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案例分析:汽车发动机怠速抖动


  来源: 虹科Pico汽车示波器 时间:2021-01-15 编辑:仪器仪表WXF
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一辆2010款Jeep大切诺基车,搭载5.7 L HEMI发动机,累计行驶里程约为12万km。该车因发动机怠速抖动,且发动机故障灯异常点亮的故障在其他修理厂维修。维修人员检查发现气缸3失火,先后与其他气缸调换火花塞、点火线圈及喷油器后试车,气缸3依旧失火;用气缸压力表测量气缸3的气缸压力,约为11.6 bar(1 bar=100 kPa),无异常;用内窥镜检查气缸3内部,也未见异常。诊断至此,维修人员没有了维修思路,于是向笔者请求技术支持。


故障诊断:


接车后试车,起动发动机,发动机怠速抖动,并伴有异响,且发动机故障灯异常点亮。用故障检测仪(witech)检测,读得故障代码“P0303 气缸3失火”。笔者分析认为,气缸压力表测得的是累计气缸压力,有时并不能准确地反映气缸的密封性,既然已经调换过火花塞、点火线圈及喷油器,那么故障原因很可能还是出在气缸压力方面,于是决定用pico示波器和压力传感器测量气缸3的气缸压力,以观察其动态变化情况。


将加速踏板踩到底,起动发动机(此时发动机控制单元会停止喷油,发动机不会起动着机),测得气缸3的气缸压力波形如图1所示。


图1 故障车气缸3的气缸压力波形(截屏)

图1 故障车气缸3的气缸压力波形(截屏)


使用标尺功能分析气缸压力波形,发现气缸压力峰值能达到15.8 bar左右,过大;排气行程末端的气缸压力约为3 bar,也过大;排气门打开时刻约为做功行程下止点前41°曲轴转角,进气门关闭时刻约为进气行程下止点后46°曲轴转角,无明显异常。进一步分析认为,在排气行程末端,活塞向上运动,排气门关闭过早,进气门尚未打开,以致气缸压力迅速升高(注意:三元催化转化器堵塞时,排气行程的气缸压力也会升高,但气缸压力波形会有明显的波动,且压力上升缓慢),而当进气门打开时,气缸压力又立即下降。由于只有气缸3存在失火故障,暂时排除发动机正时错误的可能,推断气缸3的排气门传动机构工作异常。


如图2所示,该车为90°V形8缸发动机,驾驶人侧气缸列从前往后分别为气缸1、气缸3、气缸5、气缸7,副驾驶人侧气缸列从前往后分别为气缸2、气缸4、气缸6、气缸8,点火顺序为1-8-4-3-6-5-7-2,所有气门由1根中置的凸轮轴通过滚轮式挺柱、挺杆及摇臂驱动。


图2 5.7 L HEMI发动机结构示意

图2 5.7 L HEMI发动机结构示意


经车主同意后拆下气门室盖,转动曲轴,同时用百分表测量气缸3排气门摇臂的运动行程,最大行程约为3.34 mm(图3a);测量气缸5排气门摇臂的运动行程,最大行程约为8.15 mm(图3b)。对比可知气缸3排气门的气门升程较小,以致气门关闭过早,推断可能的原因有:凸轮轴上的凸轮磨损严重;滚轮式挺柱损坏;挺杆弯曲。进一步拆检发现,气缸3的排气门凸轮、滚轮式挺柱及摇臂均严重磨损(图4)。


图3 测量排气门摇臂的运动行程
气缸3排气门摇臂的运动行程                        气缸5排气门摇臂的运动行程

图3 测量排气门摇臂的运动行程


A)凸轮                   B)滚轮式挺柱                    C)摇臂

图4 气缸3排气门的传动部件


故障排除:

更换凸轮轴、滚轮式挺柱及摇臂后试车,发动机运转平稳,失火故障消失,故障排除。


故障总结:

气缸3的排气门凸轮严重磨损后会使气缸3排气门升程变小,且提前关闭,以致气缸3排气不畅,接着还会影响进气量,使气缸3无法正常燃烧,发生失火。另外,气缸3排气不畅还会使压缩上止点时的气缸压力比其他气缸大得多。

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