發(fā)動機單缸失火故障的免拆診斷方法（一）

余姚東江名車專修廠 葉正祥

案例1、案例2視頻講解

案例3視頻講解

發(fā)動機失火（Misfire）俗稱缺缸，是指因為某種原因造成發(fā)動機的某一個氣缸或某幾個氣缸斷續(xù)或連續(xù)的混合氣燃燒不良或不能燃燒的現(xiàn)象。發(fā)動機失火會使發(fā)動機運轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，其典型故障現(xiàn)象為發(fā)動機怠速抖動，同時還會使發(fā)動機動力性能、經(jīng)濟性能及排放性能變差。

發(fā)動機失火類型主要分為單缸失火和多缸失火。發(fā)動機正常工作的4大要素為良好的氣缸壓縮、充足的點火能量、合適空燃比的混合氣及正確的點火和噴油時刻。單缸失火的原因僅限于失火氣缸的正常工作條件不滿足，如火花塞損壞、點火線圈工作不良、噴油器工作不良、氣缸壓力不足、液壓挺柱工作不良及氣門密封不嚴等，而多缸失火的原因通常與失火氣缸的共用部分有關，如燃油壓力不足、進氣管路泄漏、空氣流量傳感器信號失真、正時鏈條拉長等。

發(fā)動機控制單元（ECM）利用曲軸轉(zhuǎn)速波動法、離子電流法等對發(fā)動機失火進行監(jiān)測，一旦發(fā)動機失火次數(shù)達到設定值，則存儲相關的故障代碼，如P0300（檢測到發(fā)動機失火）、P0301（檢測到氣缸1失火）、P0302（檢測到氣缸2失火）等。在維修實踐中，對于很多偶發(fā)性發(fā)動機單缸失火故障，雖然發(fā)動機已表現(xiàn)出明顯的故障現(xiàn)象，但是ECM不會存儲相關的故障代碼，且失火數(shù)據(jù)也正常，此時通過故障檢測儀無法得知哪一個氣缸存在失火故障，這就加大了故障診斷的難度。下面結(jié)合故障案例與大家分享發(fā)動機單缸失火故障的免拆診斷方法，以期對大家有所啟發(fā)。

案例1 2011款雪佛蘭科魯茲車怠速、加速均抖動

故障現(xiàn)象一輛2011款雪佛蘭科魯茲車，搭載2HO發(fā)動機，累計行駛里程約為11萬km。車主反映，該車怠速、加速時均有抖動現(xiàn)象，且組合儀表上的發(fā)動機故障燈異常點亮。

故障診斷接車后試車，發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象與車主所述一致。用故障檢測儀檢測，發(fā)動機控制單元中存儲故障代碼“P0301 檢測到氣缸1失火”；讀取失火數(shù)據(jù)（圖1），發(fā)現(xiàn)氣缸1的失火次數(shù)高達255次，其他氣缸均無失火記錄。診斷至此可知，該車故障是由氣缸1失火引起的，可能故障原因有：點火系統(tǒng)故障，如點火線圈、火花塞等故障；供油系統(tǒng)故障，如噴油器堵塞、泄漏等；氣缸壓力不足；氣門關閉不良。

圖1 故障車的失火數(shù)據(jù)（截屏）

本著由簡入繁的原則，決定先檢查點火系統(tǒng)。如圖2和圖3所示，雖然該車各氣缸均為獨立點火，但各氣缸的點火線圈（不包括點火驅(qū)動器）集成一體，稱為點火線圈模塊。將探針連接在點火線圈模塊導線連接器端子D上（圖4），采集氣缸1的點火線圈初級電壓波形；將電流鉗卡在氣缸1的點火線圈控制線上，采集氣缸1的點火線圈初級電流波形。最終采集的組合波形如圖5所示（紅色為初級電流波形，藍色為初級電壓波形）。分析圖5可知，初級線圈充磁階段出現(xiàn)異常，充磁時間較短，且初級線圈電流（1.8 A左右）過小，最終導致初級線圈中存儲的能量較小，以致在點火瞬間（點火驅(qū)動器阻斷初級線圈中的電流），次級線圈感應電壓不足（點火能量不足），無法點燃混合氣。診斷至此，懷疑ECM內(nèi)部的點火驅(qū)動器有故障。

圖2 點火線圈結(jié)構(gòu)示意

圖3 2011款雪佛蘭科魯茲車點火線圈控制電路

圖4 連接探針

圖5 故障車氣缸1的點火線圈初級電壓和初級電流波形（截屏）

圖6 將探針連接在氣缸1的點火驅(qū)動器控制端

圖7 氣缸1的點火驅(qū)動器控制端的觸發(fā)信號（截屏）

拆下發(fā)動機控制單元外殼，從氣缸1的點火驅(qū)動器控制端測量觸發(fā)信號（圖6和圖7），得知觸發(fā)信號的電壓約為3.5 V，持續(xù)時間約為2 ms（即發(fā)動機控制單元要求初級線圈充磁的時間），正常，由此推斷氣缸1的點火驅(qū)動器損壞，無法為初級線圈正常充磁。

故障排除更換氣缸1的點火驅(qū)動器（圖8）后試車，發(fā)動機怠速、加速均不再抖動；再次測量氣缸1的點火線圈初級電壓和電流波形（圖9，紅色為初級電流波形，藍色為初級電壓波形），初級線圈充磁時間約為2.15 ms，初級線圈電流達到6.5 A左右，燃燒時間約為1.3 ms，均恢復正常，故障排除。

圖8 更換氣缸1的點火驅(qū)動器

圖9 正常車氣缸1的點火線圈初級電壓和初級電流波形（截屏）

故障總結(jié)由于該車故障是持續(xù)存在的，且故障代碼已明確指出失火氣缸，因此在診斷時，只要對失火氣缸的各項工作條件進行排查即可。另外，在已知失火氣缸的情況下，可以采用調(diào)換火花塞、點火線圈、噴油器等部件的方法進行判斷，但這仍具有一定的盲目性，不符合免拆診斷的維修理念，因此筆者不提倡采用調(diào)換部件的方法進行診斷。

案例2 2008款豐田卡羅拉GLX-i車發(fā)動機怠速偶爾抖動

故障現(xiàn)象一輛2008款豐田卡羅拉GLX-i車，搭載2ZR發(fā)動機，累計行駛里程約為14萬km。車主反映，該車發(fā)動機怠速偶爾抖動，故障出現(xiàn)時，坐在駕駛室能明顯感到車身振動，行駛中無明顯異常。

故障診斷接車后試車，確認故障現(xiàn)象與車主所述一致。用故障檢測儀檢測，發(fā)動機控制單元中無故障代碼存儲；讀取失火數(shù)據(jù)，也未見異常。分析故障現(xiàn)象，認為發(fā)動機怠速抖動是由單個氣缸偶發(fā)失火引起的，推斷可能故障原因有：點火系統(tǒng)故障；噴油系統(tǒng)故障；氣門關閉不良。

本著由簡入繁的原則，決定先檢查點火系統(tǒng)。如圖10所示，該車有4個獨立的點火線圈（內(nèi)部集成點火驅(qū)動器），點火線圈通過端子IGT接收來自發(fā)動機控制單元的點火觸發(fā)信號，通過端子IGF向發(fā)動機控制單元發(fā)送點火反饋信號。

由于無法直接測量點火線圈初級或次級電壓波形，因此采用獨立點火探頭（又叫COP探頭，使用時將COP探頭平放在點火線圈上方即可）間接測量點火線圈次級電壓波形。點火線圈初級電流可從點火線圈供電線上測量。COP探頭和電流鉗的擺放位置如圖11所示。

圖10 2008款豐田卡羅拉GLX-i車點火線圈控制電路

圖11 COP探頭和電流鉗的擺放位置

故障出現(xiàn)時依次測量4個點火線圈的次級電壓波形和初級電流波形，發(fā)現(xiàn)氣缸4的點火線圈初級電流波形（圖12中紅色波形）正常，但點火線圈次級電壓波形（圖12中藍色波形）在充磁階段正常，在點火階段異常，沒有燃燒線，由此說明點火初級電路正常，故障出在點火次級電路上，可能的故障原因有：點火線圈損壞；火花塞損壞。

拆檢氣缸4的火花塞，發(fā)現(xiàn)其中心電極損壞（圖13），由此推斷故障是由此引起的。

故障排除更換所有火花塞后試車，發(fā)動機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，抖動現(xiàn)象不再出現(xiàn)；再次測量氣缸4的點火線圈初級電流波形和次級電壓波形（圖14中紅色為初級電流波形，藍色為次級電壓波形，綠色是從點火線圈端子IGT上測得的點火觸發(fā)波形），均正常，故障排除。

故障總結(jié)雖然該車故障是偶發(fā)性的，但是故障現(xiàn)象容易再現(xiàn)，即使不知道哪個氣缸存在失火故障（筆者在診斷該車故障時，手上還沒有壓力脈動傳感器，因此當時無法通過分析排氣壓力脈動波形判斷失火氣缸），但仍方便在故障狀態(tài)下依次對各氣缸的各項工作條件進行排查。

圖12 故障車氣缸4的點火線圈初級電流和次級電壓波形（截屏）

圖13 氣缸4的火花塞中心電極損壞

圖14 正常車氣缸4的點火線圈初級電流、次級電壓和點火觸發(fā)波形（截屏）

案例3 2004款豐田佳美車發(fā)動機偶爾抖動

故障現(xiàn)象一輛2004款豐田佳美車，搭載2AZ發(fā)動機，累計行駛里程約為48.6萬km。車主反映，該車發(fā)動機偶爾抖動，且故障頻率較低，在路口等交通信號燈（擋位在前進擋）時故障比較容易出現(xiàn)。

故障診斷接車后試車，起動發(fā)動機，觀察發(fā)動機怠速時的運轉(zhuǎn)情況，故障未能再現(xiàn)；反復將換擋桿切換至前進擋，模擬路口等交通信號燈的工況，故障再現(xiàn)，但故障頻率很低，發(fā)動機抖動一下就恢復正常。用故障檢測儀檢測，發(fā)動機控制單元中無故障代碼存儲；讀取失火數(shù)據(jù)，也未見異常。

連接壓力脈動傳感器和COP探頭，同時測量排氣壓力脈動和氣缸1的點火線圈次級電壓波形。反復試車，示波器捕捉到了故障出現(xiàn)時的異常排氣壓力脈動（圖15，紅色為排氣壓力脈動波形，綠色為氣缸1的點火線圈次級電壓波形），再結(jié)合氣缸1的點火線圈次級電壓波形進行分析（掃描案例講解視頻二維碼，觀看具體分析過程），推斷異常的排氣壓力脈動是由氣缸4失火引起的。

圖15 故障出現(xiàn)時的排氣壓力脈動和氣缸1的點火線圈次級電壓波形（截屏）

本著由簡入繁的原則，決定先檢查點火系統(tǒng)。將COP探頭從1缸點火線圈移至4缸點火線圈，反復試車，再次用示波器捕捉到了故障出現(xiàn)時的異常排氣壓力脈動。放大氣缸4的點火線圈次級電壓波形，排氣壓力脈動正常時氣缸4的點火線圈次級電壓波形如圖16所示，排氣壓力脈動異常時氣缸4的點火線圈次級電壓波形如圖17所示。對比可知，充磁階段正常，點火階段異常，沒有燃燒線，由此推斷故障出在點火次級電路上。拆檢氣缸4的火花塞，未見異常，由此推斷氣缸4的點火線圈損壞。

圖16 排氣脈動正常時氣缸4的點火線圈次級電壓波形（截屏）

圖17 排氣脈動異常時氣缸4的點火線圈次級電壓波形（截屏）

故障排除更換氣缸4的點火線圈后試車，發(fā)動機抖動現(xiàn)象未再出現(xiàn)，故障排除。

故障總結(jié)對于無故障代碼提示，且偶發(fā)性的發(fā)動機失火故障，通過分析排氣壓力脈動波形（用于判斷失火現(xiàn)象）和點火波形（用于判缸）能夠快速定位失火氣缸，大大提高診斷效率。

（收稿日期：2019-08-26）

（未完待續(xù)）

專家點撥

發(fā)動機點火波形的測量方法及分析

戈華飛，Tech Gear 汽車診斷學院創(chuàng)始人，上海市汽車維修行業(yè)協(xié)會專家委員會專家，上海交通臺疑難故障現(xiàn)場解答專家，現(xiàn)任德系某知名豪華汽車公司中國區(qū)技術支持工程師，曾任美國克萊斯勒汽車有限公司中國區(qū)高級技術支持工程師，通過了美國ASE 汽車維修技師任職資格考試，獲得了德國TüV 技術檢驗協(xié)會“HVE 高壓電維修專家”資質(zhì)。

常見的發(fā)動機點火系統(tǒng)控制電路主要由發(fā)動機控制單元、點火線圈、火花塞及相關線路組成。若點火線圈直接安裝在火花塞上，則稱為COP點火線圈。COP為英文Coil-On-Plug的簡稱，譯為“線圈在火花塞上”。

點火驅(qū)動器負責接通和切斷點火線圈初級線圈回路，接通初級線圈時為初級線圈充磁，切斷初級線圈時使次級線圈產(chǎn)生高壓，進行點火。點火驅(qū)動器可集成在發(fā)動機控制單元中，也可集成在點火線圈中。如圖18所示，點火驅(qū)動器集成在發(fā)動機控制單元中，此時從A處可以測得點火線圈初級電壓和電流波形（圖19，藍色為初級電壓波形，紅色為初級電流波形）；如圖20所示，點火驅(qū)動器集成在點火線圈中，此時從B處可以測得點火觸發(fā)（即充磁控制信號）波形（圖21），從C處可以測得點火線圈初級電流波形。由于COP點火線圈沒有分缸線，因此無法直接測量點火線圈次級電壓波形，但可通過COP探頭從點火線圈上方進行間接測量，測得的初級電壓波形與次級電壓波形相似（圖22）。

圖18 點火驅(qū)動器集成在發(fā)動機控制單元中的控制電路

圖19 點火線圈初級電壓和電流波形（截屏）

圖20 點火驅(qū)動器集成在點火線圈中的控制電路

圖21 點火觸發(fā)波形（截屏）

圖22 初級電壓波形與次級電壓波形對比（截屏）

圖23 初級電壓波形分析（截屏）

點火線圈初級電壓波形的含義如圖23所示。通常充磁時間為1.4 ms～4.0 ms，燃燒時間為1.3 ms～2.0 ms，點火線圈初級電流為6.5 A～9.0 A。由于點火時刻發(fā)生在壓縮上止點附近，因此點火波形除了用于分析點火系統(tǒng)故障外，在分析組合波形時，經(jīng)常被用來判缸。

通過點火波形不僅能夠了解到點火線圈本身的工作狀況，還能了解到氣缸內(nèi)混合氣的燃燒情況。在實際故障診斷過程中，對于點火波形的學習與分析，不需要深究混合氣濃度、氣缸壓力等影響因素，而是更注重點火線圈本身，即初級控制端和次級執(zhí)行端。當點火系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，維修人員要學會通過分析點火波形來判斷故障點是在點火線圈初級控制端還是在次級執(zhí)行端，從而提高診斷效率。