马自达CX-5发动机怠速抖动检修

检修描述：一辆行驶里程超25.2万km、搭载PY型2.5L发动机的2014款长安福特马自达CX-5。该车进店保养时，维修技师检查发现，无论是冷车还是热车发动机在怠速状态下都会抖动，但行驶过程中没有明显异常，且仪表台上没有故障灯点亮。据车主反映，该车平时都是车主自己在开，并未觉察到任何异常，也从未进行过发动机解体维修。

故障检测：连接诊断仪进行检测，在发动机控制单元中存储有故障码P0304一检测到汽缸4失火（图1），读取发动机关键数据流，发现除4缸处于持续失火状态外，其余数据都在正常范围内（图2）。

维修技师尝试倒换了4缸的火花塞和点火线圈，但故障位置没有发生转移。原本想继续倒换喷油嘴，由于此车采用缸内直喷技术，喷油嘴安装在进气歧管下方，考虑到拆装的工作量较大，所以只好暂时作罢。

笔者了解到该车的故障现象和诊断过程后，决定先测量汽缸压力，以此分析机械方面是否存在故障。检查发动机机械故障的传统方法是用缸压表测量汽缸的压缩压力，其优点是操作便捷，但存在两个明显的缺陷：一是，缸压表内置了单向阀，测量结果是多个压缩冲程的累计压力；二是，车用发动机有进气、压缩、做功、排气四个冲程，缸压表测量的只是压缩终了时的缸内压力，而无法反映每个冲程的工作状况。

因此，为了更精确地进行检测和分析，笔者使用了Pico公司的WPS500缸压传感器。缸压传感器是一款具有高精度、超快响应速度以及大量程的“电子缸压表”，且能与示波器配合使用，以波形的形式展示发动机各冲程的缸内压力变化情况。按照图3所示的连接方法将缸压传感器与故障车发动机及示波器连接起来。

缸压传感器的使用方法与汽缸压力表类似，只是缸压传感器能把汽缸压力转换成电压信号传输给示波器，最终通过笔记本电脑的屏幕以波形的形式展现出来。故障车发动机第4缸的压力波形如图4所示。需要注意的是：由于检测时拆掉了火花塞，汽缸无法做功，因此将做功冲程称为释放冲程。

从图4所示的汽缸压力波形图可以看出，故障车4缸压缩冲程的最高压力为12.05bar（1 bar= 100kPa），释放冲程末端最低压力为一382mbar。单从波形来看，未发现异常。笔者又依次测量了其余汽缸的启动缸压，并将数据汇总如图5所示。

从图5可以看出，故障车发动机4缸的最高压缩压力偏低，相比于其它汽缸至少低1 bar左右。根据以往的经验，出现这种情况的常见原因是汽缸密封不严。另外，令人费解的是4缸释放冲程的最低负压并不大。

检测发动机汽缸密封性最好用的设备莫过于汽缸漏气量测量仪（图6）。

它能够快速、准确地诊断汽缸密封性问题，即便是轻微泄露也能检测出来。独特的双压力表设计可计算燃烧室的泄漏率，不仅如此，根据漏气声的位置还能免拆判断燃烧室的泄漏点。

拆除所有汽缸的火花塞后，将4缸置于压缩上止点位置，这样可确保4缸的进、排气门关闭，燃烧室处于密封状态，用适配接头将汽缸漏气量测量仪连接至4缸的火花塞孔。经过加压测试后，发现故障车发动机4缸确实存在明显的泄漏（图7）。

漏气率达到77%（97-22=75，75/97≈77%）。经过检查发现故障车发动机2缸的火花塞孔向外吹气，这是为什么？

当4缸位于压缩上止点时，根据点火顺序可推算1-4缸的工作状态如图8所示。

2缸处于进气下止点位置，进气门处于打开状态（气门早开迟闭），因此，可以假设是4缸的进气门关闭不严，气流窜入进气歧管，再从打开的进气门窜入2缸，这样就会从2缸的火花塞孔向外吹气。为验证这一假设，装好2缸的火花塞，此时从节气门处可感受到明显的气流，说明4缸的进气门确实存在关闭不严的情况。

导致气门关闭不严的可能原因主要有：气门间隙过小；气门锥面和气门座圈密封不良。具体到故障车会是哪种原因呢？考虑到有些故障非常隐蔽，解体后很难找到故障点，因此必须把拆解前的诊断工作做扎实。

拆下汽缸盖罩和进气歧管，再次进行泄漏测试，4缸进气门处依然漏气，此时可以定位究竟是哪一个进气门漏气。随后松开2-4缸的凸轮轴瓦盖，用螺丝刀向上撬凸轮轴，让4缸的进气凸轮离开摇臂，漏气表的指针瞬间回转至 70kPa的位置，同时听见漏气声音明显减小。这说明该车气门关闭不严与气门间隙有关。

该车采用液压挺杆，可以自动调整气门间隙，气门间隙怎么会不正常？分解发动机，仔细检查汽缸盖，发现漏气的那个进气门从燃烧室的角度看存在明显下陷的情况（图9），气门杆部明显比其他的高，导致气门向上移动，气门和凸轮之间的间隙过小，气门关闭不严。

故障排除：拆下进气门，发现故障进气门的锥面明显下移动，气门头已经磨损成刀刃状（图10）。更换该进气门及气门座后试车，该车发动机怠速抖动现象消失，故障被彻底排除。

维修小结：在本案例中，维修前用真空表测量了进气歧管的真空度，具体情况如下：

1．热车怠速时，进气歧管真空度约为67kPa（正常范围是57～72kPa），指针抖动，偶尔会上升到约57kPa。拔掉1-3缸任意一个点火线圈，指针上升到大约60kPa，但拔掉4缸点火线圈，指针位置基本不变。

2．原地踩油门踏板将发动机转速保持在3000r/min时，真空度约为70kPa，且指针非常稳定。

3．原地将油门踏板踩到底后突然松开，让发动机转速猛地升高至3 000～4000r/min，再突然回落下来，真空表指针随着转速迅速升高至接近0，再突然回落到大约80kPa。

检测怠速真空度时，真空表指针在正常范围内，且出现有规律的小幅抖动，因此可以把故障点锁定在单个汽缸，通过拔点火线圈后真空度下降的幅度，基本可以推断是4缸有问题，而且可以排除拉缸故障。

发动机转速3000r/min时真空度的测量结果正常，因此可以排除气门弹簧问题。急加速时的真空度测量结果也正常，因此可以排除点火问题，且能判断出发动机密封性良好。此时，只剩下喷油嘴和气门的状态无法判断了。其实，如果仔细观察，发现进气歧管有回火现象（回火时，真空表指针回转至57kPa），就基本能确定是进气门密封不严的问题了。

确定进气门漏气以后，尝试通过压力脉动进行进一步的检查，于是分别测量了怠速和启动工况下进扫汽的压力脉动，但经过综合分析，发现怠速时的压力脉动没什么价值，因此在这里只向大家分享启动工况的压力脉动。

检测过程终，非常幸运地捕捉到一次回火波形。通过示波器的相位标尺功能，发现故障车发动机4缸在压缩时出现了回火迹象（图11），从而锁定故障点就在4缸的进气门上。

从图12所示的启动时进气和排气压力脉动波形图可以看出，故障车2缸的进气压力脉动偏小，且此时4缸正好处于压缩行程，因此推测是4缸压缩时进气门漏气至进气歧管，造成2缸的进气压力脉动偏小。至于4缸排气脉冲偏大的具体原因不得而知，但通过对比排气脉冲，依然能判断出故障车发动机4缸工作不正常。