发动机失火原理及排查研究

黄振华 梁称邦 冯宁

上汽通用五菱汽车股份有限公司 广西柳州市 545007

1 失火定义

发动机失火，是指发动机一个或者多个气缸不做功或者做功不足，也就是我们经常说的发动机缺缸。发动机失火后，ECU 根据其逻辑控制，发动机故障灯可能会亮起，伴随整车抖动，并出于保护三元催化器，极有可能进入动力不足、加速无力的跛行模式。部分情况下，熄火拔掉重装蓄电池负极或者一定周期后，发动机自行恢复动力，但通过OBD 诊断仍可看到其历史故障。

2 失火检测原理

失火检测是通过曲轴位置传感器精确感知来自曲轴飞轮信号盘的发动机转速波动，以便快速判断发动机是否出现失火。当发动机发生失火时，发动机转速及扭矩均会突然下降，发动机曲轴上飞轮信号齿加速度发生变化。因此可以用齿加速度的变化做为判断发动机失火依据。

精确检测失火是比较困难的，因为运转过程中发动机并不是一直稳定在某个转速，即使是稳态工作过程中，转速会在一定范围内波动，比如怠速时其范围可能是±30rpm，发动机本身并没有失火。

另外，失火仅使间隔延长0.2% 左右，ECU 需要根据实际情况采取多种措施防止误判。

3 失火检测区域

（1）在扭矩输出的工作范围内理论上都应检测；

（2）在高转速低负荷区域可以关闭失火检测。此区域根据指定方法确定失火：在进气压力与转速确定的坐标系上，过断油转速的点，对应歧管压力加上133mPa处对应的点，与3000r/min 零扭矩的点做一直线，此线下方不检测。

（3）是否进行失火检测，在坏路、换挡、启动、倒拖滑行、急加速等转速变化大的工况时，如无法辨别失火与其它因素的影响，会中断失火检测系统。坏路的识别主要依靠整车的轮速传感器。车辆坏路且轮速传感器正常工作时，不会进行失火检测。如轮速传感器失效，控制系统未能识别，有可能导致发动机失火故障的误报，进而导致车辆极有可能进入跛行模式。

4 失火率与故障灯关系

出于对三元催化器保护及满足排放法规要求，不同失火率，发动机故障灯反应为闪烁或者常亮，见表1。

表1 失火率与发动机故障灯关系

失火发生时，未燃烧的混合气会在催化器中燃烧，加速催化器涂层老化，甚至损坏催化器。一般催化器载体可接受温度范围为900 到1000℃。

在高转速高负荷区域，发动机排气温度较高，三催温度可能在很短时间内达到临界值（≈1s），因此法规要求在曲轴转200 圈内就要将故障检测出来，相当于6000rpm 时约2 秒内完成检测是合理的。

发动机故障灯常见的失火故障码及其解析见表2。

表2 失火故障码

对于某缸失火故障判断，ECU 通过凸轮轴信号盘与曲轴信号盘的正时对应关系，可以判断具体哪一缸失火，见图1。

5 发动机失火故障树及排查步骤

可能导致失火的原因很多，主要分为点火系统故障、供油系统故障、进气系统故障、发动机缸压不足等，见图2。

图2 失火故障树

点火系统故障，主要检查火花塞型号、间隙是否正常，如果都正常，可以进行跳火试验，确认是否有火花，在设计上应尽量避免点火系统尤其是点火线圈进水，可通过将点火线圈适当高度的凸台避免涉水时大量进水，见图3。

图3 凸轮轴罩盖凸台

供油系统故障，可以通过油压表检查供油压力，喷油器是否喷油及其雾化是否正常。检测过程中注意各缸喷油量及雾化是否相差不多。燃油品质也需要关注，劣质汽油极有可能导致喷油器堵塞。对于多缸失火且报燃油泵继电器开路或者短路问题，可以直接检查燃油泵继电器是否接触良好或者已经出现烧毁，见图4。因燃油泵继电器接触不良后，各缸均随机性无燃油进入，导致无法燃烧。

图4 燃油泵继电器烧毁图片

进气系统故障，主要检查是否漏气。进气歧管一般与真空助力管路、PCV 管路、空滤等有接口。检车过程中，注意进气歧管及管路等是否出现破损或者堵塞，见图5。因未计量在内的气体进入，导致燃烧时空燃比偏大，过稀导致无法燃烧。

图5 进气歧管破损

对于碳罐冲洗问题，可以检查碳罐电磁阀是否失效。在设计上，尽量将碳罐脱附管接口在进气歧管入口处，即节流阀体后，避免各缸油气不均导致失火。如某厂家的设计就避免出现油气不均问题，见图6。

图6 脱附接口

在某机型试验中发现转速波动极大，通过数据流检查，失火次数极高，接近报警值。经检查发现，空燃比波动幅度大，且均为碳罐冲洗时，其转速相比不冲洗时波动大很多。经校核，脱附接口在4 缸附近，小进气流量时，进气对碳罐油气冲击较弱，碳罐可扩散至1、2 缸，整体冲洗问题不大。但是较大的进气流量时，油气无法扩散，基本上进入4 缸，导致4 缸油气很浓，另外3 个缸混合气极稀，引发失火。将碳罐脱附管接口改到进气歧管入口处节流阀体后，从试验数据检查发现，其转速波动幅度相比之前小很多，见图7。

图7 脱附接口变更后数据对比

发动机缸压不足，可能原因为活塞损坏、气门密封（包括气门自身损坏、关闭不严及正时系统故障）、燃烧室出现裂纹。以上故障可以通过内窥镜检查发现，见图8。或者通过检测发动机缸压发现。一般自吸缸压约为10bar 左右，低于6bar 时说明缸压明显不足，当然具体缸压值以厂家推荐值为准。

图8 使用内窥镜检查气门

6 结语

随着排放法规的越加严格，对于发动机故障的诊断要求越来越高。本文探讨发动机失火检测原理和检测区域，并就失火率与故障灯关系及其对应故障码进行列举。针对发动机失火，实际如何检查，及设计中如何规避失火都有简单说明。