直噴發(fā)動(dòng)機(jī)失火故障分析與優(yōu)化策略

1 引言

失火是發(fā)動(dòng)機(jī)比較常見的一種故障模式，在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中，由于各種原因造成的油氣混合氣在氣缸中無法正常燃燒的一種現(xiàn)象。通俗的講就是缺缸、不點(diǎn)火、燃燒不良。廣義上講就是由于可燃混合氣過濃或過稀、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械原因、點(diǎn)火系統(tǒng)、噴油系統(tǒng)故障等引起的點(diǎn)火能量小、燃燒質(zhì)量差、燃燒不完全或者完全不燃燒

。

失火會(huì)對發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性以及排放性產(chǎn)生不良的影響。失火主要表現(xiàn)為：發(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng)、扭矩下降、排放惡化，燃燒室內(nèi)積碳嚴(yán)重等等。失火會(huì)對噴油器、火花塞、活塞等缸內(nèi)零部件的性能及壽命造成損傷，而且也會(huì)加速三元催化器、氧傳感器的失效，失火嚴(yán)重時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致淹缸、動(dòng)力不足、甚至無法啟動(dòng)

。

失火產(chǎn)生的原因很多，進(jìn)排氣系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、噴油系統(tǒng)等出現(xiàn)問題時(shí)都有可能會(huì)導(dǎo)致氣缸內(nèi)混合氣體不能順利點(diǎn)燃或點(diǎn)燃后不能徹底的燃燒。本文結(jié)合實(shí)際案例，主要分析解決了某發(fā)動(dòng)機(jī)在試驗(yàn)過程中出現(xiàn)的失火故障。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)失火分析

某1.5L渦輪增壓、350bar缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)，在前期進(jìn)行開發(fā)試驗(yàn)的過程出現(xiàn)了不同程度的失火，通過零件互換、缸壓數(shù)據(jù)監(jiān)測、標(biāo)定數(shù)據(jù)調(diào)整等手段，逐步排查油路、氣路、電路系統(tǒng)零件，最終查明了根本原因，解決了失火問題。

2.1 點(diǎn)火系統(tǒng)引起的失火

2.1.1 失火故障描述

在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架耐久試驗(yàn)后期，出現(xiàn)扭矩波動(dòng)異常，發(fā)動(dòng)機(jī)異常抖動(dòng)的現(xiàn)象，檢測發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)存在失火現(xiàn)象，更換新火花塞后，臺(tái)架運(yùn)行正常，故障消除，失火問題的直接原因鎖定為火花塞工作異常。

經(jīng)過發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架耐久試驗(yàn)后的火花塞，基本上處在壽命末期，各項(xiàng)性能指標(biāo)都會(huì)有所降低。通過對故障機(jī)的火花塞外觀、性能、尺寸檢測后，如圖1所示，發(fā)現(xiàn)火花塞電極出現(xiàn)不同程度的腐蝕，火花塞間隙增大，火花塞初始間隙0.7～0.8mm，磨損后的最大間隙約1.0mm，接近設(shè)計(jì)最大允許0.2mm磨損量的壽命極限。

火花塞作為發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)的末端零件，在保證發(fā)動(dòng)機(jī)性能方面有著重要的作用?；鸹ㄈg隙，即側(cè)電極和中心電極之間的距離的大小，決定了火花的長度以及發(fā)動(dòng)機(jī)能否正常點(diǎn)燃混合氣?；鸹ㄈg隙較小時(shí)，需求的點(diǎn)火電壓和點(diǎn)火能量較小，在電極間僅能產(chǎn)生較小的火核，可能無法點(diǎn)燃混合氣，而隨著火花塞間隙變大，需要更大的點(diǎn)火電壓和點(diǎn)火能量，如果點(diǎn)火電壓不足，在發(fā)動(dòng)機(jī)大負(fù)荷運(yùn)行時(shí)容易發(fā)生失火現(xiàn)象，所以在發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)開發(fā)過程中需要精確確定火花塞的間隙。

點(diǎn)火線圈同樣是點(diǎn)火系統(tǒng)的重要部件，并且需要按照火花塞的條件進(jìn)行精確的調(diào)整，以確保發(fā)動(dòng)機(jī)在任何工況下運(yùn)行時(shí)，都能提供可燃混合氣正常點(diǎn)火所需的點(diǎn)火電壓和點(diǎn)火能量。

2.1.2 失火原因分析

在火花塞極限間隙1.0mm下，對發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火線圈點(diǎn)火能量要求進(jìn)行測試，如圖2所示。

從圖2可知：點(diǎn)火能量需求最大值出現(xiàn)在3000rpm，達(dá)到了51.18MJ；當(dāng)前點(diǎn)火線圈實(shí)際輸出能量值均大于發(fā)動(dòng)機(jī)需求值，最小能量差為30.28MJ，點(diǎn)火能量滿足要求在不同火花塞間隙下，對發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火線圈輸出能力要求進(jìn)行測試，如圖3所示。

從圖3可知：初級電流6.0A，點(diǎn)火線圈可滿足0.85mm間隙火花塞點(diǎn)火需求；初級電流8.4A，點(diǎn)火線圈可滿足0.95mm火花塞點(diǎn)火需求；針對1.0mm火花塞，需求電壓高達(dá)41KV，而當(dāng)前點(diǎn)火線圈輸出電壓為38KV，無法滿足需求。

運(yùn)用問題情境教學(xué)時(shí)，教師應(yīng)根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求和學(xué)生的思維規(guī)律，把教學(xué)內(nèi)容分解為諸多具有內(nèi)在聯(lián)系的細(xì)小問題，在教學(xué)過程中緊緊圍繞這些問題展開。同時(shí)，教師根據(jù)不同類型的問題創(chuàng)設(shè)相關(guān)的情境懸念，引導(dǎo)學(xué)生積極聯(lián)想和思考，增強(qiáng)他們的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)他們產(chǎn)生解決問題的強(qiáng)烈愿望，使其達(dá)到想學(xué)、愿學(xué)和主動(dòng)學(xué)習(xí)的目的。具體的問題情境教學(xué)思路為：確定目標(biāo)→情境導(dǎo)入→提出問題→活動(dòng)與探究→討論與交流→得出結(jié)論→拓展延伸（提出新的問題或獲取新的知識）。

此失火故障的根本原因是點(diǎn)火線圈與火花塞的匹配問題，在發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)后期，火花塞電極逐漸腐蝕磨損，間隙變大，而此時(shí)點(diǎn)火線圈無法提供足夠的點(diǎn)火電壓，從而導(dǎo)致失火現(xiàn)象發(fā)生。

2.1.3 改進(jìn)措施

為解決該發(fā)動(dòng)機(jī)失火問題，主要措施是提高點(diǎn)火線圈輸出電壓，并且更新充電時(shí)間表。通過減小點(diǎn)火線圈初級繞線匝數(shù)，增加匝數(shù)比，提高輸出電壓。點(diǎn)火線圈的原理：U2/U1=N2/N1，U1:初級電壓，U2：次級電壓，N1：初級匝數(shù)，N2：次級匝數(shù)。通過減小N1，增大N2/N1，U1不變，U2增大。

對比發(fā)現(xiàn)，B批次樣件閥針行程均高于A批次樣件。A批次樣件閥針行程均低于50um，B批次樣件閥針行程范圍40～60um。針對B批次樣件，原標(biāo)定兩次噴油間隔為0.5ms，將兩次時(shí)間間隔延長為1ms后，失火故障消失。

2.1.3 措施驗(yàn)證

分別在12V和14V電源電壓下，按照點(diǎn)火線圈充磁時(shí)間表，測出點(diǎn)火線圈次級電壓輸出能力，與發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際需求的電壓，能量作對比。詳見圖4，圖5曲線。

可知，在火花塞達(dá)到極限間隙1.0mm時(shí)，點(diǎn)火線圈的輸出能力，也是大于發(fā)動(dòng)機(jī)的需求電壓，可以避免點(diǎn)火電壓不足引起的失火故障。

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發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)時(shí)，在40%油門開度、2000rpm時(shí)，出現(xiàn)扭矩下降，下降幅度達(dá)到75Nm～100Nm，檢測發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)存在失火現(xiàn)象。為了快速查找原因，采用ABA方法進(jìn)行故障排查，對火花塞、點(diǎn)火線圈、噴油器等相關(guān)零部件互換對調(diào)驗(yàn)證，失火現(xiàn)象跟隨噴油器轉(zhuǎn)移，因此將直接原因鎖定為噴油器問題。

故改進(jìn)后的點(diǎn)火線圈，能量和電壓都可滿足發(fā)動(dòng)機(jī)在火花塞間隙在極限1.0mm時(shí)的要求，避免失火故障。在后續(xù)的試驗(yàn)驗(yàn)證中未再發(fā)生因點(diǎn)火線圈導(dǎo)致的失火。

2.2 噴油系統(tǒng)引起的失火

可知，在火花塞達(dá)到極限間隙1.0mm時(shí)，點(diǎn)火線圈的輸出能力，仍大于發(fā)動(dòng)機(jī)對點(diǎn)火能量的實(shí)際需求。

2.2.1 原因分析

使用A、B兩個(gè)不同批次的噴油器樣件，進(jìn)行故障復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，A批次樣件不會(huì)引發(fā)失火故障。出現(xiàn)失火故障發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油器為B批次樣件，在發(fā)動(dòng)機(jī)二次噴射工況下，第二次噴射時(shí)，出現(xiàn)噴油異常，引起發(fā)動(dòng)機(jī)失火。

按照圖6所示，通過對兩個(gè)批次的零件進(jìn)行排查：電參數(shù)、子零件尺寸、以及各工藝參數(shù)等，最終將A/B批次差異點(diǎn)鎖定為噴油器的關(guān)鍵參數(shù)：閥針行程。

高壓噴油器主要由噴油器殼體、電磁閥、柱塞組件、閥桿以及針閥組成，是高壓共軌系統(tǒng)中最關(guān)鍵和最復(fù)雜的零部件，結(jié)構(gòu)如圖7所示，其作用是根據(jù)ECU信號控制電磁閥的開啟和關(guān)閉，按照所標(biāo)定的最佳噴油時(shí)刻、噴油間隔、噴油脈寬、噴油量將高壓燃油噴射到缸內(nèi)。其中閥針行程是噴油器的一項(xiàng)關(guān)鍵控制參數(shù)，決定噴油器子零件閥座的流量和噴油器靜態(tài)的流量，影響噴油霧化油束效果，需要精確控制

。

無論是什么原因?qū)е潞⒆拥哪ゲ?，只要我們?jiān)持一個(gè)接納的原則，孩子的問題就會(huì)迎刃而解！接納他們就是這樣獨(dú)一無二，與眾不同；接納他們不能像我們要求的那樣迅速反應(yīng)；接納他們很多習(xí)慣從開始養(yǎng)成的時(shí)候是我們沒有做好！改變親子之間的溝通模式，多給孩子一些空間和時(shí)間。

成熟mRNA分子可翻譯表達(dá)各種不同的蛋白質(zhì)，因此可變剪接自20世紀(jì)被提出以來，就被認(rèn)為是豐富蛋白質(zhì)組多樣性的主要機(jī)制。近幾年，隨著科學(xué)家們通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，可變剪接在細(xì)胞內(nèi)還起著重要的調(diào)控作用，同時(shí)隨著高通量測序技術(shù)及生物信息學(xué)的飛速發(fā)展，可變剪接的相關(guān)研究又“火”起來了，這些研究分別從不同環(huán)境比對單個(gè)基因和個(gè)別品種可變剪接變化的角度展開。而這次實(shí)驗(yàn)所采用的全基因組水平QTL定位方法，在植物學(xué)領(lǐng)域是一次創(chuàng)新嘗試。

經(jīng)過調(diào)大A批次樣件的閥針行程，以及調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)兩次噴油間隔時(shí)間可復(fù)現(xiàn)故障。試驗(yàn)結(jié)果見下表2所示。

可知，較高的閥針行程是引起噴油器失火的根本原因，由于B批次樣件行程較大，噴油器噴油后，閥針回位時(shí)間長，影響第二次噴油，在原標(biāo)定0.5ms的噴油間隔下導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)失火。

稱取樣品5 g剪碎，加入45 ml無菌蒸餾水，在5 ℃條件下浸泡0. 5 h,待其充分浸泡后，用電子酸度計(jì)測定。

2.2.2 改進(jìn)措施

措施1：更改標(biāo)定數(shù)據(jù)，將噴油器兩次噴射的間隔時(shí)間調(diào)整為1ms。 當(dāng)前B本批次噴油器樣本的閥針行程范圍在40-60um左右，如圖8引起失火的兩次噴射最大間隔時(shí)間隨著閥針行程的增大亦呈增加趨勢，當(dāng)噴油器的閥針行程在60um左右時(shí)，發(fā)生失火的兩次噴油間隔時(shí)間距離1ms仍有足夠的余量。

在公路建設(shè)過程中，機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)小故障是難以避免的，而對于一些小問題很多施工單位不會(huì)重視，這就使得小故障變成大故障，嚴(yán)重的會(huì)因?yàn)樾」收线B帶反應(yīng)產(chǎn)生機(jī)械報(bào)廢的問題。故而在設(shè)備保養(yǎng)維護(hù)過程中，需要對小故障特別重視，不能夠讓設(shè)備帶病作業(yè)，對機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)的異響等問題需要及時(shí)解決[3]。

將此次研究結(jié)果均錄入SPSS20.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件中,并對研究結(jié)果整理分析。計(jì)量資料采用分?jǐn)?shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示,組間差異用t檢驗(yàn);計(jì)數(shù)資料采用(n,%)表示,并采用x2表示。當(dāng)P

措施2：加強(qiáng)噴油器閥針行程的控制。A批次樣件的閥針行程小于50um，但樣本較少，但僅為整個(gè)閥針行程范圍內(nèi)的部分區(qū)域，并不能代表整體閥針行程范圍。為了降低失效風(fēng)險(xiǎn)，且評估制造能力后，將噴油器的目標(biāo)閥針行程控制在40-55um。

輸出并聯(lián)雙有源全橋DC-DC變換器虛擬功率均衡控制方法//安峰,宋文勝,楊柯欣,馮曉云//(12):106

2.2.3 措施驗(yàn)證

實(shí)施以上措施以來，搭載性能臺(tái)架，耐久臺(tái)架，整車路試耐久，熱負(fù)荷試驗(yàn)臺(tái)架等試驗(yàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)未再發(fā)生過由于噴油器導(dǎo)致的失火故障，并且經(jīng)過性能和標(biāo)定檢查，措施實(shí)施不會(huì)對發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性及排放性能產(chǎn)生不良影響。

3 結(jié)論

引起發(fā)動(dòng)機(jī)失火的因素有很多，涉及到發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)系統(tǒng)，例如：燃油壓力低、進(jìn)氣系統(tǒng)泄漏、信號傳感器損壞、配氣相位錯(cuò)誤、點(diǎn)火正時(shí)錯(cuò)誤、控制單元故障等等。本文通過對兩種不同失火故障的分析，發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火線圈與火花塞的匹配，噴油系統(tǒng)硬件性能和標(biāo)定控制對發(fā)動(dòng)機(jī)失火故障有著重要影響，在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)，需要綜合考慮各個(gè)系統(tǒng)參數(shù)的相互作用。

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