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。

图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。

图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Pa=Pb。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。

图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。

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。

图4 怠速时气缸7的气缸压力波形（截屏）

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。

图5 烟雾从气缸6的火花塞安装孔冒出

图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。

图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。

图8 测量气缸7的漏气量