发动机单缸失火故障的免拆诊断方法（一）

余姚东江名车专修厂 叶正祥

案例1、案例2视频讲解

案例3视频讲解

发动机失火（Misfire）俗称缺缸，是指因为某种原因造成发动机的某一个气缸或某几个气缸断续或连续的混合气燃烧不良或不能燃烧的现象。发动机失火会使发动机运转不平稳，其典型故障现象为发动机怠速抖动，同时还会使发动机动力性能、经济性能及排放性能变差。

发动机失火类型主要分为单缸失火和多缸失火。发动机正常工作的4大要素为良好的气缸压缩、充足的点火能量、合适空燃比的混合气及正确的点火和喷油时刻。单缸失火的原因仅限于失火气缸的正常工作条件不满足，如火花塞损坏、点火线圈工作不良、喷油器工作不良、气缸压力不足、液压挺柱工作不良及气门密封不严等，而多缸失火的原因通常与失火气缸的共用部分有关，如燃油压力不足、进气管路泄漏、空气流量传感器信号失真、正时链条拉长等。

发动机控制单元（ECM）利用曲轴转速波动法、离子电流法等对发动机失火进行监测，一旦发动机失火次数达到设定值，则存储相关的故障代码，如P0300（检测到发动机失火）、P0301（检测到气缸1失火）、P0302（检测到气缸2失火）等。在维修实践中，对于很多偶发性发动机单缸失火故障，虽然发动机已表现出明显的故障现象，但是ECM不会存储相关的故障代码，且失火数据也正常，此时通过故障检测仪无法得知哪一个气缸存在失火故障，这就加大了故障诊断的难度。下面结合故障案例与大家分享发动机单缸失火故障的免拆诊断方法，以期对大家有所启发。

案例1 2011款雪佛兰科鲁兹车怠速、加速均抖动

故障现象一辆2011款雪佛兰科鲁兹车，搭载2HO发动机，累计行驶里程约为11万km。车主反映，该车怠速、加速时均有抖动现象，且组合仪表上的发动机故障灯异常点亮。

故障诊断接车后试车，发现故障现象与车主所述一致。用故障检测仪检测，发动机控制单元中存储故障代码“P0301 检测到气缸1失火”；读取失火数据（图1），发现气缸1的失火次数高达255次，其他气缸均无失火记录。诊断至此可知，该车故障是由气缸1失火引起的，可能故障原因有：点火系统故障，如点火线圈、火花塞等故障；供油系统故障，如喷油器堵塞、泄漏等；气缸压力不足；气门关闭不良。

图1 故障车的失火数据（截屏）

本着由简入繁的原则，决定先检查点火系统。如图2和图3所示，虽然该车各气缸均为独立点火，但各气缸的点火线圈（不包括点火驱动器）集成一体，称为点火线圈模块。将探针连接在点火线圈模块导线连接器端子D上（图4），采集气缸1的点火线圈初级电压波形；将电流钳卡在气缸1的点火线圈控制线上，采集气缸1的点火线圈初级电流波形。最终采集的组合波形如图5所示（红色为初级电流波形，蓝色为初级电压波形）。分析图5可知，初级线圈充磁阶段出现异常，充磁时间较短，且初级线圈电流（1.8 A左右）过小，最终导致初级线圈中存储的能量较小，以致在点火瞬间（点火驱动器阻断初级线圈中的电流），次级线圈感应电压不足（点火能量不足），无法点燃混合气。诊断至此，怀疑ECM内部的点火驱动器有故障。

图2 点火线圈结构示意

图3 2011款雪佛兰科鲁兹车点火线圈控制电路

图4 连接探针

图5 故障车气缸1的点火线圈初级电压和初级电流波形（截屏）

图6 将探针连接在气缸1的点火驱动器控制端

图7 气缸1的点火驱动器控制端的触发信号（截屏）

拆下发动机控制单元外壳，从气缸1的点火驱动器控制端测量触发信号（图6和图7），得知触发信号的电压约为3.5 V，持续时间约为2 ms（即发动机控制单元要求初级线圈充磁的时间），正常，由此推断气缸1的点火驱动器损坏，无法为初级线圈正常充磁。

故障排除更换气缸1的点火驱动器（图8）后试车，发动机怠速、加速均不再抖动；再次测量气缸1的点火线圈初级电压和电流波形（图9，红色为初级电流波形，蓝色为初级电压波形），初级线圈充磁时间约为2.15 ms，初级线圈电流达到6.5 A左右，燃烧时间约为1.3 ms，均恢复正常，故障排除。

图8 更换气缸1的点火驱动器

图9 正常车气缸1的点火线圈初级电压和初级电流波形（截屏）

故障总结由于该车故障是持续存在的，且故障代码已明确指出失火气缸，因此在诊断时，只要对失火气缸的各项工作条件进行排查即可。另外，在已知失火气缸的情况下，可以采用调换火花塞、点火线圈、喷油器等部件的方法进行判断，但这仍具有一定的盲目性，不符合免拆诊断的维修理念，因此笔者不提倡采用调换部件的方法进行诊断。

案例2 2008款丰田卡罗拉GLX-i车发动机怠速偶尔抖动

故障现象一辆2008款丰田卡罗拉GLX-i车，搭载2ZR发动机，累计行驶里程约为14万km。车主反映，该车发动机怠速偶尔抖动，故障出现时，坐在驾驶室能明显感到车身振动，行驶中无明显异常。

故障诊断接车后试车，确认故障现象与车主所述一致。用故障检测仪检测，发动机控制单元中无故障代码存储；读取失火数据，也未见异常。分析故障现象，认为发动机怠速抖动是由单个气缸偶发失火引起的，推断可能故障原因有：点火系统故障；喷油系统故障；气门关闭不良。

本着由简入繁的原则，决定先检查点火系统。如图10所示，该车有4个独立的点火线圈（内部集成点火驱动器），点火线圈通过端子IGT接收来自发动机控制单元的点火触发信号，通过端子IGF向发动机控制单元发送点火反馈信号。

由于无法直接测量点火线圈初级或次级电压波形，因此采用独立点火探头（又叫COP探头，使用时将COP探头平放在点火线圈上方即可）间接测量点火线圈次级电压波形。点火线圈初级电流可从点火线圈供电线上测量。COP探头和电流钳的摆放位置如图11所示。

图10 2008款丰田卡罗拉GLX-i车点火线圈控制电路

图11 COP探头和电流钳的摆放位置

故障出现时依次测量4个点火线圈的次级电压波形和初级电流波形，发现气缸4的点火线圈初级电流波形（图12中红色波形）正常，但点火线圈次级电压波形（图12中蓝色波形）在充磁阶段正常，在点火阶段异常，没有燃烧线，由此说明点火初级电路正常，故障出在点火次级电路上，可能的故障原因有：点火线圈损坏；火花塞损坏。

拆检气缸4的火花塞，发现其中心电极损坏（图13），由此推断故障是由此引起的。

故障排除更换所有火花塞后试车，发动机运转平稳，抖动现象不再出现；再次测量气缸4的点火线圈初级电流波形和次级电压波形（图14中红色为初级电流波形，蓝色为次级电压波形，绿色是从点火线圈端子IGT上测得的点火触发波形），均正常，故障排除。

故障总结虽然该车故障是偶发性的，但是故障现象容易再现，即使不知道哪个气缸存在失火故障（笔者在诊断该车故障时，手上还没有压力脉动传感器，因此当时无法通过分析排气压力脉动波形判断失火气缸），但仍方便在故障状态下依次对各气缸的各项工作条件进行排查。

图12 故障车气缸4的点火线圈初级电流和次级电压波形（截屏）

图13 气缸4的火花塞中心电极损坏

图14 正常车气缸4的点火线圈初级电流、次级电压和点火触发波形（截屏）

案例3 2004款丰田佳美车发动机偶尔抖动

故障现象一辆2004款丰田佳美车，搭载2AZ发动机，累计行驶里程约为48.6万km。车主反映，该车发动机偶尔抖动，且故障频率较低，在路口等交通信号灯（挡位在前进挡）时故障比较容易出现。

故障诊断接车后试车，起动发动机，观察发动机怠速时的运转情况，故障未能再现；反复将换挡杆切换至前进挡，模拟路口等交通信号灯的工况，故障再现，但故障频率很低，发动机抖动一下就恢复正常。用故障检测仪检测，发动机控制单元中无故障代码存储；读取失火数据，也未见异常。

连接压力脉动传感器和COP探头，同时测量排气压力脉动和气缸1的点火线圈次级电压波形。反复试车，示波器捕捉到了故障出现时的异常排气压力脉动（图15，红色为排气压力脉动波形，绿色为气缸1的点火线圈次级电压波形），再结合气缸1的点火线圈次级电压波形进行分析（扫描案例讲解视频二维码，观看具体分析过程），推断异常的排气压力脉动是由气缸4失火引起的。

图15 故障出现时的排气压力脉动和气缸1的点火线圈次级电压波形（截屏）

本着由简入繁的原则，决定先检查点火系统。将COP探头从1缸点火线圈移至4缸点火线圈，反复试车，再次用示波器捕捉到了故障出现时的异常排气压力脉动。放大气缸4的点火线圈次级电压波形，排气压力脉动正常时气缸4的点火线圈次级电压波形如图16所示，排气压力脉动异常时气缸4的点火线圈次级电压波形如图17所示。对比可知，充磁阶段正常，点火阶段异常，没有燃烧线，由此推断故障出在点火次级电路上。拆检气缸4的火花塞，未见异常，由此推断气缸4的点火线圈损坏。

图16 排气脉动正常时气缸4的点火线圈次级电压波形（截屏）

图17 排气脉动异常时气缸4的点火线圈次级电压波形（截屏）

故障排除更换气缸4的点火线圈后试车，发动机抖动现象未再出现，故障排除。

故障总结对于无故障代码提示，且偶发性的发动机失火故障，通过分析排气压力脉动波形（用于判断失火现象）和点火波形（用于判缸）能够快速定位失火气缸，大大提高诊断效率。

（收稿日期：2019-08-26）

（未完待续）

专家点拨

发动机点火波形的测量方法及分析

戈华飞，Tech Gear 汽车诊断学院创始人，上海市汽车维修行业协会专家委员会专家，上海交通台疑难故障现场解答专家，现任德系某知名豪华汽车公司中国区技术支持工程师，曾任美国克莱斯勒汽车有限公司中国区高级技术支持工程师，通过了美国ASE 汽车维修技师任职资格考试，获得了德国TüV 技术检验协会“HVE 高压电维修专家”资质。

常见的发动机点火系统控制电路主要由发动机控制单元、点火线圈、火花塞及相关线路组成。若点火线圈直接安装在火花塞上，则称为COP点火线圈。COP为英文Coil-On-Plug的简称，译为“线圈在火花塞上”。

点火驱动器负责接通和切断点火线圈初级线圈回路，接通初级线圈时为初级线圈充磁，切断初级线圈时使次级线圈产生高压，进行点火。点火驱动器可集成在发动机控制单元中，也可集成在点火线圈中。如图18所示，点火驱动器集成在发动机控制单元中，此时从A处可以测得点火线圈初级电压和电流波形（图19，蓝色为初级电压波形，红色为初级电流波形）；如图20所示，点火驱动器集成在点火线圈中，此时从B处可以测得点火触发（即充磁控制信号）波形（图21），从C处可以测得点火线圈初级电流波形。由于COP点火线圈没有分缸线，因此无法直接测量点火线圈次级电压波形，但可通过COP探头从点火线圈上方进行间接测量，测得的初级电压波形与次级电压波形相似（图22）。

图18 点火驱动器集成在发动机控制单元中的控制电路

图19 点火线圈初级电压和电流波形（截屏）

图20 点火驱动器集成在点火线圈中的控制电路

图21 点火触发波形（截屏）

图22 初级电压波形与次级电压波形对比（截屏）

图23 初级电压波形分析（截屏）

点火线圈初级电压波形的含义如图23所示。通常充磁时间为1.4 ms～4.0 ms，燃烧时间为1.3 ms～2.0 ms，点火线圈初级电流为6.5 A～9.0 A。由于点火时刻发生在压缩上止点附近，因此点火波形除了用于分析点火系统故障外，在分析组合波形时，经常被用来判缸。

通过点火波形不仅能够了解到点火线圈本身的工作状况，还能了解到气缸内混合气的燃烧情况。在实际故障诊断过程中，对于点火波形的学习与分析，不需要深究混合气浓度、气缸压力等影响因素，而是更注重点火线圈本身，即初级控制端和次级执行端。当点火系统出现故障时，维修人员要学会通过分析点火波形来判断故障点是在点火线圈初级控制端还是在次级执行端，从而提高诊断效率。