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2012 款大众辉腾车发动机怠速抖动故障诊断

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发表于 2020-8-5 14:48:13 | 显示全部楼层 |阅读模式
2012 款大众辉腾车发动机怠速抖动
——中鑫之宝汽车服务有限公司 任贺新
故障现象 

一辆2012款大众辉腾车,搭载4.2 L V8发动机(采用“5气门”技术,即每个气缸均有2个排气门和3个进气门),累计行驶里程约为31万km。车主进厂报修发动机怠速抖动故障。维修技师用故障检测仪检测,发动机控制单元中没有存储故障代码;读取发动机失火数据,发现气缸7偶发失火;将气缸7的火花塞、点火线圈及喷油器与其他气缸对调,失火故障不转移;用气缸压力表测量气缸压力,气缸7的气缸压力约为8 bar(1 bar=100 kPa),其他气缸的气缸压力均在10 bar左右。维修技师怀疑气缸7存在机械故障,但无法准确判断故障点,拆解发动机的维修方案无法使客户信服,于是向笔者请求技术支持。


故障诊断 

接车后试车,用故障检测仪检测,发动机控制单元中确实无故障代码存储;读取怠速时的发动机失火数据,发现气缸7的失火数据在不断增加,由此确定气缸7工作不良。由于气缸压力表的管路中内置了单向阀,显示的数值是多个压缩行程的累计气缸压力,因此无法准确判断发动机的机械故障,于是笔者决定使用pico示波器和WPS500压力传感器对气缸7的气缸压力进行动态检测。


如图1所示,拆掉气缸上的火花塞,将压缩管的一端拧入火花塞安装孔,另一端连接至WPS500压力传感器;WPS500压力传感器把气压信号转换成电信号传输给pico示波器;pico示波器通过USB线连接至笔记本电脑,最终在电脑屏幕上显示气缸压力波形。注意:由于被测气缸的火花塞被拆掉了,因此被测气缸无法做功,为避免误会,可将做功行程称为释放行程。


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1 WPS500压力传感器的安装

首先测量起动时的气缸压力,脱开所有喷油器的导线连接器,起动发动机,此时所有气缸均不会做功,曲轴由起动机带着旋转。分析起动时气缸7的气缸压力波形(图2)可以发现以下3处异常。


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2 起动时气缸7的气缸压力波形(截屏)

(1)压缩上止点时的最高气缸压力为7.8 bar,正常应为12 bar左右。

(2)压缩行程的上升曲线和释放行程的下降曲线不对称,下降“斜坡”更陡,说明释放行程中气缸压力下降得很快。

(3)释放行程末段出现-600 mbar(1 mbar=0.1 kPa)的真空带,正常应为-300 mbar左右。


如图3所示,气缸在压缩行程和释放行程时,理论上进、排气门都是关闭的,燃烧室是一个封闭空间,只是活塞从下止点移动到上止点,随后又回到下止点。压缩行程开始时和释放行程结束时,活塞都在下止点位置,这2个位置对应的气缸压力是相同的,即P a=P b。如果燃烧室密封不严,活塞上行压缩时会漏气,导致最高压缩压力偏低;活塞下行释放时,由于气缸内的气体减少,压力会下降得更快,并且在释放行程末段形成较大的真空。因为活塞环和气缸壁的配合无法完全密封燃烧室,允许泄漏少量的气体,所以在释放行程都会出现一定的真空,但如果真空过大,说明燃烧室密封不严。


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3 气缸的压缩行程和释放行程

综上所述,推测气缸7的燃烧室密封不严。由于进、排气门实际是提前开启、滞后关闭的,为保证推理的严谨性,接下来测量怠速时气缸7的气缸压力波形(此时除了气缸7无法做功,其他气缸均能正常做功)。分析怠速的气缸压力波形,能够看到排气门的打开时刻和进气门的关闭时刻。每进行一个行程,曲轴旋转180°,活塞从一个止点移动到另一个止点,因此四行程发动机完成一个循环时,曲轴旋转720°。气门开闭时刻用活塞达到上止点或下止点前后的曲轴角度表示。图4中红色箭头所指位置是排气门打开时刻,为下止点前45°(180°-135°=45°)曲轴转角;绿色箭头所指位置是进气门关闭时刻,为下止点后60°(600°-540°=60°)曲轴转角。这2个角度与其他气缸的一致,由此推断气缸7的进、排气门的开闭时刻正常。


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4 怠速时气缸7的气缸压力波形(截屏)

根据发动机工作原理,当气缸位于压缩上止点时,进、排气门都是关闭的,燃烧室是封闭状态,此时从火花塞安装孔向燃烧室内注入烟雾,如果有烟雾泄漏出来,可根据冒烟的部位反推故障点。


拆下所有火花塞(便于接下来转动曲轴),找1根较长的直铁丝,将其插入气缸7的火花塞安装孔,直到顶住活塞顶;让另一名维修人员用工具转曲轴,当铁丝向上移动时,说明气缸7处于压缩行程或排气行程;若火花塞安装孔明显向外吹气,则说明气缸7处于压缩行程,这时慢慢转动曲轴,直到铁丝升到最高点,这样就找到了气缸7的压缩上止点。接着用烟雾测漏仪从气缸7的火花塞安装孔向气缸7内打烟雾,发现烟雾从气缸6的火花塞安装孔冒出(图5)。这是为什么呢?这款发动机的点火顺序为1-5-4-8-6-3-7-2,发动机做功循环示意如图6(在波形叠加工具WOT中输入发动机的点火顺序,自动生成发动机做功循环示意图)所示。


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5 烟雾从气缸6的火花塞安装孔冒出

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6 故障车的发动机做功循环示意

分析图6可知,当气缸7处于压缩上止点时,气缸6处于做功行程结束、排气行程即将开始的状态,此时气缸6的排气门是打开的(排气门提前打开)。假如气缸7的排气门关闭不严,气缸7中的烟雾会按照“气缸7排气门→气缸列2的排气支管→气缸6排气门→气缸6燃烧室”的顺序从气缸6的火花塞安装孔冒出。当然,此时气缸8和气缸4的排气门也是打开的,其中气缸4与气缸7不在同一列,可不予考虑。理论上烟雾也能从气缸8的火花塞安装孔冒出,但实际上烟雾会走捷径,具体从哪个气缸冒烟,取决于排气支管的结构。为进一步验证推测,装上气缸6的火花塞,烟雾从排气管尾喉处冒出来了,这说明气缸7的排气门确实关闭不严。


拆下发动机和变速器总成,拆下气缸列2的气缸盖,对气缸7的气门进行漏光测试,发现1个排气门明显透光(图7),说明该排气门和气门座贴合不严。进一步检查发现,该排气门与气门导管的间隙过大,发动机工作时气门锥面和气门座磨损不均匀,最终造成排气门密封不严。


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7 排气门密封不严
故障排除 

更换相应的排气门、气门导管及气门座后试车,发动机怠速工作平稳,故障排除。


故障总结 

诊断过程中,笔者还用气缸漏气量测量仪测量了气缸7的漏气量(图8),左侧压力值为5.7 bar时,右侧压力值为1.1 bar,漏气量(漏气量=泄漏压力/充注压力)达到了80%。由于这款发动机比较大,发动机室几乎被占满,很多部件都不方便拆(比如前氧传感器),实在不方便听漏气的声音,所以又改用烟雾测漏仪进行检测。

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8 测量气缸7的漏气量

任贺新,Tech Gear 汽车诊断学院优秀学员,现任中鑫之宝汽车服务有限公司技术经理;2013 年通过一汽大众技术培训师认证;2013 年获得奥迪十佳技术培训师荣誉称号;2017 年被聘为第三届汽车诊断师大赛星至宝赛区专家评委。


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