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發(fā)動機(jī)失火實例分析

文檔作者：李林斌1 鞏書財1 王超1 尹建東1 沈源1 王瑞平1’2 文檔來源： 1．浙江吉利羅佑發(fā)動機(jī)有限公司 2．寧波吉利羅佑發(fā)動機(jī)零部件有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年05月09日
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第1期
2017年2月
內(nèi)燃機(jī)
Internal Combustion Engines
No．1
Feb．2017
發(fā)動機(jī)失火實例分析
李林斌1，鞏書財1。王超1，尹建東1，沈源1，王瑞平1’2
(1．浙江吉利羅佑發(fā)動機(jī)有限公司，浙江寧波315800；
2．寧波吉利羅佑發(fā)動機(jī)零部件有限公司，浙江寧波315000)
摘要：失火是發(fā)動機(jī)常見的故障，當(dāng)發(fā)動機(jī)發(fā)生失火時不但使發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和動力性下降，同時發(fā)動機(jī)的排放也大大惡
化，尤其以HC排放增多最為明顯。此外更為嚴(yán)重的是由失火引起的后燃會導(dǎo)致三元催化器溫度過高而燒毀，進(jìn)入排氣管
中未充分燃燒的油氣混合物吸附在催化器和氧傳感器上使之中毒而失效，對發(fā)動機(jī)造成巨大傷害。因此如何及時的找出發(fā)
動機(jī)失火的原因?qū)τ诮档桶l(fā)動機(jī)的損傷至關(guān)重要，我們結(jié)合實例分析了發(fā)動機(jī)失火的主要原因。
關(guān)鍵詞：失火；后燃；點火線圈；點火能量
中圖分類號：TK407 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1000—6494(2017)01—0059—04
Misfire Analysis for an Engine
LI Linbinl，GONG Shucail，WANG Cha01，YIN Jiandon91，SHEN Yuan‘，WANG Ruipin91
T2
(1．Ningbo Geely Royal Engine Components Co．，Ltd．，Ningbo 315000；
2．Zhejiang Geely Royal Engine Co．Ltd．，Ningbo 3 15800)
Abstract：Misfire is a common failure problem of engine．When engine occurs misfire problem，it not only reduces the economy and
performance，but also makes emission more badly，especially the increase of HC emission is very obvious．In addition，the more serious
one is the post-combustion caused by misfire would lead the three-way catalytic converter to burne up because of high temperature，the
fuel and gas mixture which are not fully burned to enter into the exhaust pipe is adsorbed on the catalyst and oxygen sensor then poisons
them,it will cause a big damage to the engine．Therefore，how to timely find out the reason of engine misfire is very important to reduce
the damage to engine．This paper analyzes main reasons for engine misfire with the practical case．
Keywords：misfire；post—combustion；ignition coil；ignition energy
0前言
點燃式內(nèi)燃機(jī)失火是由于點火系統(tǒng)出現(xiàn)故
障，發(fā)動機(jī)溫度過低，供油量不適合，混合氣混合
不良，火花塞積碳等原因所造成的氣缸內(nèi)混合氣未
燃現(xiàn)象”’。
失火是多缸發(fā)動機(jī)常見的一種故障模式。隨
著排放法規(guī)日益嚴(yán)格，在車輛上安裝OBD(On
Board Diagnotics車載自動診斷系統(tǒng))已成必然。
OBD系統(tǒng)要求檢測任何一個與排放有關(guān)的部件或
系統(tǒng)，對發(fā)動機(jī)失火進(jìn)行檢測是OBD系統(tǒng)的核心
內(nèi)容之一p1。發(fā)動機(jī)發(fā)生失火時，排氣溫度高，運
轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，造成三元催化器、氧傳感器的高溫老
化，同時大量未充分燃燒的油氣混合物吸附在催化
器和氧傳感器上使其中毒而失效。如果失火率太
高，則會使車輛出現(xiàn)嚴(yán)重的動力不足或直接導(dǎo)致發(fā)
收稿日期：2016—07—21
動機(jī)無法啟動。此外失火會使發(fā)動機(jī)產(chǎn)生嚴(yán)重的積
碳，對發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放產(chǎn)生嚴(yán)重的
影響，對噴油器、火花塞的性能及壽命造成損傷。
為此如何迅速判斷發(fā)動機(jī)失火，及當(dāng)發(fā)動機(jī)發(fā)生失
火時如何盡快地找到失火的原因至關(guān)重要。
檢測發(fā)動機(jī)失火的方法有很多種。綜合國內(nèi)
外情況，目前失火的檢測方法主要有如下幾種口1：
缸內(nèi)壓力法、曲軸轉(zhuǎn)速波動法、點火電壓波形法、
EGO(Exhaust Gas Oxygen；廢氣氧氣)傳感器法和
離子電流檢測法等州。我們采用缸內(nèi)壓力法來判
定，通過給發(fā)動機(jī)裝上缸壓傳感器和燃燒分析儀，
監(jiān)控發(fā)動機(jī)實時的缸壓曲線可以很直觀地判斷某一
氣缸是否發(fā)生失火。
導(dǎo)致發(fā)動機(jī)失火的原因多種多樣，包含和燃
燒、點火、ECU控制信號等相關(guān)的硬件和軟件。
本文結(jié)合失火實例主要從發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣、噴油、點
火三大方面，分析發(fā)動機(jī)失火的原因。文中對比了
失火發(fā)動機(jī)(2#)以及正常發(fā)動機(jī)(4#)在4 000
萬方數(shù)據(jù)
內(nèi)燃機(jī)2017年2月
r／rain時不同負(fù)荷下進(jìn)氣、噴油、點火等ECU關(guān)鍵
控制參數(shù)。同時根據(jù)對比的參數(shù)確定最終的失火故
障原因，解決失火問題。
1故障描述
某新型1．0 L直列三缸、渦輪增壓、缸內(nèi)直
噴、DVVT發(fā)動機(jī)在(采用電子控制無分電器、高
能獨立點火系統(tǒng))臺架磨合試驗過程中發(fā)現(xiàn)當(dāng)發(fā)動
機(jī)磨合至工況4 000 r-min-1／1．6 MPa(BMEP)
時，發(fā)動機(jī)三元催化器載體中心溫度報警，中心溫
度超過1 000℃，技術(shù)要求穩(wěn)態(tài)值低于950℃。
同時發(fā)動機(jī)的扭矩、轉(zhuǎn)速也出現(xiàn)大幅的波
動，排氣管中發(fā)出明顯的放炮聲，證明發(fā)動機(jī)的后
燃現(xiàn)象嚴(yán)重，猜測發(fā)動機(jī)發(fā)生失火。
我們結(jié)合此失火實例問題展開了分析和故障排
查，圖為發(fā)動機(jī)發(fā)生失火時臺架記錄的部分?jǐn)?shù)據(jù)。1霧一震600I——
l 10l 20l 301 40】
測量點編號
————o 60
50l 601
圖1發(fā)動機(jī)失火數(shù)據(jù)
將發(fā)動機(jī)接上火花塞式缸壓傳感器和燃燒分
析儀后，將發(fā)動機(jī)運行到故障發(fā)生時相同的工況
4 000 r·min。1／1．6MPa(并且發(fā)現(xiàn)發(fā)動機(jī)在其它轉(zhuǎn)
速下當(dāng)負(fù)荷在1．6 MPa及以上也都失火)，從燃燒
分析儀中顯示的實時缸壓曲線中觀察到發(fā)動機(jī)第2
缸發(fā)生了失火。從圖2中的缸壓曲線可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)活
塞接近壓縮上止點(TDC)火花塞點火之后第一缸
和第三缸的缸壓都在點火之后迅速上升，而第二缸
由于失火混合氣沒有被點燃缸內(nèi)壓力并沒有增加。
并且在試驗過程中發(fā)現(xiàn)失火的頻率隨著負(fù)荷加大，
失火頻率也隨之變高。
2失火原因分析
2．1進(jìn)氣系統(tǒng)分析
針對進(jìn)氣系統(tǒng)主要檢查進(jìn)氣管路的漏氣情
況、進(jìn)排氣VVT調(diào)節(jié)角度和燃燒室的密封性。
發(fā)動機(jī)的噴油量是根據(jù)進(jìn)氣量來計算的，進(jìn)
氣量又是根據(jù)進(jìn)氣歧管處的大氣溫度、壓力傳感
器，結(jié)合節(jié)氣門開度計算而得到的。若空濾到進(jìn)氣
歧管之間管路存在漏氣，則會導(dǎo)致進(jìn)氣歧管處進(jìn)氣
一≥ -1
0 90 180 270 360 450 540 630 720
曲軸轉(zhuǎn)角／(。)
圖2缸壓曲線
壓力偏低，實際進(jìn)氣量偏小，使進(jìn)入氣缸的實際混
合氣過濃，導(dǎo)致點火時不易點著產(chǎn)生失火。圖3為
兩臺發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管內(nèi)壓力的對比。
2．2
BMEP／MPa
圖3進(jìn)氣歧管壓力對比
為了驗證空濾到進(jìn)氣歧管之間管路的漏氣的
情況，除了可以目視檢查外，同時可通過增壓器的
工作情況來判斷是否存在嚴(yán)重漏氣情況(輕微的漏
氣并不會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)的失火，僅影響發(fā)動機(jī)性
能)。如果確實存在漏氣嚴(yán)重，那么當(dāng)進(jìn)氣歧管處
的壓力相同時，增壓器在達(dá)到相同的增壓壓力時，
增壓器廢氣旁通閥的開度是不一樣的。因此通過
INCA查看增壓器的占空比(增壓器廢氣旁通閥采
用真空控制模式，占空比越大，對應(yīng)的廢氣旁通閥
的開度越小，通過渦輪機(jī)的廢氣量越大，增壓效果
越好)和正常值是否有大的差異來判斷。圖4為增
壓器占空比數(shù)據(jù)對比。
50——
零45卜
蜀40【
憊35—
30—
25。一
1．0 1．2 1．4 1．6 1 8 2．0 2．2
BMEP／MPa
圖4增壓器占空比對比
結(jié)合圖3和圖4可以證明，發(fā)動機(jī)并不存嚴(yán)重
的漏氣情況。
VVT技術(shù)是車用發(fā)動機(jī)常用的一種可變進(jìn)氣
系統(tǒng)技術(shù)，借助VVT技術(shù)可以優(yōu)化發(fā)動機(jī)在整個
運行區(qū)間的進(jìn)排氣效率，提升發(fā)動機(jī)的動力性和經(jīng)
濟(jì)性。進(jìn)排氣VVT角度合適的話，可以增加發(fā)動
萬方數(shù)據(jù)
第1期李林斌，等：發(fā)動機(jī)失火實例分析
機(jī)進(jìn)氣時的新鮮充量，降低廢氣殘余系數(shù)，提升發(fā)
動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性，降低排放。若是VVT系
統(tǒng)出現(xiàn)異常，如進(jìn)排氣重疊角過大，新鮮混合氣沒
有燃燒做功，直接被排到排氣道中引起發(fā)動機(jī)失
火?；蛘咴趬嚎s過程中氣門提前打開，致使壓縮終
了時缸內(nèi)混合氣溫度和壓力過低，不能被點燃致使
失火。為此在確認(rèn)正時沒有錯亂的情況下，通過
INCA采集對比了兩臺發(fā)動機(jī)運行實時的VVT角
度，數(shù)據(jù)見圖5、圖6。
30 r
25 r
。20 o
蠢15‘
荽10’
咖4#進(jìn)氣VVT
一△一!#進(jìn)氣VVT 01萬—志—t廣彳丁百打2
BMEP／MP8
圖5進(jìn)氣VVT角度對比
BM 1iI，／M l，a
圖6排氣vvT角度對比
若發(fā)動機(jī)燃燒室密封不嚴(yán)，如氣門或座圈積
碳過多，導(dǎo)致氣門與座圈密封環(huán)帶存在間隙密封不
嚴(yán)漏氣?；蛘呤菤忾T間隙過大，導(dǎo)致氣門關(guān)閉不嚴(yán)
漏氣。又或者是活塞環(huán)與缸筒的配合間隙過大漏
氣，都會導(dǎo)致在壓縮行程終了時可燃混合氣的溫度
和壓力達(dá)不到要求值，混合氣不易被點燃。
為了驗證燃燒室的密封情況，對比了發(fā)動機(jī)
低速(測功機(jī)倒拖250 r／min，冷卻液溫度、機(jī)油
溫度保持70℃)下的氣缸壓縮壓力，此外也通過
缸壓傳感器查看發(fā)動機(jī)在高轉(zhuǎn)速時(4 000 r／min)
發(fā)動機(jī)不點火，節(jié)氣門全開狀態(tài)時的氣缸壓縮壓力
驗證燃燒室的密封性無異常。表1為測功機(jī)倒拖時
的發(fā)動機(jī)氣缸壓縮壓力。
從表1中實測的氣缸壓縮壓力的對比情況可
以看出，發(fā)動機(jī)燃燒室的密封隋況是良好的。
綜上所述，通過試驗對比和理論分析，進(jìn)氣
系統(tǒng)各項正常，不會引起發(fā)動機(jī)失火。
2．2燃油系統(tǒng)分析
主要檢查高、低壓油管燃油壓力，噴油器各
工作參數(shù)。
表1發(fā)動機(jī)氣缸壓縮壓力
若燃油管路中存在堵塞，或者是燃油中含有
氣體、水分，會導(dǎo)致燃油壓力不穩(wěn)定。造成燃油壓
力過大或過小，從而使發(fā)動機(jī)缸內(nèi)的混合氣過濃，
或者是過稀不易點著，從而使發(fā)動機(jī)燃燒異常產(chǎn)生
失火。為此分別查看了發(fā)動機(jī)的低壓油管燃油壓力
和高壓油軌軌壓。對比數(shù)據(jù)見圖7、圖8(圖7中
燃油的壓力在正常的要求范圍內(nèi))。
454
453
芷452
三451
蘭450
449；
44qi0
。叼一。"0==-．0簍黜默
BMEP／MPa
圖7低壓油管燃油壓力對比
BMEP，MPa
圖8高壓油軌燃油壓力對比
另外針對噴油器(噴油器布置形式為中置直
噴)分析，假如噴油器積碳情況嚴(yán)重，噴孔堵塞使
得在相同的噴油脈寬下實際的噴油量過少，或者是
噴油器故障導(dǎo)致噴油量過多，使氣缸內(nèi)實際的混合
器過稀、過濃都會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)失火。因此拆下噴油
器檢查積碳情況，并同時更換新的噴油器進(jìn)行試
驗。發(fā)動機(jī)在進(jìn)氣行程噴油，如果噴油相位太過提
前(噴油起始角太大)，活塞離噴油器的距離太
近，使得燃油過多地噴射在活塞頂部，造成嚴(yán)重的
濕壁，促使缸內(nèi)無法形成良好的混合氣，導(dǎo)致失
火。圖9、圖10為噴油脈寬和噴油起始角的對
比，噴油起始角的零點定義在壓縮上止點(TDC)
后1800，往前角度值為正。
經(jīng)過上述各項對比和分析可以證明燃油系統(tǒng)
情況并無異常，不是引起發(fā)動機(jī)失火的原因。
2。3點火系統(tǒng)分析
萬方數(shù)據(jù)
內(nèi)燃機(jī)2017年2月
520 ?
一480 o卜叫夢—鼉卜—o哪
吾4‘40
霞400—。一4#噴油起始角
一一2#噴油起始角
36q．o 1．2 1．4 116 1．8 2．o 2．2
BMEP／MPa
圖9噴油起始角對比
12
10
8
6
4
2。
01．0
1．4 1．6 1．8 2．0 2．2
BMEP／MPa
10噴油脈寬對比
前角
前角
l，2 1．4 1．6 1．8 2．0 2，2
BMEP／MPa
圖1l點火提前角劉比
點火系統(tǒng)對于發(fā)動機(jī)失火的影響更為直接，
對于點火系統(tǒng)主要分析火花塞和點火線圈。
火花塞電極間隙的大小對發(fā)動機(jī)能否正常點
火具有決定性的影響。當(dāng)火花塞間隙小，跳火時產(chǎn)
生的火花微弱。即便剛開始能夠點著混合氣，但由
于放電能量不足，無法維持火焰正常傳播，導(dǎo)致失
火。當(dāng)火花塞間隙大，在大負(fù)荷時特別是對于增壓
發(fā)動機(jī)而言，由于增壓后實際的進(jìn)氣密度的變大，
大大增加了火花塞擊穿混合氣所需要的電壓。如果
擊穿電壓不夠，在發(fā)動機(jī)大負(fù)荷時容易發(fā)生失火。
因此拆下火花塞測量火花塞的間隙(設(shè)計要求間隙
為0．7。0．8 mm)，經(jīng)測量火花塞間隙符合要求，
檢查火花塞的積碳情況，同時為了排除其它因素的
影響更換新的火花塞。
點火提前角不但對發(fā)動機(jī)性能、排放影響巨
大，對于發(fā)動機(jī)的失火也有很大的影響。如果點火提
前角不合適，火花塞跳點火時缸內(nèi)的混合氣的溫度和
壓力沒有達(dá)到要求值，會出現(xiàn)最不著混合氣的情況。
同時太大的點火提前角易導(dǎo)致發(fā)動機(jī)在低速大負(fù)荷時
產(chǎn)生爆震，太小的點火提前角容易導(dǎo)致后燃。
點火能量是指發(fā)動機(jī)火花塞電極間高壓放電
的能量，是系統(tǒng)次級高壓放電時間作用在火花塞
電極間隨時間變化的電壓與電流的乘積對時間的
積分91。當(dāng)點火能量不足時，將導(dǎo)致火花塞不能很
好地將缸內(nèi)的可燃混合氣及時有效地點燃，缸內(nèi)混
合氣不能正常地燃燒從而導(dǎo)致失火。為了排除點火
線圈點火能量的問題，檢查蓄電池的電壓(實測
13．2 V)滿足要求，測量點火線圈初級點火電流，
點火線圈次級放電電壓。同時通過INCA人為地加
大點火線圈的儲能時間，將點火線圈的儲能時間調(diào)
到許可的最大值，相當(dāng)于加大點火能量。通過實測
點火線圈的次級放電電壓發(fā)現(xiàn)，發(fā)動機(jī)第2缸的點
火線圈次級電壓偏低與實際值不符(要求為23 kV
以上，實測值為20 kV)，剖開點火線圈查看發(fā)現(xiàn)
次級繞組線圈絕緣層有損壞、次級線圈匝間出現(xiàn)短
路，因此導(dǎo)致發(fā)動機(jī)在大負(fù)荷時失火。表2為增大
點火線圈儲能時間的具體數(shù)值。
表2點火線圈儲能時間
發(fā)動機(jī)工況充電時間(ECU)儲能時間(人為加大)
4 000 r·min。1／1．6 MPa 3．54Ins 5．04 ins
用電流鉗測量發(fā)動機(jī)點火線圈初級點火電
流，驗證初級點火電流是否滿足點火能量的需求。
表3為實測的點火線圈初級點火電流值。
表3初級點火電流
發(fā)動機(jī)工況初級點火電流備注
4 000 r·min“／
1．6MPa
初級電流超過8A時，
9．56 A 點火能量已經(jīng)達(dá)到了設(shè)
計的最大值(70lllJ)
3結(jié)論
經(jīng)過試驗對比和理論分析得出，發(fā)動機(jī)在大
負(fù)荷時失火是由點火線圈失效引起的。經(jīng)檢查發(fā)
現(xiàn)，點火線圈次級繞組絕緣層損壞，次級線圈匝間
出現(xiàn)短路，導(dǎo)致點火線圈次級放電電壓偏低。由于
發(fā)動機(jī)在大負(fù)荷時需要更高的點火能量，失效點火
線圈因為放電電壓不夠(點火能量不足)，不能擊
穿混合氣，致使發(fā)動機(jī)在大負(fù)荷時產(chǎn)生了失火。
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