于獨立點火線圈系統(tǒng)而言，可以將相鄰的兩點火線圈更換。如果故障氣缸能夠成功著火了，那就是點火線圈的問題等等。如果故障未轉(zhuǎn)移，則應(yīng)考慮機(jī)械故障或其他部件故障。這種快速換件法也可以應(yīng)用到噴油嘴等部件之中。

6 結(jié)論

綜上所述，本文首先介紹了發(fā)動機(jī)失火的現(xiàn)象和危害，分析了發(fā)動機(jī)失火的原因，然后給出了相應(yīng)的的診斷方法。在以后的維修中，要強(qiáng)化對汽車發(fā)動機(jī)的檢驗，研究新的故障診斷方法，確保汽車發(fā)動機(jī)的安全使用。

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作者簡介

曾思琪：（1993.09—），女，漢，江西人，本科，初級工程師。研究方向：汽車檢測維修。