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斯巴鲁平4端口及直喷,非涡轮增压|气缸失火

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发表于 2016-1-29 14:05:58 | 显示全部楼层 |阅读模式
车辆详细信息:斯巴鲁 平4 端口及直喷,非涡轮增压
年份:2012
症状:发动机失火(间歇性的)
      故障指示灯亮
      P0302
作者:Steve Smith | Pico Technology

失火在什么时候不是真正的失火?

一如以往,这辆车的维修历史是非常重要的,所以通过与客户的交流证实了起动和驾驶性能是正常的没有任何损失,但是也让我们得知这辆车的2号气缸火花塞、点火线圈、以及直喷系统在另一家维修厂被更换过!客户强调 警示灯只有当发动机在正常的操作温度下以较低的路面速度行驶时才会点亮。

通过基本的观察能够证明软管、线束、连接、燃油品质或油位高低是没有问题的。

看一下带有故障码P0302的帧数据,根据发热的发动机引擎、较低的路面速度、以及2号气缸失火44次,这都证明客户说的的确是对的!
帧数据如下
车速
1
MPH
发动机转速
865
rpm
计算负荷
23.1
%
MAF
2.87
gm/sec
冷却液温度
88
C
气缸 #2 失火次数
44


我们试图在车间里重现故障码同时观察实时数据,这辆车证明了以上的失火次数!然而,除了这种发动机在650rpm时的怠速特点以外,发动机怠速质量没有受到影响。通过一个外在表现来揭示自身的需求是一个多么美好的事情!

因为这是一个很好的机会因此不能错过进行4缸分析测试,同时监测发动机实时数据并确保失火次数是正确的。我们的结果很奇怪,因为不管是怠速还是在2500rpm时所有的排放数据都是正确的,没有误差的。记录的2号气缸的失火次数为20次,怠速时的实时数据是HC为12PPM,CO为0.005%,CO2为14.44%以及O2为0.4%!这里值得注意的一点是当发动机速度增加至150rpm以上怠速时,2号气缸的失火次数下降至0(返回怠速后,失火次数又开始增加)。

失火次数超过20的怠速排放
CO
% vol:
------
0.300
0.005
Ok
CO2
% vol:
------
------
14.44
------
COc
% vol:
------
------
0.01
------
HC
ppm vol:
------
------
12
------
O2
% vol:
------
------
0.42
------
LAMBDA
:
0.970
1.030
1.020
Ok

指示表示2号气缸失火的怠速实时数据
车速
0
MPH
发动机转速
652
rpm
计算负荷
27.8
%
MAF
2.41
gm/sec
冷却液温度
89
C
气缸 #2 失火次数
20

节气门传感器位置
1.9
%

在这一阶段,只有当温度适合、失火不明显、在怠速时失火次数下降至0以及有很好的排放时,失火故障码和失火次数才能持续返回2号气缸!仔细观察实时数据,关于失火的进一步证据似乎脱颖而出,O2信号值、燃油修正、高油压, MAP、MAF,以及等待故障码都显示正常,这使我放弃了可能是燃油或点火的问题。

在这里我们似乎拥有一个只有PCM可以探测到的失火,而且对发动机的运行条件没有任何影响。知道故障码P0302代表气缸失火,我们需要知道PCM是怎样计算这个信息来得出存在失火这个结论的。通过PCM监控曲轴转速的变化并且结合凸轮轴位置传感器的变化来辨识受到冲击的气缸来进行计算。

我们无法100%的确认有故障的气缸是2号气缸!我们的技术数据表明2号气缸位于车辆右后方,然而我们的布线图表示其位于左前方,那么我们怎样证明PCM控制的气缸为2号气缸?我忽然想到可能是以前的修理厂将正确的气缸装到了错误的地方!

使用解码器的“气缸切断”特点以及将我们的COP探头置于直喷和点火器的顶端,随着PCM转换这些零部件的ON-OFF开关我们能够监测信号。在这里我们发现了确凿的证据能够证明2号气缸实际位于车辆左前方并且气缸添加了新的零部件。

解码器的气缸切断特点因为每一个“气缸切断”在发动机速度上返回了相同的落差被证明是不确定的。PicoDiagnostics被用于进行一个非侵入式的压缩测试。最后我们的第一个突破证明了东西是错误的!有这样一种说法是“保持简单,傻瓜化”,这是真的吗?或许有人会说 这个测试为什么不在开始的时候进行呢,我是同意这种说法的,但是我们除了一个故障码和一个数据列表统计外并没有失火的症状。
no-injectortest.jpg
             NO2直喷非侵入式测试
no-ingnitertest.jpg
              NO2点火非侵入式测试
3.png
                                   压缩测试

这里我们确认4个气缸中有一个有潜在的压缩问题。请注意结果似乎显示出了一个气缸压缩减少了大概50%。这是一个相对压缩试验,4个气缸进行相互比较。我的第一个想法是一个气缸压缩量减少了50%一定会有更多的症状显示出来,但是我们必须记住这里的发动机速度为200RPM(起动速度)。其中一个症状强调发动机低速下的失火次数,怠速增加后失火次数变为0.

所以我们现在想对压缩进行更深的探索,并且下一步当然会考虑“气缸遭受了怎样的压缩损失?”

这里我们选择了使用Pico示波器和COP探头进行起动电流测试。将COP探头置于我们确认的2号气缸点火装置上。使用另一个非侵入式简单测试来提供证据,这会使我们坚定信心并且形成一个组合基础呈现给客户,因为从这里开始会非常昂贵!

4.png

以上波形提供了确凿的证据证明不仅起动时有压缩损失而且我们发现2号气缸是故障缸!

在我们进行压缩测试和拆除发动机以前我们必须找到压缩损失产生的地方!这里应用了两个WPS500X压力传感器,一个安放在排气歧管一个安放在进气歧管中,同时COP探头置于2号点火器上面,为了得到相关的点火波形次序。随着发动机怠速这显示了一个真正需要关注的区域和另一个需要排除的区域!通过排气进行的脉冲测试确认了没有过多的峰值,所以现在至少可以被忽略。然而通过进气歧管得到的进气脉冲显示了一个当拆除发动机进行检查时需要关注的区域(见下文)。

5.png

每4个进气歧管脉冲峰之间都被证明是很低的,这再一次联想到了2号气缸。通过校正2号气缸的点火装置,我们可以定位故障进气脉冲为可怀疑进气脉冲,其发生在2号气缸点火之前。这次使用两个WPS500X压力传感器通过进气歧管和油尺管再次进行进一步的测试。油尺管脉冲在曲轴箱压力过高的情况下都确认是没有问题的,因此活塞和活塞环的效果看起来不错。

6.png

总的来说,这里值得一提的是以上测试都是非侵入式的,除了移除了 一个进气歧管软管,然而,我们可以推断出2号气缸有一个压缩问题并且似乎是与进气冲程有关。同样我们也能够确认哪些区域不是我们所关注的区域,比如燃油、H.T、活塞密封气缸以及排气阀密封效率。

现在我们有信心,并且更重要的是在一个多小时内删除这辆车上的LH火花塞的证据绝非易事,这强调了非侵入性测试的价值。

将WPS500X压力传感器安放在左后方(NSR)气缸中,起动和运行发动机得到波形,将波形保存,并与相同条件下的左前方2号气缸(NSF)的波形进行比较。

7.png

在这里我们能够看到与NSR气缸(浅蓝色)已有的参考波形相比,NSF气缸(2号深蓝色)减少的峰值压缩压力。与NSR的峰值压缩达到12.75bar相比,2号气缸的峰值压缩达到了9.77bar,通过我们早期的相对压缩试验表明具有2.98bar的差别。使用PicoScope Beta软件的标记功能,我们能够标记出曲轴在0度(TDC)到720度(TDC)的旋转,并且能够将这段距根据四个冲程等分为4个阶段,使我们能够区分出发动机的四冲程循环。

将2号气缸进气冲程波形与参考波形相比,”波形”的缺失就变得很明显。

8.png

我们经常需要在已知良好的信号中寻找不同或异常,在这里我们能够从排气冲程中的两个气缸看到良好的波形,这表明了具有良好的空气动力学性能,但是在2号气缸进气冲程中有一个明确的减少气流的湍流。与参考波形和峰值真空的减少相比,我们能够识别2号气缸进气阀门的提前和延迟开放,这都与下面显示的条件相关。

以上发动机根据负载改变了气门正时。在起动和怠速过程中,消除气门叠开来提高怠速品质。

这一阶段就到这了,因为发动机安装后就不能在进行进一步的试验了。我们已经得到足够的证据来向客户证明我们现在正在了解一个关于力学性能的故障。随后我们被允许拆卸发动机,最后发现2号气缸的进气阀阀门间隙为0.03mm0mm。这确认了在加热时失火症状明显,并且随着阀门泄露为什么在发动机低速时失火更加明显。随着发动机转速增加,动力和增加的压力会掩盖失火(在150rpm以上怠速,不会发生失火,但有50%的失火发生在200rpm的压缩测试中)。回顾进行的测试,进气阀门没有固定完全,因为使用气缸切断或排放方法没有检测到任何失火,所以PCM已经通过曲轴转速识别到异常,就像做相对压缩测试一样。发动机已经被重新安装进一个进气阀门间隙为0.12mm的阀门,所有都是完好的,没有失火故障码或失火次数显示。

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