發(fā)動機失火原理及排查研究

黃振華 梁稱邦 馮寧

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545007

1 失火定義

發(fā)動機失火，是指發(fā)動機一個或者多個氣缸不做功或者做功不足，也就是我們經常說的發(fā)動機缺缸。發(fā)動機失火后，ECU 根據其邏輯控制，發(fā)動機故障燈可能會亮起，伴隨整車抖動，并出于保護三元催化器，極有可能進入動力不足、加速無力的跛行模式。部分情況下，熄火拔掉重裝蓄電池負極或者一定周期后，發(fā)動機自行恢復動力，但通過OBD 診斷仍可看到其歷史故障。

2 失火檢測原理

失火檢測是通過曲軸位置傳感器精確感知來自曲軸飛輪信號盤的發(fā)動機轉速波動，以便快速判斷發(fā)動機是否出現失火。當發(fā)動機發(fā)生失火時，發(fā)動機轉速及扭矩均會突然下降，發(fā)動機曲軸上飛輪信號齒加速度發(fā)生變化。因此可以用齒加速度的變化做為判斷發(fā)動機失火依據。

精確檢測失火是比較困難的，因為運轉過程中發(fā)動機并不是一直穩(wěn)定在某個轉速，即使是穩(wěn)態(tài)工作過程中，轉速會在一定范圍內波動，比如怠速時其范圍可能是±30rpm，發(fā)動機本身并沒有失火。

另外，失火僅使間隔延長0.2% 左右，ECU 需要根據實際情況采取多種措施防止誤判。

3 失火檢測區(qū)域

（1）在扭矩輸出的工作范圍內理論上都應檢測；

（2）在高轉速低負荷區(qū)域可以關閉失火檢測。此區(qū)域根據指定方法確定失火：在進氣壓力與轉速確定的坐標系上，過斷油轉速的點，對應歧管壓力加上133mPa處對應的點，與3000r/min 零扭矩的點做一直線，此線下方不檢測。

（3）是否進行失火檢測，在壞路、換擋、啟動、倒拖滑行、急加速等轉速變化大的工況時，如無法辨別失火與其它因素的影響，會中斷失火檢測系統(tǒng)。壞路的識別主要依靠整車的輪速傳感器。車輛壞路且輪速傳感器正常工作時，不會進行失火檢測。如輪速傳感器失效，控制系統(tǒng)未能識別，有可能導致發(fā)動機失火故障的誤報，進而導致車輛極有可能進入跛行模式。

4 失火率與故障燈關系

出于對三元催化器保護及滿足排放法規(guī)要求，不同失火率，發(fā)動機故障燈反應為閃爍或者常亮，見表1。

表1 失火率與發(fā)動機故障燈關系

失火發(fā)生時，未燃燒的混合氣會在催化器中燃燒，加速催化器涂層老化，甚至損壞催化器。一般催化器載體可接受溫度范圍為900 到1000℃。

在高轉速高負荷區(qū)域，發(fā)動機排氣溫度較高，三催溫度可能在很短時間內達到臨界值（≈1s），因此法規(guī)要求在曲軸轉200 圈內就要將故障檢測出來，相當于6000rpm 時約2 秒內完成檢測是合理的。

發(fā)動機故障燈常見的失火故障碼及其解析見表2。

表2 失火故障碼

對于某缸失火故障判斷，ECU 通過凸輪軸信號盤與曲軸信號盤的正時對應關系，可以判斷具體哪一缸失火，見圖1。

5 發(fā)動機失火故障樹及排查步驟

可能導致失火的原因很多，主要分為點火系統(tǒng)故障、供油系統(tǒng)故障、進氣系統(tǒng)故障、發(fā)動機缸壓不足等，見圖2。

圖2 失火故障樹

點火系統(tǒng)故障，主要檢查火花塞型號、間隙是否正常，如果都正常，可以進行跳火試驗，確認是否有火花，在設計上應盡量避免點火系統(tǒng)尤其是點火線圈進水，可通過將點火線圈適當高度的凸臺避免涉水時大量進水，見圖3。

圖3 凸輪軸罩蓋凸臺

供油系統(tǒng)故障，可以通過油壓表檢查供油壓力，噴油器是否噴油及其霧化是否正常。檢測過程中注意各缸噴油量及霧化是否相差不多。燃油品質也需要關注，劣質汽油極有可能導致噴油器堵塞。對于多缸失火且報燃油泵繼電器開路或者短路問題，可以直接檢查燃油泵繼電器是否接觸良好或者已經出現燒毀，見圖4。因燃油泵繼電器接觸不良后，各缸均隨機性無燃油進入，導致無法燃燒。

圖4 燃油泵繼電器燒毀圖片

進氣系統(tǒng)故障，主要檢查是否漏氣。進氣歧管一般與真空助力管路、PCV 管路、空濾等有接口。檢車過程中，注意進氣歧管及管路等是否出現破損或者堵塞，見圖5。因未計量在內的氣體進入，導致燃燒時空燃比偏大，過稀導致無法燃燒。

圖5 進氣歧管破損

對于碳罐沖洗問題，可以檢查碳罐電磁閥是否失效。在設計上，盡量將碳罐脫附管接口在進氣歧管入口處，即節(jié)流閥體后，避免各缸油氣不均導致失火。如某廠家的設計就避免出現油氣不均問題，見圖6。

圖6 脫附接口

在某機型試驗中發(fā)現轉速波動極大，通過數據流檢查，失火次數極高，接近報警值。經檢查發(fā)現，空燃比波動幅度大，且均為碳罐沖洗時，其轉速相比不沖洗時波動大很多。經校核，脫附接口在4 缸附近，小進氣流量時，進氣對碳罐油氣沖擊較弱，碳罐可擴散至1、2 缸，整體沖洗問題不大。但是較大的進氣流量時，油氣無法擴散，基本上進入4 缸，導致4 缸油氣很濃，另外3 個缸混合氣極稀，引發(fā)失火。將碳罐脫附管接口改到進氣歧管入口處節(jié)流閥體后，從試驗數據檢查發(fā)現，其轉速波動幅度相比之前小很多，見圖7。

圖7 脫附接口變更后數據對比

發(fā)動機缸壓不足，可能原因為活塞損壞、氣門密封（包括氣門自身損壞、關閉不嚴及正時系統(tǒng)故障）、燃燒室出現裂紋。以上故障可以通過內窺鏡檢查發(fā)現，見圖8?；蛘咄ㄟ^檢測發(fā)動機缸壓發(fā)現。一般自吸缸壓約為10bar 左右，低于6bar 時說明缸壓明顯不足，當然具體缸壓值以廠家推薦值為準。

圖8 使用內窺鏡檢查氣門

6 結語

隨著排放法規(guī)的越加嚴格，對于發(fā)動機故障的診斷要求越來越高。本文探討發(fā)動機失火檢測原理和檢測區(qū)域，并就失火率與故障燈關系及其對應故障碼進行列舉。針對發(fā)動機失火，實際如何檢查，及設計中如何規(guī)避失火都有簡單說明。