奥迪A6L奇怪的单缸失火故障

车辆信息
车型：奥迪A6L
年款：2010年
发动机：BDW 2.4 进气歧管喷射，V6，不带增压，D型计量方式
里程：17万公里

故障现象
发动机怠速抖动，组合仪表上的发动机故障点亮。

维修历史
客户最初报修车辆冷车启动后抖动，水温上升至正常温度后恢复正常，此后车辆一整天都能正常行驶，维修技师建议客户拆进气道清洗气门积碳，维修后故障仍未排除。

技师开始做进一步检查，有一次原地踩油门至3000转观察发动机数据流，收油门后发动机突然开始抖动，自此故障从偶发变成了静态的了—怠速时4缸持续失火。

技师在郁闷之中，尝试维修这个单缸失火故障，先后对调了点火线圈，火花塞以及喷油嘴，都没有效果，测量6个气缸的缸压都在11-12bar之间，至此技师没有检测思路了，请求技术支援。

故障分析
1、发动机正常工作的四大要素是：
a、良好的气缸压缩
b、充足的点火能量
c、合适空燃比的混合气
d、点火时刻和喷油时刻正确

这辆车是典型的单缸失火故障，技师已经把四大要素中涉及的部件都更换了，为什么故障仍未排除？个人认为原因是技师缺乏分析的过程，不分青红皂白，先把可疑的部件都换掉试试，如果都换完了也没解决问题，就不知道该如何处理了。

2、起动车辆，等待水温升高到正常范围，关闭空调和其他用电器（例如大灯），用诊断仪调取发动机数据流如下图：


数据流中有两处明显的异常：
①、进气歧管压力约为570mbar，正常应为370mbar左右。
②、4缸持续失火

原地将油门踩到3000转/分，再次读取进气压力如下：

进气歧管压力约为340mbar，处于正常范围。

2、单缸失火对进气歧管压力影响较小，而这辆车怠速工况的进气压力明显偏高，说明发动机可能存在机械故障，我们应该做进一步检测，以寻求故障原因。

将真空表连接至节气门后方的进气歧管上测量进气压力


分别在三个动作下测量压力：
①、怠速，真空表指针在45-47Kpa之间摆动。
②、油门稳到3000转/分，真空表指针稳定在67Kpa位置。
③、怠速时猛踩一脚油门（迅速开闭节气门），真空表指针在2-76Kpa之间随着油门摆动，且变化很灵敏。
备注：进气歧管真空度=大气压力-进气歧管绝对压力。

在相当于海平面高度的条件下，一台正常发动机怠速时的真空度应处于57-72Kpa范围，且指针稳定。这台车在怠速时进气真空度严重不足，且指针来回摆动。

3、要想找到进气歧管真空度不足的原因，首先得弄明白进气歧管为什么是真空状态。

当气缸处于进气冲程时，进气门打开将进气歧管和燃烧室相连，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，进气歧管不和燃烧室连接，燃烧室内的压力对进气歧管压力没有影响。


发动机处于怠速工况时，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，真空度应处于相对稳定的状态。

4、进气真空不足常见的原因包括：
①、进气歧管漏气（外部空气进入进气歧管）
②、三元催化器堵塞
③、正时错位
④、进气门密封不严（当气缸处于压缩或做功冲程时，燃烧室内的高压空气通过进气门泄漏到进气歧管内）。
⑤、进气门的气门间隙过小
⑥、其他原因

如果进气歧管漏气，怠速时真空表的表针不会摆动，而且这款车的进气管结构很简单，用化清剂喷了一遍，没有发现漏气的部位。

如果三元催化器堵塞，应该在3000转/分时进气压力偏高，而不是怠速时进气压力高。如果正时错位，这就不是单缸失火，而是多缸失火故障了，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，即便一个气缸的进气门间隙过小，也不会对真空度造成这么大的影响，如果多个气缸进气门间隙过小，就不会是单缸失火故障了。

综上，我认为故障原因可能是进气门密封不严。

5、拆掉4缸火花塞，旋转曲轴，直至4缸处于压缩上止点位置，连接漏气量测量仪，通过4缸火花塞孔向燃烧室内打气，观察测量仪指示如下图：



两个压力表数值几乎一致，说明4缸处于压缩上止点位置时，燃烧室密封良好，不存在漏气现象。

6、维修陷入僵局，经短暂思考后，我决定从“发动机正常工作的四大要素”入手，技师说测量的缸压在正常范围内，缸压表的管路中内置单向阀，测量的是累积压力，不能精确反应出发动机的机械故障。

PICO示波器套装中的缸压传感器，可以精准测量每个冲程的压力。连接示波器如下图：



首先测量起动时的缸压（测量方法和使用缸压表基本一致，只是设备换成了示波器）：



最高压力约10.6bar，最低压力约﹣300mbar，经对比和其他气缸的压力基本一致。

随后测量怠速缸压，设备连接方法和测量方法不变，改为怠速着车时测量缸压，4缸的怠速缸压如下图：



备注：①、红色字体，红色和绿色箭头是标注内容。
②、由于是拆掉火花塞测量，被测量的气缸不能做功，因此把做功冲程称为释放冲程。

从这张怠速缸压波形图中，可以得出以下结论：

①、怠速时最高压缩压力约为3bar，其他缸约为7bar。

②、红色箭头所指位置代表排气门打开时刻，是排气冲程下止点前33°。绿色箭头所指位置代表进气门关闭时刻，是进气冲程下止点后60°，经对比和其他气缸正时角度一致。

③、红色箭头所指的释放冲程真空带，应该跟绿色箭头所指的进气冲程真空带压力基本一致，这张图中释放冲程末段真空度更低，而且释放冲程压力下降斜坡比压缩冲程的压力上升斜坡更陡，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的更低。

备注：看不懂这一段的同学，请将文章拉到底部，点击链接《途观怠速轻微抖动》，里面有较详细的解释。

综上可知，由于压缩冲程气缸内存在漏气，造成最高缸压只有3bar，且进/排气门开闭角度正常。

活塞位于压缩上止点时静态打压测试，不存在漏气现象。起动时缸压正常，也不存在漏气现象。为何偏偏在怠速时气缸漏气？当时怀疑这个故障和发动机转速有关，转速越快，故障现象越明显，因此我们又测量了急加速时的最高缸压：



发动机转速约为3600转时，最高缸压为13.55bar，对比其他气缸最高缸压可达23bar。



1缸的急加速缸压，转速3600转时可达23bar。

7、当发动机转速较低时，气缸密封良好，随着转速升高就会出现漏气现象，转速越高漏气越严重，发动机哪个部件的工作特性和转速相关？观察配气机构的结构如下图：



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，当转动到凸轮的基圆部分时，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。

8、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挺柱时，观察4缸所有气门弹簧都工作良好，能够及时关闭气门。我们还自制一个铁钩子，依次拉动4缸的气门弹簧，也没有发现异常情况。

最终分解气缸盖，发现4缸有一根排气门弹簧断裂了，如下图：



9、排气门弹簧断裂，为何进气压力在怠速时偏高，3000转时正常？排气门弹簧断裂后弹力不足，测量缸压时起动机带动发动机旋转，由于转速较低，弹簧勉强可以关闭排气门，发动机怠速时转速相对比高，弹簧无法及时关闭排气门。



怠速时节气门开度较小，进气歧管处于负压状态，排气歧管处于大气压力状态，4缸开始进气冲程时，排气歧管中的废气被抽入进气歧管（路径见上图红色箭头） ，因此怠速时进气歧管压力偏高。



当发动机转速为3000转时，节气门开度增大，进入进气歧管的空气增多，进气歧管的压力却比怠速时还低（真空度约为67Kpa），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真空度，此时排气门处轻微的漏气，很难对进气歧管压力造成影响。

故障排除
更换4缸排气门弹簧

装复车辆后，在怠速工况重新读取数据流如下：

进气压力约为370mbar。

附加分析
1、怠速缸压大约7bar，急加速时缸压可升高至约20bar，假设故障点是进气门关闭不严，那么在3000转时由于缸压高，会有更多的压缩空气从进气门泄露至进气歧管，进气歧管压力不可能恢复正常，或许会比怠速时更高。

2、笔者事后反思，下图中释放冲程真空带（红色区域）比进气冲程真空带（绿色区域）低，主要原因是排气门在进气冲程仍然处于打开状态，导致缸内压力和进气歧管压力都偏高。

个人认为气缸在压缩冲程，即便排气门弹簧断裂，排气门仍可能被压缩压力关闭，但是在进气冲程，由于缸内压力是真空状态，排气门是无法关闭的。


当然，这个观点笔者也无法验证，只是个人推测罢了，如果读者有不同看法，欢迎在底部留言。

3、真空表是一件诊断发动机机械故障的利器，但需要很深厚的经验积累，才能正确的判断故障。