2014款長安福特馬自達CX-5發動機怠速抖動

◆文/北京 任賀新

故障現象

一輛2014款長安福特馬自達CX-5，搭載PY型2.5L發動機，VIN碼為LVRHDCAS6EN03＊＊＊＊,行駛里程為250 000km。該車進店保養時，維修技師檢查發現，無論是冷車還是熱車發動機在怠速狀態下都會抖動，但行駛過程中沒有明顯異常，且儀表臺上沒有故障燈點亮。據車主反映，該車平時都是車主自己在開，并未覺察到任何異常，也從未進行過發動機解體維修。

故障診斷與排除

連接診斷儀進行檢測，在發動機控制單元中存儲有故障碼P0304-檢測到汽缸4失火(圖1)，讀取發動機關鍵數據流，發現除4缸處于持續失火狀態外，其余數據都在正常范圍內(圖2)。

圖1 故障車上存儲的故障信息

圖2 故障車發動機關鍵數據流

維修技師嘗試倒換了4缸的火花塞和點火線圈，但故障位置沒有發生轉移。原本想繼續倒換噴油嘴，由于此車采用缸內直噴技術，噴油嘴安裝在進氣歧管下方，考慮到拆裝的工作量較大，所以只好暫時作罷。

筆者了解到該車的故障現象和診斷過程后，決定先測量汽缸壓力，以此分析機械方面是否存在故障。檢查發動機機械故障的傳統方法是用缸壓表測量汽缸的壓縮壓力，其優點是操作便捷，但存在兩個明顯的缺陷：一是，缸壓表內置了單向閥，測量結果是多個壓縮沖程的累計壓力；二是，車用發動機有進氣、壓縮、做功、排氣四個沖程，缸壓表測量的只是壓縮終了時的缸內壓力，而無法反映每個沖程的工作狀況。

因此，為了更精確地進行檢測和分析，筆者使用了Pico公司的WPS500缸壓傳感器。缸壓傳感器是一款具有高精度、超快響應速度以及大量程的“電子缸壓表”，且能與示波器配合使用，以波形的形式展示發動機各沖程的缸內壓力變化情況。按照圖3所示的連接方法將缸壓傳感器與故障車發動機及示波器連接起來。

圖3 缸壓傳感器連接示意圖

缸壓傳感器的使用方法與汽缸壓力表類似，只是缸壓傳感器能把汽缸壓力轉換成電壓信號傳輸給示波器，最終通過筆記本電腦的屏幕以波形的形式展現出來。故障車發動機第4缸的壓力波形如圖4所示。需要注意的是：由于檢測時拆掉了火花塞，汽缸無法做功，因此將做功沖程稱為釋放沖程。

圖4 故障車4缸壓力波形圖

從圖4所示的汽缸壓力波形圖可以看出，故障車4缸壓縮沖程的最高壓力為12.05bar(1bar=100kPa)，釋放沖程末端最低壓力為-382mbar。單從波形來看，未發現異常。筆者又依次測量了其余汽缸的啟動缸壓，并將數據匯總如圖5所示。

圖5 故障車發動機各缸壓力數據匯總

從圖5可以看出，故障車發動機4缸的最高壓縮壓力偏低，相比于其它汽缸至少低1bar左右。根據以往的經驗，出現這種情況的常見原因是汽缸密封不嚴。另外，令人費解的是4缸釋放沖程的最低負壓并不大。

檢測發動機汽缸密封性最好用的設備莫過于汽缸漏氣量測量儀(圖6)。它能夠快速、準確地診斷汽缸密封性問題，即便是輕微泄露也能檢測出來。獨特的雙壓力表設計可計算燃燒室的泄漏率，不僅如此，根據漏氣聲的位置還能免拆判斷燃燒室的泄漏點。

圖6 汽缸漏氣量測量儀

拆除所有汽缸的火花塞后，將4缸置于壓縮上止點位置，這樣可確保4缸的進、排氣門關閉，燃燒室處于密封狀態，用適配接頭將汽缸漏氣量測量儀連接至4缸的火花塞孔。經過加壓測試后，發現故障車發動機4缸確實存在明顯的泄漏(圖7)。漏氣率達到77%(97-22=75，75/97≈77%)。經過檢查發現故障車發動機2缸的火花塞孔向外吹氣，這是為什么？

圖7 故障車發動機4缸漏氣量測量結果

當4缸位于壓縮上止點時，根據點火順序可推算1-4缸的工作狀態如圖8所示。2缸處于進氣下止點位置，進氣門處于打開狀態(氣門早開遲閉)，因此，可以假設是4缸的進氣門關閉不嚴，氣流竄入進氣歧管，再從打開的進氣門竄入2缸，這樣就會從2缸的火花塞孔向外吹氣。為驗證這一假設，裝好2缸的火花塞，此時從節氣門處可感受到明顯的氣流，說明4缸的進氣門確實存在關閉不嚴的情況。

圖8 故障車4缸處于上止點時各缸狀態

導致氣門關閉不嚴的可能原因主要有：氣門間隙過小；氣門錐面和氣門座圈密封不良。具體到故障車會是哪種原因呢？考慮到有些故障非常隱蔽，解體后很難找到故障點，因此必須把拆解前的診斷工作做扎實。

拆下汽缸蓋罩和進氣歧管，再次進行泄漏測試，4缸進氣門處依然漏氣，此時可以定位究竟是哪一個進氣門漏氣。隨后松開2-4缸的凸輪軸瓦蓋，用螺絲刀向上撬凸輪軸，讓4缸的進氣凸輪離開搖臂，漏氣表的指針瞬間回轉至70kPa的位置，同時聽見漏氣聲音明顯減小。這說明該車氣門關閉不嚴與氣門間隙有關。

該車采用液壓挺桿，可以自動調整氣門間隙，氣門間隙怎么會不正常？分解發動機，仔細檢查汽缸蓋，發現漏氣的那個進氣門從燃燒室的角度看存在明顯下陷的情況(圖9)，氣門桿部明顯比其他的高，導致氣門向上移動，氣門和凸輪之間的間隙過小，氣門關閉不嚴。

圖9 故障車4缸進氣門下陷示意圖

拆下進氣門，發現故障進氣門的錐面明顯下移動，氣門頭已經磨損成刀刃狀(圖10)。更換該進氣門及氣門座后試車，該車發動機怠速抖動現象消失，故障被徹底排除。

圖10 故障車上異常的進氣門

維修小結

在本案例中，維修前用真空表測量了進氣歧管的真空度，具體情況如下：

1.熱車怠速時，進氣歧管真空度約為67kPa(正常范圍是57～72kPa)，指針抖動，偶爾會上升到約57kPa。拔掉1-3缸任意一個點火線圈，指針上升到大約60kPa，但拔掉4缸點火線圈，指針位置基本不變。

2.原地踩油門踏板將發動機轉速保持在3 000r/min時，真空度約為70kPa，且指針非常穩定。

3.原地將油門踏板踩到底后突然松開，讓發動機轉速猛地升高至3 000～4 000r/min，再突然回落下來，真空表指針隨著轉速迅速升高至接近0，再突然回落到大約80kPa。

檢測怠速真空度時，真空表指針在正常范圍內，且出現有規律的小幅抖動，因此可以把故障點鎖定在單個汽缸，通過拔點火線圈后真空度下降的幅度，基本可以推斷是4缸有問題，而且可以排除拉缸故障。

發動機轉速3 000r/min時真空度的測量結果正常，因此可以排除氣門彈簧問題。急加速時的真空度測量結果也正常，因此可以排除點火問題，且能判斷出發動機密封性良好。此時，只剩下噴油嘴和氣門的狀態無法判斷了。其實，如果仔細觀察，發現進氣歧管有回火現象(回火時，真空表指針回轉至57kPa)，就基本能確定是進氣門密封不嚴的問題了。

確定進氣門漏氣以后，嘗試通過壓力脈動進行進一步的檢查，于是分別測量了怠速和啟動工況下進排氣的壓力脈動，但經過綜合分析，發現怠速時的壓力脈動沒什么價值，因此在這里只向大家分享啟動工況的壓力脈動。

檢測過程終，非常幸運地捕捉到一次回火波形。通過示波器的相位標尺功能，發現故障車發動機4缸在壓縮時出現了回火跡象(圖11)，從而鎖定故障點就在4缸的進氣門上。

圖11 故障車啟動工況時的進氣壓力脈動

從圖12所示的啟動時進氣和排氣壓力脈動波形圖可以看出，故障車2缸的進氣壓力脈動偏小，且此時4缸正好處于壓縮行程，因此推測是4缸壓縮時進氣門漏氣至進氣歧管，造成2缸的進氣壓力脈動偏小。至于4缸排氣脈沖偏大的具體原因不得而知，但通過對比排氣脈沖，依然能判斷出故障車發動機4缸工作不正常。

圖12 故障車啟動工況時進排氣壓力脈沖