中鑫之宝汽车服务有限公司 任贺新

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。

故障现象一辆2010款奥迪A6L车，搭载BDW发动机，累计行驶里程约为17万km。车主最初进厂报修发动机冷机起动后怠速抖动，暖机后恢复正常。维修人员清洗气门积炭后试车，故障依旧。在进一步检查的过程中，有一次原地将发动机转速加速至3 000 r/min，观察发动机数据流，在松开加速踏板后，发动机突然开始抖动，自此故障从偶发变成了静态。用故障检测仪检测，提示气缸4失火；维修人员尝试对调点火线圈、火花塞及喷油器，仍是气缸4失火；用气缸压力表测量气缸压力，均为12 bar（1 bar=100 kPa）左右，正常。诊断至此，点火、喷油及气缸压力均未见异常，维修人员没有了诊断思路，于是向笔者请求支援。

故障诊断接车后试车，起动发动机，待发动机冷却液温度升高至正常范围，关闭空调及其他用电器。用故障检测仪读取怠速时的发动机数据流（图1），发现气缸4的失火次数在持续增加，且进气歧管绝对压力在570 mbar（1 mbar=0.1 kPa）左右不断变化，异常；将发动机加速至3 000 r/min并保持，进气歧管绝对压力约为340 mbar，恢复正常。

将真空表连接至节气门后方的进气歧管上，测量真空度（进气歧管真空度=大气压力-进气歧管绝对压力）的结果如下。

图1 故障车怠速时的发动机数据流（截屏）

（1）发动机怠速时，真空表指针在45 kPa～47 kPa来回摆动。

（2）将发动机转速加速至3 000 r/min并保持，真空表指针稳定在67 kPa。

正常情况下，发动机怠速时，进气歧管真空度应处于57 kPa～72 kPa，且真空表指针稳定，而该车发动机怠速时的进气歧管真空度明显不足，且真空表指针来回摆动。要想找到进气歧管真空度不足的原因，首先要弄明白进气歧管为什么是真空状态。如图2所示，当气缸处于进气冲程时，进气门打开将进气歧管与燃烧室相通，同时活塞从上止点向下止点方向移动，燃烧室容积增大产生真空吸力，从而使空气通过打开的进气门吸入燃烧室内。当气缸处于其他冲程时，进气门关闭，进气歧管不与燃烧室相通，燃烧室内的压力对进气歧管压力没有影响。发动机处

如果进气歧管漏气，怠速时真空表的指针不会摆动，而且这款车的进气管结构很简单，用化清剂喷了一遍，没有发现漏气部位。如果三元催化转化器堵塞，发动机转速在3 000 r/min时进气压力偏高，而不是怠速时进气压力高。如果配气正时错位，故障现象不会是单缸失火，而是多缸失火故障，况且急加速时真空表指示正常。这款车是液压挺柱，无需调节气门间隙。分析至此，推断该车的故障原因可能是进气门密封不严。

图2 进气歧管真空度的形成

拆下气缸4的火花塞，旋转曲轴，直至气缸4的活塞处于压缩上止点位置，然后连接漏气量测量仪，通过气缸4的火花塞孔向燃烧室内打气。观察漏气量测量仪指示，2个压力表数值几乎一致（图3），说明气缸4处于压缩上止点位置时，燃烧室密封良好，不存在漏气现象。维修人员之前用气缸压力表测量过气缸压力，且未见异常，考虑到气缸压力表管路中内置单向阀，测量的是累积压力，并不能精确反映于怠速工况时，一方面节气门开度很小，阻碍空气进入进气歧管，另一方面气缸轮流从进气歧管吸气，因此进气歧管是真空状态。从微观角度看，进气歧管的真空是气缸轮流吸气造成的，真空度应处于波动状态，从宏观角度看，由于发动机运转速度很快，真空度又处于相对稳定的状态。进气歧管真空度不足常见的原因有：进气歧管漏气（外部空气进入进气歧管）；三元催化转化器堵塞；配气正时错位；进气门密封不严，当气缸处于压缩或做功冲程时，燃烧室内的高压气体通过进气门泄漏到进气歧管内；进气门间隙不正确。出发动机的机械故障，于是决定用气缸压力传感器精准测量气缸每个冲程的压力。

图3 用漏气量测量仪测量气缸4的密封性

连接气缸压力传感器和示波器（图4），测量起动时气缸4的压力（图5），可知起动时的最高气缸压力约为10.6 bar，最低气缸压力约为-300 mbar，与其他气缸进行对比，气缸压力基本一致。随后测量怠速时气缸4的压力（图6），分析可知以下信息。

（1）怠速时气缸4的最高压力约为3 bar，测量其他气缸，最高气缸压力约为7 bar。

图4 气缸压力传感器和示波器的连接方式

（2）红色箭头所指位置代表排气门打开时刻，约为排气冲程下止点前33°曲轴转角。绿色箭头所指位置代表进气门关闭时刻，约为进气冲程下止点后60°曲轴转角。与其他气缸进行对比，排气门打开时刻和进气门关闭时刻均一致，说明配气正时正常。

（3）正常情况下，红色箭头所指的释放冲程（由于是拆掉火花塞测量，被测量的气缸无法做功，因此把做功冲程称为释放冲程）真空带压力应该跟绿色箭头所指的进气冲程真空带压力基本一致，而该车释放冲程末段真空度更低，并且释放冲程压力下降斜坡比压缩冲程压力上升斜坡更陡，说明气缸密封不严，活塞压缩时漏气，活塞下行时气压加速下降且降到更低。

综上可知，由于压缩冲程气缸4内存在漏气，造成最高气缸压力只有3 bar。活塞位于压缩上止点时静态加压测试，不存在漏气现象。起动时气缸压力正常，也不存在漏气现象。为何偏偏在怠速时气缸漏气呢？此时怀疑故障与发动机转速有关，转速越快，故障现象越明显。于是测量急加速时的气缸压力，将发动机转速加速至3 600 r/min时，气缸4的最高压力约为13.6 bar（图7），而其他气缸的最高压力可以达到23 bar（图8）。分析配气机构，凸轮的轮廓形状决定了气门升程曲线，凸轮的桃尖可克服弹簧力开启气门，当凸轮转动到基圆部分时，通过气门弹簧力可关闭气门。假如弹簧的弹力不足，随着发动机转速升高，弹簧可能无法及时关闭气门，造成气缸漏气。结合进气歧管压力偏高现象，推测故障原因可能是进气门弹簧断裂。

图5 起动时气缸4的压力（截屏）

图6 怠速时气缸4的压力（截屏）

图7 将发动机转速加速至3 600 r/min时气缸4的压力（截屏）

图8 将发动机转速加速至3 600 r/min时气缸1的压力（截屏）

拆下气缸盖罩观察气门弹簧，没有发现断裂现象。用工具旋转曲轴，在凸轮桃尖压下和离开气门挺柱时，观察气缸4的所有气门弹簧，均能及时关闭气门。用自制的铁钩依次拉动气缸4的所有气门弹簧（图9），也未见异常。拆解气缸盖，发现气缸4的1个排气门弹簧断裂（图10）。

图9 用自制的铁钩拉动气门弹簧

图10 气缸4的1个排气门弹簧断裂

故障排除更换气缸4的排气门弹簧后装复试车，发动机冷机怠速运转正常；读取发动机数据流（图11），怠速时的进气歧管绝对压力约为370 mbar，且比较稳定；读取失火次数，均不存在失火。诊断至此，故障彻底排除。

图11 正常车怠速时的发动机数据流（截屏）

故障总结排气门弹簧断裂后弹力不足，用起动机带动发动机旋转时，由于转速较低，弹簧力勉强可以关闭排气门，所以测得的最高气缸压力正常，而发动机怠速及加速时转速相对较高，弹簧无法及时关闭排气门，因此测得的最高气缸压力偏低。发动机怠速时节气门开度较小，进气歧管处于真空状态，排气处于大气压力状态，气缸4开始进气冲程时，由于排气门关闭不严，排气管中的废气被抽入进气歧管，从而使动机怠速时的进气歧管压力偏高。当发动机转速为3 000 r/min时，节气门开度增大，进入进气歧管的空气增多，进气歧管绝对压力却比怠速时还低，这是因为发动机对进气歧管的抽气频率加快了，在节气门开度增大时也能维持进气歧管的真空度，此时排气门处轻微的漏气很难对进气歧管绝对压力造成影响。